什么是全同態(tài)加密（FHE）？全同態(tài)加密（FHE）能給我?guī)?lái)什么？多年來(lái)，全同態(tài)加密（FHE）一直是一個(gè)承諾強(qiáng)大端到端加密的理念，預(yù)示著強(qiáng)大數(shù)據(jù)隱私的未來(lái)。最近的發(fā)展開(kāi)始將 FHE 從理論夢(mèng)想轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際現(xiàn)實(shí)。盡管各公司競(jìng)相成為首個(gè)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大、完全功能的 FHE 版本的先驅(qū)，但許多公司正在合作共同應(yīng)對(duì)這項(xiàng)強(qiáng)大技術(shù)的復(fù)雜性。今天腳本之家小編給大家詳細(xì)解讀全同態(tài)加密（FHE），希望大家喜歡！

當(dāng)我第一次聽(tīng)說(shuō)“全同態(tài)加密”（FHE）時(shí)，我對(duì)區(qū)塊鏈領(lǐng)域傾向于給時(shí)髦概念起長(zhǎng)名稱感到好奇。多年來(lái)，我們遇到了許多席卷整個(gè)行業(yè)的時(shí)髦詞匯，最近的一個(gè)是“零知識(shí)證明”（ZKPs）。

經(jīng)過(guò)一番調(diào)查和探索正在使用 FHE 構(gòu)建產(chǎn)品的新公司，我注意到了一個(gè)充滿了一套全新工具的前景。在未來(lái)的幾個(gè)月和幾年里，F(xiàn)HE 可能會(huì)像 ZKPs 一樣成為席卷整個(gè)行業(yè)的下一個(gè)重大技術(shù)。公司正在利用密碼學(xué)和云計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，為通向一個(gè)強(qiáng)大的、保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的未來(lái)鋪平道路。問(wèn)題不在于我們是否能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，而在于何時(shí)實(shí)現(xiàn)，我相信 FHE 可能是推動(dòng)數(shù)據(jù)隱私和所有權(quán)進(jìn)步的關(guān)鍵推動(dòng)因素。

在接下來(lái)的幾周里，我將深入學(xué)習(xí)更多關(guān)于 FHE 的知識(shí)，并研究其局限性、潛力和應(yīng)用。我將在一系列文章中分享我的研究結(jié)果，探討圍繞 FHE 的對(duì)話的不同方面。本周，我將介紹這項(xiàng)技術(shù)，并討論為何它最近引起了很多關(guān)注。許多行業(yè)內(nèi)的人都在談?wù)撍▉?lái)自 Multicoin Capital 的 Kyle Samani[4]，他說(shuō)：

“FHE 是密碼學(xué)的圣杯。隨著時(shí)間的推移，F(xiàn)HE 將重塑所有計(jì)算的結(jié)構(gòu)，無(wú)論是在 web2 還是 web3 中。”

什么是同態(tài)性（Homomorphism）？

解決問(wèn)題的關(guān)鍵是理解“同態(tài)”的含義。追溯其根源，同態(tài)性起源于數(shù)學(xué)，被定義[5]為兩個(gè)相同類型的代數(shù)結(jié)構(gòu)之間保留核心組件的映射。

如果你和我一樣更喜歡一個(gè)更實(shí)際的定義，數(shù)學(xué)背后的一個(gè)基本原則是，兩個(gè)群體不需要完全相同才能具有相同的核心屬性。例如，想象兩個(gè)水果盒：

盒子 A 包含小水果。
盒子 B 包含大水果。

盡管個(gè)別水果大小不同，但在盒子 A 中榨一個(gè)小蘋果和一個(gè)小橙子會(huì)產(chǎn)生與在盒子 B 中榨一個(gè)大蘋果和一個(gè)大橙子相同口味的混合果汁。榨果汁以產(chǎn)生相同口味類似于保留兩個(gè)盒子之間的核心組件。假設(shè)我們的主要關(guān)注點(diǎn)是相同的口味，那么我們從哪個(gè)盒子榨果汁并不重要，因?yàn)楣臄?shù)量大小不是我們關(guān)注的重點(diǎn)。在關(guān)注的地方（口味）兩個(gè)盒子是等價(jià)的，因此它們之間的差異（大小和數(shù)量）對(duì)其主要功能（產(chǎn)生特定果汁口味）沒(méi)有影響。

與同態(tài)性類比，我們捕捉到了它的兩個(gè)主要特征：

• 映射: 我們建立了兩個(gè)盒子之間的聯(lián)系，盒子 A 中的每個(gè)小水果對(duì)應(yīng)于盒子 B 中的一個(gè)大版本。因此，在盒子 A 中的小蘋果對(duì)應(yīng)于盒子 B 中的大蘋果，依此類推。

