FHE: O futuro da computação privada

A criptografia totalmente homomórfica ( FHE ) é uma tecnologia de criptografia avançada que permite realizar cálculos diretamente em dados criptografados, processando os dados enquanto protege a privacidade. O FHE tem aplicações potenciais em vários campos, como finanças, saúde e computação em nuvem, mas devido ao enorme custo computacional, ainda enfrenta desafios para a comercialização.

Princípios Básicos do FHE

O núcleo da FHE é ocultar a informação original através de polinómios. Um sistema FHE simplificado contém aproximadamente os seguintes passos:

1. Escolha um polinômio de chave s(x)
2. Gerar um polinómio aleatório a(x)
3. Gerar um pequeno polinómio "erro" e(x)
4. Texto claro criptografado m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

A introdução do ruído e(x) é para evitar que atacantes obtenham a relação entre s(x) e c(x) através de entradas repetidas. No entanto, o ruído também traz um problema: à medida que o número de cálculos aumenta, o ruído continua a se acumular, o que pode eventualmente levar à incapacidade de descriptografar corretamente.

Para resolver o problema do ruído, a FHE adotou as seguintes tecnologias-chave:

• Chave de troca: compressão do tamanho do texto cifrado
• Mudança de módulo: reduzir o orçamento de ruído
• Bootstrap: redefinir o ruído para o nível original

Atualmente, as principais soluções de FHE utilizam a tecnologia Bootstrap, com implementações representativas incluindo BGV, BFV, TFHE, entre outras.

Desafios enfrentados pelo FHE

O maior desafio do FHE é o enorme custo computacional. Em comparação com a computação normal, a velocidade de cálculo do FHE é cerca de 1 milhão de vezes mais lenta. Para acelerar o cálculo do FHE, a DARPA dos EUA lançou o programa DPRIVE, cujo objetivo é aumentar a velocidade de cálculo do FHE para 1/10 da computação normal. O programa se concentra principalmente nas seguintes áreas:

1. Aumentar o comprimento da palavra do processador
2. Construir processadores ASIC dedicados
3. Adotar uma arquitetura paralela MIMD

Embora o plano DPRIVE ainda não tenha alcançado os objetivos esperados, a tecnologia FHE continua a ter uma importância significativa para o tratamento de dados sensíveis a longo prazo, especialmente na era pós-quântica.

Aplicações de FHE na blockchain

No campo da blockchain, a FHE pode ser utilizada para proteger a privacidade em cadeia, a privacidade dos dados de treinamento de IA, a privacidade da votação, entre outros. Alguns projetos tentam aplicar a FHE na proteção contra MEV, mas também enfrentam problemas de eficiência e perda de externalidades positivas.

Os principais projetos de blockchain FHE atualmente incluem:

• Zama: fornece uma pilha de desenvolvimento baseada em TFHE
• Fhenix: Construindo um Layer 2 com foco na privacidade
• Privasea: Aplicar FHE para operações de dados LLM
• Inco Network: Construir FHE Layer 1
• Mind Network: combina Restaking para fornecer sub-rede baseada em FHE
• Octra: utiliza a tecnologia hypergraphs para implementar FHE

Perspectivas Futuras

A tecnologia FHE ainda se encontra numa fase inicial, enfrentando desafios como baixa eficiência e altos custos. No entanto, com mais investimentos e pesquisas, bem como o desenvolvimento de chips dedicados, espera-se que o FHE traga profundas transformações nas áreas de defesa, finanças e saúde. Embora o caminho seja longo, o FHE, como o futuro da computação em privacidade, tem um potencial que não pode ser subestimado.