全同态加密技术在区块链领域的应用与发展

密码学技术一直在人类文明进步中发挥重要作用,尤其在信息安全和隐私保护方面不可或缺。非对称加密和哈希函数等技术为比特币的诞生奠定了基础,开启了区块链新时代。随着行业发展,零知识证明、多方计算和全同态加密等前沿技术不断涌现。其中全同态加密(FHE)作为加密学圣杯之一,允许在不解密的情况下对加密数据进行任意计算,为多个领域带来新的可能性。

FHE 概述

全同态加密(FHE)允许对密文进行无限次计算和操作,同时保持与明文的数学属性一致。FHE 的实现基于复杂的数学算法,对计算资源要求很高。目前微软的 SEAL 和 Zama 的 TFHE 是两个主要的开源 FHE 库。

FHE 的基本流程包括:生成密钥对、加密数据、进行同态计算、解密结果。其中解密密钥的管理至关重要,可采用阈值多方安全计算方案来提高安全性。

区块链上的 FHE 实现

将 FHE 应用于区块链,理想方式是封装为智能合约代码库。这要求虚拟机支持 FHE 所需的特定指令集。fhEVM 是 Zama 公司开发的支持 Solidity 实现隐私计算的全同态 EVM。它通过预编译合约提供 FHE 操作支持,并设计了专门的内存区域存储 FHE 密文。

FHE-Rollups 解决方案

Fhenix 提出了 FHE-Rollups 的 Layer2 解决方案,将 fhEVM 与 Rollup 技术结合。它采用 Optimistic Rollups 方案,包括欺诈证明、fheOS 核心库和阈值服务网络等组件。Fhenix Frontier 已发布首个公开版本,提供了相关开发工具和文档。

Chain-Agnostic 的 FHE Coprocessors

Fhenix 引入 Relay 模块,使各类区块链网络能接入 FHE Coprocessors。通过 EigenLayer 的 Restaking 机制,提高了 FHE Coprocessors 的效率。使用流程包括应用合约调用、Relay 转发、FHE 计算、结果验证等步骤。

FHE 的应用场景

FHE 技术在全链游戏、DeFi 和 AI 等领域有广阔应用前景:

• 为游戏提供加密保障,防止实时操纵
• 保护 DeFi 中的敏感数据,降低 MEV 风险
• 在保护隐私的前提下进行 AI 模型训练

FHE 生态发展

除 Zama 和 Fhenix 外,FHE 生态还包括 Sunscreen、Mind Network、PADO Labs、Arcium 等多个项目。非营利机构如 FHE.org 和 FHE Onchain 为学术研究和教育普及做出贡献。

FHE 技术已获得广泛认可,包括以太坊创始人 Vitalik Buterin 的支持。随着新项目不断涌现,市场资金持续注入,FHE 技术有望迎来爆发性发展。