• 操作的保留: 如果在盒子 A 中榨兩個(gè)小水果會(huì)產(chǎn)生特定口味的果汁，那么在盒子 B 中榨它們對(duì)應(yīng)的大版本應(yīng)該產(chǎn)生相同的口味。盡管果汁的大小和數(shù)量有所不同，但“口味特征”是保留的。

什么是全同態(tài)加密？

將這一切與本文的中心主題聯(lián)系起來(lái)， 全同態(tài)加密[6] （FHE）是一種特定的數(shù)據(jù)加密方法，使人們能夠在加密數(shù)據(jù)上執(zhí)行計(jì)算而不泄露原始數(shù)據(jù)。理論上，對(duì)加密數(shù)據(jù)執(zhí)行的分析和計(jì)算應(yīng)該產(chǎn)生與對(duì)原始數(shù)據(jù)執(zhí)行的相同結(jié)果。通過(guò) FHE，我們建立了加密數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的 1:1 關(guān)系。在這種情況下，核心組件的保留是能夠在任一數(shù)據(jù)集上執(zhí)行任何計(jì)算并產(chǎn)生相同結(jié)果的能力。

在這樣的背景下，許多公司已經(jīng)采取預(yù)防措施來(lái)保護(hù)用戶數(shù)據(jù)并保持差異化隱私。公司很少以原始、未加密的形式在云端或其數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，即使攻擊者控制了公司的服務(wù)器，他們?nèi)匀槐仨毨@過(guò)加密才能讀取和訪問(wèn)數(shù)據(jù)。然而，當(dāng)數(shù)據(jù)僅僅加密并閑置時(shí)，數(shù)據(jù)就不再有趣。當(dāng)公司希望對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以得出有價(jià)值的見(jiàn)解時(shí)，他們除了解密數(shù)據(jù)之外別無(wú)選擇。一旦解密，數(shù)據(jù)就會(huì)變得脆弱。然而，通過(guò)端到端加密，F(xiàn)HE 變得非常有用，因?yàn)槲覀儾辉傩枰饷軘?shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析；這只是揭示了可能性的冰山一角。

一個(gè)關(guān)鍵的考慮是公司是否應(yīng)該被允許閱讀和存儲(chǔ)我們的個(gè)人信息。許多人對(duì)此的標(biāo)準(zhǔn)回應(yīng)是，公司需要查看我們的數(shù)據(jù)才能為我們提供更好的服務(wù)。

如果 YouTube 不存儲(chǔ)我的觀看和搜索歷史等數(shù)據(jù)，算法就無(wú)法充分發(fā)揮作用，向我展示我感興趣的視頻。因此，許多人認(rèn)為在數(shù)據(jù)隱私和獲得更好服務(wù)之間進(jìn)行權(quán)衡是值得的。然而，通過(guò) FHE，我們不再需要做出這種權(quán)衡。像 YouTube 這樣的公司可以在加密數(shù)據(jù)上訓(xùn)練他們的算法，并為最終用戶產(chǎn)生相同的結(jié)果，而不侵犯數(shù)據(jù)隱私。具體來(lái)說(shuō)，他們可以對(duì)我的觀看和搜索歷史等信息進(jìn)行同態(tài)加密，分析它而無(wú)需查看它，然后根據(jù)分析向我展示我感興趣的視頻。

FHE 是邁向一個(gè)未來(lái)的重要一步，其中我們的數(shù)據(jù)不再是我們自愿向組織免費(fèi)提供的有價(jià)值商品。

 同態(tài)與全同態(tài)加密，到底是個(gè)啥？

如果直接看 Portal Ventures 的原文，您可能會(huì)對(duì)全同態(tài)加密（FHE）的復(fù)雜數(shù)學(xué)描述感到困惑。

事實(shí)上，密碼學(xué)的世界充滿了深?yuàn)W和技術(shù)性，但我們完全可以用簡(jiǎn)單和通俗的方式來(lái)解釋這些概念。在這一節(jié)中，筆者試圖為您提供一些更直觀、更易于理解的例子，幫助您深入了解全同態(tài)加密。

首先，想象一個(gè)“秘密魔盒”。您可以將任何物品放入這個(gè)盒子，并鎖定它。一旦鎖定，您就不能看到或觸摸盒子里的內(nèi)容。但是，令人驚奇的是，這個(gè)魔盒允許您在不打開(kāi)它的情況下，改變里面物品的顏色或形狀。

如上圖所示，全同態(tài)加密（Fully Homomorphic Encryption）可以被視為一個(gè)魔法盒子：

你的信封 (Your Envelope): 這代表你想加密的原始數(shù)據(jù)。

魔法盒子操作 (Magic Box Operation): 即使不解密或打開(kāi)信封，你也可以在信封里的數(shù)據(jù)上進(jìn)行操作（如加、減等計(jì)算）。

新的信封 (New Envelope): 經(jīng)過(guò)魔法盒子操作后，你會(huì)得到一個(gè)新的加密結(jié)果。

這就是同態(tài)加密的基本思想：在不了解數(shù)據(jù)本身的情況下，也能對(duì)加密的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

這個(gè)通俗的例子有助于搞清楚"全同態(tài)加密"在干什么。但實(shí)際上，這個(gè)概念本身還是有點(diǎn)聽(tīng)君一席話如聽(tīng)一席話。那么，什么又叫做“全”和“同態(tài)”？

什么叫做“全”（Fully）?

