FHE: Con đường tương lai của tính toán bảo mật

Mã hóa toàn đồng nhất (FHE) là một công nghệ mã hóa tiên tiến, cho phép thực hiện tính toán trực tiếp trên dữ liệu đã được mã hóa, từ đó xử lý dữ liệu trong khi bảo vệ quyền riêng tư. FHE có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như tài chính, y tế, điện toán đám mây, nhưng do chi phí tính toán lớn, hiện tại vẫn đối mặt với thách thức trong việc thương mại hóa.

Nguyên lý cơ bản của FHE

Cốt lõi của FHE là ẩn thông tin gốc thông qua các đa thức. Một hệ thống FHE được đơn giản hóa thường bao gồm các bước sau:

1. Chọn một đa thức khóa s(x)
2. Tạo một đa thức ngẫu nhiên a(x)
3. Tạo một đa thức "lỗi" nhỏ e(x)
4. Bản rõ m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

Việc đưa vào độ nhiễu e(x) nhằm ngăn chặn các kẻ tấn công có thể thu được mối quan hệ giữa s(x) và c(x) thông qua việc nhập lại nhiều lần. Tuy nhiên, độ nhiễu cũng mang đến một vấn đề: khi số lần tính toán tăng lên, độ nhiễu sẽ tích lũy liên tục, cuối cùng có thể dẫn đến việc không thể giải mã chính xác.

Để giải quyết vấn đề tiếng ồn, FHE đã áp dụng các công nghệ chính sau đây:

• Chuyển đổi khóa: Nén kích thước văn bản mật
• Chuyển đổi mô-đun: Giảm ngân sách tiếng ồn
• Bootstrap: Đặt lại tiếng ồn về mức độ ban đầu

Hiện nay, các giải pháp FHE chính thống đều sử dụng công nghệ Bootstrap, các triển khai đại diện bao gồm BGV, BFV, TFHE, v.v.

Những thách thức mà FHE phải đối mặt

Thách thức lớn nhất của FHE là chi phí tính toán rất lớn. So với tính toán thông thường, tốc độ tính toán của FHE chậm khoảng 1 triệu lần. Để tăng tốc độ tính toán FHE, DARPA của Mỹ đã khởi động chương trình DPRIVE, với mục tiêu nâng tốc độ tính toán FHE lên 1/10 so với tính toán thông thường. Chương trình này chủ yếu tập trung vào các lĩnh vực sau:

1. Tăng kích thước từ của bộ xử lý
2. Xây dựng bộ vi xử lý ASIC chuyên dụng
3. Sử dụng kiến trúc song song MIMD

Mặc dù kế hoạch DPRIVE chưa đạt được mục tiêu mong đợi, nhưng về lâu dài, công nghệ FHE vẫn có ý nghĩa quan trọng trong việc xử lý dữ liệu nhạy cảm, đặc biệt là trong thời đại hậu lượng tử.

Ứng dụng của FHE trong blockchain

Trong lĩnh vực blockchain, FHE có thể được sử dụng để bảo vệ quyền riêng tư trên chuỗi, quyền riêng tư dữ liệu đào tạo AI, quyền riêng tư bỏ phiếu, v.v. Một số dự án cố gắng áp dụng FHE vào bảo vệ MEV, nhưng cũng phải đối mặt với vấn đề hiệu quả và mất mát ngoại tác tích cực.

Hiện tại, các dự án blockchain FHE chính bao gồm:

• Zama: Cung cấp ngăn xếp phát triển dựa trên TFHE
• Fhenix: Xây dựng Layer 2 ưu tiên quyền riêng tư
• Privasea: Ứng dụng FHE để thực hiện tính toán dữ liệu LLM
• Inco Network: Xây dựng FHE Layer 1
• Mind Network: Kết hợp Restaking cung cấp subnet dựa trên FHE
• Octra: áp dụng công nghệ hypergraphs để thực hiện FHE

Triển vọng tương lai

Công nghệ FHE hiện vẫn đang ở giai đoạn đầu, đối mặt với các thách thức như hiệu suất thấp và chi phí cao. Tuy nhiên, với việc đầu tư nhiều hơn vào vốn và nghiên cứu, cũng như phát triển chip chuyên dụng, FHE hứa hẹn sẽ mang lại những biến đổi sâu sắc trong các lĩnh vực quốc phòng, tài chính và y tế. Mặc dù con đường còn dài, nhưng FHE với tư cách là con đường tương lai của tính toán bảo mật, tiềm năng của nó không thể bị coi thường.