在密碼學(xué)中，加密方案可以支持多種操作，比如加法、乘法等。當(dāng)我們說(shuō)一個(gè)加密方案是“全同態(tài)”的，我們意味著這個(gè)加密方案支持在加密數(shù)據(jù)上進(jìn)行任意數(shù)目的基本運(yùn)算（例如加法和乘法）而不需要解密。這與部分同態(tài)加密（如只支持加法或只支持乘法的方案）形成對(duì)比。

什么叫做“同態(tài)”（Homomorphic）?

"同態(tài)"來(lái)自于希臘文，意思是“相同的形狀或結(jié)構(gòu)”。在密碼學(xué)中，當(dāng)我們說(shuō)加密方案是同態(tài)的，意味著有些運(yùn)算在明文上的效果與在密文上的效果是一樣的。換句話說(shuō)，如果你在加密的數(shù)據(jù)上進(jìn)行某種運(yùn)算，然后解密結(jié)果，這和你先解密數(shù)據(jù)然后在解密后的數(shù)據(jù)上進(jìn)行相同的運(yùn)算是等價(jià)的。

例如，考慮一個(gè)支持同態(tài)加法的加密方案。假設(shè)你有兩個(gè)數(shù)字：3 和 4。你可以先加密這兩個(gè)數(shù)字，然后使用這個(gè)同態(tài)加密方案將兩個(gè)加密的數(shù)字相加。最后，你解密相加后的結(jié)果。得到的解密結(jié)果將是7，這與你直接在明文3和4上相加得到的結(jié)果是一樣的。

但是，您可能會(huì)問(wèn)，我們?nèi)绾卧诜菙?shù)字上進(jìn)行這些加減乘除操作呢？實(shí)際上，我們可以使用特定的編碼方法將非數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式，從而在它們上進(jìn)行加法和乘法等運(yùn)算。這意味著全同態(tài)加密的應(yīng)用不僅僅限于數(shù)學(xué)計(jì)算，它還可以被廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域。

為了更直觀地解釋這個(gè)概念，讓我們考慮醫(yī)療數(shù)據(jù)的例子。

假設(shè)醫(yī)院有一些患者數(shù)據(jù)，比如年齡和血糖值，但出于隱私考慮不希望直接發(fā)送給云服務(wù)提供商進(jìn)行分析。

通過(guò)使用全同態(tài)加密，醫(yī)院可以先將這些數(shù)據(jù)加密。

想象一下，云服務(wù)提供商需要計(jì)算所有患者的平均年齡（這需要加法和除法）和血糖值的總和與患者數(shù)量的乘積（這涉及加法和乘法）。

所有這些計(jì)算都可以在加密的數(shù)據(jù)上完成，而無(wú)需解密。云服務(wù)提供商在不解密數(shù)據(jù)的情況下完成計(jì)算，然后將加密的結(jié)果返回給醫(yī)院。這確保了數(shù)據(jù)的隱私，同時(shí)也滿足了數(shù)據(jù)處理的需求。

這就是全同態(tài)加密的魅力所在，它為我們提供了一個(gè)既安全又靈活的數(shù)據(jù)處理方法。

全同態(tài)加密的應(yīng)用

正確應(yīng)用全同態(tài)加密（FHE）是所有存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)部門的突破。我們正在看一個(gè)技術(shù)，它可能改變我們對(duì)數(shù)據(jù)隱私的整體態(tài)度，以及公司可以接受的侵犯限度。

讓我們從研究 FHE 如何重塑醫(yī)療保健行業(yè)[7]的數(shù)據(jù)實(shí)踐開(kāi)始。許多醫(yī)院保存著存儲(chǔ)在其數(shù)據(jù)庫(kù)中的患者的私人記錄，出于道德和法律原因，他們必須保持保密。然而，這些信息對(duì)于外部醫(yī)學(xué)研究人員來(lái)說(shuō)是有價(jià)值的，他們可以分析這些數(shù)據(jù)以推斷疾病和潛在治療方法的重要見(jiàn)解。一個(gè)拖慢研究進(jìn)展的主要障礙是在將數(shù)據(jù)外包給研究人員時(shí)保持患者數(shù)據(jù)的絕對(duì)保密。有許多方法可以對(duì)患者記錄進(jìn)行匿名化或偽匿名化。但它們并不完美，可能會(huì)透露某人太多信息，使其可識(shí)別，或者不足以揭示有關(guān)他們病例的足夠信息，使得難以獲得有關(guān)疾病的準(zhǔn)確見(jiàn)解。使用全同態(tài)加密（FHE），醫(yī)院可以對(duì)患者數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，從而更輕松地保護(hù)云中的患者隱私。醫(yī)學(xué)研究人員可以在加密數(shù)據(jù)上執(zhí)行計(jì)算和運(yùn)行分析功能，而不會(huì)損害患者的隱私。由于加密數(shù)據(jù)集與原始數(shù)據(jù)之間存在一對(duì)一映射，因此從加密數(shù)據(jù)集中獲得的結(jié)果提供了可以應(yīng)用于實(shí)際案例的真實(shí)見(jiàn)解。FHE 可以快速推動(dòng)醫(yī)療保健行業(yè)的發(fā)展。

另一個(gè) FHE 的激動(dòng)人心的應(yīng)用是人工智能（AI）訓(xùn)練。目前，人工智能領(lǐng)域面臨隱私問(wèn)題，這阻礙了公司訪問(wèn)許多用于完善 AI 算法的廣泛數(shù)據(jù)集。訓(xùn)練 AI 的公司必須在使用有限的公共數(shù)據(jù)集、支付大量資金購(gòu)買私人數(shù)據(jù)集或創(chuàng)建數(shù)據(jù)集之間做出選擇，這對(duì)用戶較少的小公司來(lái)說(shuō)是具有挑戰(zhàn)性的。FHE 應(yīng)該解決阻止許多數(shù)據(jù)集提供者進(jìn)入該市場(chǎng)的隱私問(wèn)題。因此，F(xiàn)HE 的改進(jìn)可能導(dǎo)致可用于訓(xùn)練 AI 的數(shù)據(jù)集數(shù)量增加。這將使 AI 訓(xùn)練更具財(cái)務(wù)可及性和精細(xì)化，因?yàn)榭捎脭?shù)據(jù)集的多樣化增加。

全同態(tài)加密的過(guò)去局限

如果全同態(tài)加密（FHE）確實(shí)能改變現(xiàn)代大數(shù)據(jù)，為什么我們還沒(méi)有看到更多實(shí)際應(yīng)用呢？

盡管多年來(lái)人們一直在討論和研究 FHE，但實(shí)際上，在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn) FHE 非常困難。核心挑戰(zhàn)在于執(zhí)行 FHE 所需的計(jì)算能力。全同態(tài)安全數(shù)據(jù)集可以產(chǎn)生與其原始數(shù)據(jù)形式相同的分析結(jié)果。這是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的壯舉，需要大量計(jì)算速度和能力，其中許多對(duì)現(xiàn)有計(jì)算機(jī)實(shí)施起來(lái)是不切實(shí)際的。在原始數(shù)據(jù)上通常需要幾秒鐘的操作，在同態(tài)加密數(shù)據(jù)集上可能需要幾小時(shí)甚至幾天。這種計(jì)算挑戰(zhàn)造成了一個(gè)自我延續(xù)的循環(huán)，許多工程師推遲了進(jìn)行 FHE 項(xiàng)目，從而減緩了其發(fā)展并限制了其全部?jī)?yōu)勢(shì)的實(shí)現(xiàn)。

工程師在 FHE 中面臨的計(jì)算問(wèn)題的一個(gè)具體例子是如何解決“ 噪聲錯(cuò)誤[8] ”。在對(duì)同態(tài)加密數(shù)據(jù)集進(jìn)行計(jì)算時(shí)，許多工程師在每次進(jìn)行計(jì)算時(shí)都會(huì)產(chǎn)生多余的噪聲或錯(cuò)誤。當(dāng)只需要進(jìn)行幾次計(jì)算時(shí)，這是可以容忍的，但在多次分析之后，噪聲可能變得如此明顯，以至于原始數(shù)據(jù)變得難以理解。數(shù)據(jù)幾乎丟失了。

為什么現(xiàn)在？

就像生成式人工智能[9]曾被認(rèn)為是有限和原始的，然后成為主流一樣，全同態(tài)加密（FHE）正朝著類似的進(jìn)展方向發(fā)展。許多行業(yè)領(lǐng)袖，甚至超越區(qū)塊鏈領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，已經(jīng)聚集起來(lái)，組織了大量的 FHE 研究和開(kāi)發(fā)。這促進(jìn)了最近幾項(xiàng)行業(yè)發(fā)展，推動(dòng)了這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步的引人注目的敘述。

DPRIVE 計(jì)劃

2021 年 3 月，微軟、英特爾和國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）同意啟動(dòng)一個(gè)多年計(jì)劃[10] ，以加速全同態(tài)加密（FHE）的發(fā)展。名為虛擬環(huán)境中的數(shù)據(jù)保護(hù)（DPRIVE）的這個(gè)計(jì)劃標(biāo)志著 FHE 的重大進(jìn)展。它展示了兩個(gè)專門從事云計(jì)算和計(jì)算機(jī)硬件的行業(yè)巨頭，聯(lián)合起來(lái)解決數(shù)據(jù)隱私問(wèn)題。他們發(fā)起了這個(gè)計(jì)劃，建立了能夠管理 FHE 計(jì)算速度的計(jì)算機(jī)和軟件，并制定了準(zhǔn)確實(shí)施 FHE 的指導(dǎo)方針，防范由于不正確使用而可能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)泄霏。

作為 DPRIVE 計(jì)劃的一部分，工程師們已經(jīng)著手解決先前提到的“噪聲錯(cuò)誤”，探索降低噪聲水平以保留原始數(shù)據(jù)的方法。一個(gè)有前途的解決方案是設(shè)計(jì)大算術(shù)字長(zhǎng)[11] （LAWS）數(shù)據(jù)表示。雖然傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)處理器（CPU）通常使用 64 位字長(zhǎng)，但工程師們正在開(kāi)發(fā)能夠處理 1024 位或更多位字長(zhǎng)的新型硬件，采用 LAWS。這種方法是有效的，因?yàn)檠芯勘砻?，更長(zhǎng)的字長(zhǎng)直接影響信噪比。簡(jiǎn)單地說(shuō)，更長(zhǎng)的字長(zhǎng)在 FHE 中的每一次附加計(jì)算中產(chǎn)生更少的噪聲，允許在達(dá)到數(shù)據(jù)丟失閾值之前執(zhí)行更多的計(jì)算。通過(guò)構(gòu)建新的硬件來(lái)解決這些挑戰(zhàn)，參與 DPRIVE 計(jì)劃的工程師們大大減少了執(zhí)行 FHE 所需的計(jì)算負(fù)載。

為了加快計(jì)算速度，接近使 FHE 快 100,000 倍的目標(biāo)，DPRIVE 團(tuán)隊(duì)著手進(jìn)行持續(xù)的旅程，設(shè)計(jì)新的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，超越傳統(tǒng)處理和圖形單元的能力。他們開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的多指令多數(shù)據(jù)[12] （MIMD）系統(tǒng)，能夠同時(shí)管理多個(gè)指令和數(shù)據(jù)集。MIMD 類似于建造一條新的高速公路，而不是使用現(xiàn)有設(shè)備不足的道路來(lái)容納 FHE 的快速實(shí)時(shí)計(jì)算所需的交通量。

DPRIVE 計(jì)劃的有趣之處在于在計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)計(jì)算中廣泛使用“ 并行性[13] ” 。這使開(kāi)發(fā)人員能夠同時(shí)執(zhí)行多個(gè)大數(shù)計(jì)算。你可以將并行性視為同時(shí)部署一群數(shù)學(xué)家來(lái)同時(shí)處理巨大數(shù)學(xué)問(wèn)題的不同部分，而不是讓他們一個(gè)接一個(gè)地完成各自的工作。盡管同時(shí)執(zhí)行多個(gè)計(jì)算有助于快速解決問(wèn)題，但計(jì)算機(jī)必須進(jìn)行空氣冷卻以防止過(guò)熱。

2022 年 9 月，在啟動(dòng)該計(jì)劃一年半后，微軟、英特爾和 DARPA 宣布[14]他們已成功完成 DPRIVE 計(jì)劃的第一階段。他們目前正在進(jìn)行 DPRIVE 的第二階段。Intel 還推出[15]了自己的全同態(tài)加密工具包，為開(kāi)發(fā)人員提供工具，以促進(jìn)云中更快的全同態(tài)加密。Intel 設(shè)計(jì)了這個(gè)工具包，確保與最新的數(shù)據(jù)處理和計(jì)算進(jìn)展兼容。它包括專門為格密碼定制的特殊功能，與 Microsoft Seal 無(wú)縫運(yùn)行的集成，全同態(tài)加密方案的樣本，以及指導(dǎo)用戶的技術(shù)文檔。

Google 的 Private Join and Compute[16] 開(kāi)源庫(kù)為開(kāi)發(fā)人員提供了多方計(jì)算（MPC）工具。這種計(jì)算方法允許各方通過(guò)合并其不同的數(shù)據(jù)集獲得共享見(jiàn)解，而不會(huì)將原始數(shù)據(jù)暴露給彼此。Private Join and Compute 將來(lái)自 FHE 的加密技術(shù)與私有集合交集（PSI）相結(jié)合，以優(yōu)化數(shù)據(jù)保密性實(shí)踐。PSI 是另一種加密方法，允許具有不同數(shù)據(jù)集的各方識(shí)別共同元素或數(shù)據(jù)點(diǎn)，而不會(huì)透露其數(shù)據(jù)。Google 在推進(jìn)數(shù)據(jù)隱私方面的方法不僅僅集中于 FHE；它通過(guò)將 FHE 與其他有影響力的數(shù)據(jù)實(shí)踐集成，優(yōu)先考慮更廣泛的 MPC 概念。

備受推崇的全同態(tài)加密開(kāi)源庫(kù)的日益可用性值得注意。然而，當(dāng)觀察到備受推崇的公司在其運(yùn)營(yíng)中嘗試這些庫(kù)時(shí)，情況變得更加引人注目。2021 年 4 月，納斯達(dá)克，一家著名的股票交易所和全球資本市場(chǎng)技術(shù)實(shí)體， 將[17] FHE 納入其運(yùn)營(yíng)。納斯達(dá)克利用 Intel 的 FHE 工具和高速處理器，通過(guò)使用全同態(tài)加密來(lái)識(shí)別包含敏感信息的數(shù)據(jù)集中的有價(jià)值見(jiàn)解和潛在的非法活動(dòng)，從而通過(guò)反洗錢工作和欺詐檢測(cè)來(lái)應(yīng)對(duì)金融犯罪。

最近的融資

除了前面提到的公司進(jìn)行的研究和開(kāi)發(fā)外，還有其他幾家公司最近為專注于全同態(tài)加密（FHE）的倡議獲得了大量資金支持。

Cornami[18]，一家大型技術(shù)公司，因開(kāi)創(chuàng)性地開(kāi)發(fā)專為全同態(tài)加密設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展云計(jì)算技術(shù)而備受贊譽(yù)。他們從事眾多努力，旨在創(chuàng)建支持 FHE 比傳統(tǒng) CPU 更有效的計(jì)算系統(tǒng)。他們還指導(dǎo)旨在保護(hù)加密數(shù)據(jù)免受量子計(jì)算威脅的倡議。2022 年 5 月，Cornami 宣布[19]成功進(jìn)行了一輪 C 系列融資，由 Softbank 領(lǐng)投，籌集了 6800 萬(wàn)美元，使其總籌資達(dá)到 1.5 億美元。

Zama[20]是區(qū)塊鏈行業(yè)的另一家公司，正在構(gòu)建開(kāi)源全同態(tài)加密工具，開(kāi)發(fā)人員可以利用這些工具構(gòu)建使用 FHE、區(qū)塊鏈和人工智能的令人興奮的應(yīng)用程序。Zama 已經(jīng)開(kāi)發(fā)了全同態(tài)以太坊虛擬機(jī)（fhEVM）作為其產(chǎn)品之一。這種智能合約協(xié)議使得在鏈上的交易數(shù)據(jù)在處理過(guò)程中保持加密。探索使用 Zama 庫(kù)進(jìn)行各種應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)人員對(duì)其性能印象深刻，即使在復(fù)雜的用例中也是如此。Zama 在 2022 年 2 月[21]成功完成了 4200 萬(wàn)美元的 A 輪融資，由 Protocol Labs 領(lǐng)投，使其總籌資達(dá)到 5000 萬(wàn)美元。

Fhenix[22]也是一個(gè)新興項(xiàng)目，將 FHE 引入?yún)^(qū)塊鏈。他們的目標(biāo)是將 FHE 應(yīng)用擴(kuò)展到除保密支付之外的領(lǐng)域，為 FHE 在去中心化金融（DeFi）、橋接、治理投票和 Web3 游戲等領(lǐng)域的令人興奮的用例[23]打開(kāi)大門。2023 年 9 月，F(xiàn)henix 宣布[24]成功完成了 700 萬(wàn)美元的種子輪融資，由 Multicoin Capital 和 Collider Ventures 領(lǐng)投。

為何FHE很重要？

當(dāng)前，對(duì)加密數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的現(xiàn)有方法并不理想。它們?cè)谫Y源使用和時(shí)間消耗上都相對(duì)昂貴。

因此，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)流程是，在進(jìn)行計(jì)算之前，由第三方（即公司）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。

以一個(gè)具體的例子來(lái)說(shuō)，想象一下您有一個(gè)數(shù)據(jù)文件，其中包含一些高調(diào)個(gè)體的財(cái)務(wù)信息。

我們稱這個(gè)文件為“M”。我們需要某個(gè)公司對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

目前的流程是怎樣的呢？首先，我使用如RSA或AES這樣的加密函數(shù)對(duì)M進(jìn)行加密。此時(shí)，M變成了E(M)，其中E是加密函數(shù)。

接下來(lái)，我將E(M)發(fā)送給公司服務(wù)器。公司現(xiàn)在通過(guò)相關(guān)的解密函數(shù)D來(lái)解密E(M)為明文，即D(M)。

公司直接對(duì)文件M進(jìn)行明文進(jìn)行分析操作。

操作完后，再把M加密一次，生成一個(gè)E(M')。

公司再把加密的M'并將其發(fā)送回給我，然后我再次解密它。

發(fā)現(xiàn)了嗎，這里的關(guān)鍵問(wèn)題在于，當(dāng)公司解密M并將其存儲(chǔ)在其服務(wù)器上進(jìn)行計(jì)算時(shí)，第三方可以訪問(wèn)原本應(yīng)受保護(hù)的敏感數(shù)據(jù)。如果該人員遭到黑客攻擊或有惡意意圖，這就會(huì)引發(fā)問(wèn)題。

全同態(tài)加密（FHE）通過(guò)允許對(duì)加密數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算來(lái)解決此問(wèn)題。公司不再需要解密E(M)。它直接在加密數(shù)據(jù)上進(jìn)行分析。沒(méi)有解密的需要，也不需要信任假設(shè)。

綜上所述，全同態(tài)加密的引入解決了當(dāng)前數(shù)據(jù)處理流程中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，即在第三方處理數(shù)據(jù)時(shí)可能暴露的隱私風(fēng)險(xiǎn)。FHE為我們提供了一個(gè)在保證數(shù)據(jù)隱私的同時(shí)，有效地處理加密數(shù)據(jù)的方法。

FHE在Crypto中如何應(yīng)用？

全同態(tài)加密（FHE）為加密世界開(kāi)啟了一扇新的大門，為我們帶來(lái)了許多之前無(wú)法想象的應(yīng)用場(chǎng)景。Poly Venture的原文對(duì)場(chǎng)景的描述比較簡(jiǎn)單，我們?cè)囍靡粡埍砀袟l理的做出了一個(gè)解讀。

FHE vs ZK vs MPC，傻傻分不清？

在了解了全同態(tài)加密（FHE）后，很容易將其與其他熟悉的技術(shù)，如零知識(shí)證明（ZK）和多方計(jì)算（MPC）相提并論。乍一看，它們似乎都致力于解決相似的隱私和計(jì)算問(wèn)題。但這三者之間實(shí)際上有哪些聯(lián)系和區(qū)別呢？

首先，我們先了解一下這三種技術(shù)的基本定義：

FHE：允許在加密數(shù)據(jù)上執(zhí)行計(jì)算，而無(wú)需解密。

ZK：允許一方向另一方證明某個(gè)陳述是真實(shí)的，而無(wú)需揭示任何關(guān)于該陳述的具體信息。

MPC：使多方能夠共同在他們的私有數(shù)據(jù)上執(zhí)行計(jì)算，而不向其他參與者泄露輸入數(shù)據(jù)。

然后，讓我們從多個(gè)維度來(lái)看看他們的異同和交集：

目的：

FHE的主要目的是在不解密的情況下進(jìn)行計(jì)算。

ZK的目標(biāo)是證明一個(gè)事實(shí)的正確性而不泄露有關(guān)該事實(shí)的任何信息。

MPC的目標(biāo)是允許多方安全地共同計(jì)算，而不泄露各自的輸入。

隱私與計(jì)算：

在ZK中，計(jì)算不一定是私有的。例如，盡管你可以使用ZK來(lái)驗(yàn)證銀行賬戶余額是否超過(guò)100,000美元，但進(jìn)行這樣的驗(yàn)證的計(jì)算不一定是私有的。

與此相反，F(xiàn)HE確保了計(jì)算的隱私性，因?yàn)樗械挠?jì)算都在加密數(shù)據(jù)上進(jìn)行。

限制與挑戰(zhàn)：

MPC需要至少一個(gè)誠(chéng)實(shí)的服務(wù)器，并且可能受到DDoS攻擊、沉默合謀攻擊和通信開(kāi)銷的影響。

ZK主要用于證明正確性，而不是隱私技術(shù)。

FHE盡管提供了強(qiáng)大的隱私，但計(jì)算效率較低，對(duì)資源的需求較大。

在加密領(lǐng)域的應(yīng)用：

FHE可以用于構(gòu)建更加隱私的智能合約和其他區(qū)塊鏈應(yīng)用。

ZK被用于創(chuàng)建可擴(kuò)展的區(qū)塊鏈解決方案，如zk-rollups。

MPC主要用于私鑰管理和托管。

交叉使用：

MPC可以與FHE結(jié)合，形成閾值FHE，通過(guò)將一個(gè)FHE加密密鑰分割成多個(gè)，并給每個(gè)參與者一個(gè)來(lái)增強(qiáng)安全性。

zkFHE是零知識(shí)證明和全同態(tài)加密的結(jié)合，正在被研究，以實(shí)現(xiàn)在FHE智能合約上的zk-rollups。

總體來(lái)說(shuō)，盡管FHE、ZK和MPC在某些方面有所重疊，但它們都有各自獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景。在加密世界中，這三種技術(shù)都為增強(qiáng)隱私和安全性提供了巨大的潛力，但它們的結(jié)合和進(jìn)一步的研究仍然是加密社區(qū)的一個(gè)活躍領(lǐng)域。

最后，我們也可以給出一張省流版的表格，將上述技術(shù)放在一起進(jìn)行比較，幫助大家更加直觀的進(jìn)行理解。

 接下來(lái)會(huì)發(fā)生什么？

多年來(lái)，全同態(tài)加密（FHE）一直是一個(gè)承諾強(qiáng)大端到端加密的理念，預(yù)示著強(qiáng)大數(shù)據(jù)隱私的未來(lái)。最近的發(fā)展開(kāi)始將 FHE 從理論夢(mèng)想轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際現(xiàn)實(shí)。盡管各公司競(jìng)相成為首個(gè)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大、完全功能的 FHE 版本的先驅(qū)，但許多公司正在合作共同應(yīng)對(duì)這項(xiàng)強(qiáng)大技術(shù)的復(fù)雜性。通過(guò)實(shí)施各種跨團(tuán)隊(duì)計(jì)劃和開(kāi)發(fā)與其他庫(kù)集成的開(kāi)源庫(kù)，這種合作精神是顯而易見(jiàn)的。

根據(jù)我的調(diào)查，圍繞 FHE 的討論似乎是深遠(yuǎn)的。在接下來(lái)的幾周里，我很高興深入研究，分享我在 FHE 研究中的更多見(jiàn)解。具體來(lái)說(shuō)，我迫不及待地探索以下主題：

FHE 的新興應(yīng)用。

零知識(shí)證明（ZKPs）與 FHE 之間的相互作用。

將 FHE 與私有集合交集（PSI）集成以推進(jìn)安全多方計(jì)算（MPC）。

像 Zama 和 Fhenix 這樣的新公司，在 FHE 領(lǐng)域開(kāi)創(chuàng)性發(fā)展。

FHE的未來(lái)展望

通過(guò)上文可以感覺(jué)到，全同態(tài)加密（FHE）顯然是一種強(qiáng)大的技術(shù)。

但為什么它還沒(méi)有被廣泛采用，甚至在加密CT中很少提及？一方面由于理解技術(shù)本身有一定門檻，另一方面則在于FHE技術(shù)目前還面臨一些挑戰(zhàn)，難以輕松以商業(yè)化形態(tài)走進(jìn)大眾視野。

面臨的挑戰(zhàn)可能有：

計(jì)算密集：當(dāng)我們的密文互相作用時(shí)，為了維持安全性，會(huì)添加更多的噪聲。FHE方案使用“自舉”技術(shù)來(lái)減少噪聲，但這非常計(jì)算密集，資源消耗很大。

功能有限：FHE的計(jì)算僅限于加法、乘法及其變種/組合。例如，不能在FHE中使用if語(yǔ)句，因?yàn)閮?nèi)容是加密的。此外，構(gòu)建相對(duì)復(fù)雜的操作，如比較和除法，需要仔細(xì)規(guī)劃基本邏輯，這導(dǎo)致了更復(fù)雜的編程技巧和計(jì)算效率較低。

兼容性/組合性問(wèn)題：現(xiàn)有的應(yīng)用程序和服務(wù)提供商并不是為了在加密數(shù)據(jù)上進(jìn)行計(jì)算而構(gòu)建的。這限制了FHE與現(xiàn)有技術(shù)的整合，并增加了開(kāi)發(fā)FHE兼容應(yīng)用所需的慣性。

可能的解決方案：

硬件加速器：某些FHE方案，如nuFHE和cuFHE，可以使用GPU加速，但主要的突破將來(lái)自更快的FPGA和ASIC。其他技術(shù)，如光子技術(shù)，也正在被研究，以加速FHE的硬件用例。

新的編程范式：就像在Python上用于復(fù)雜數(shù)學(xué)的包如pandas和numpy，F(xiàn)HE庫(kù)也將被構(gòu)建。目前，Zama和Sunscreen是兩個(gè)為FHE構(gòu)建此類庫(kù)和SDK的項(xiàng)目。此外，還需要構(gòu)建專門的編譯器，以使開(kāi)發(fā)人員能夠統(tǒng)一FHE、ZKP和MPC。

FHE與現(xiàn)有解決方案之間的整合：將構(gòu)建解決方案，使現(xiàn)有工具與FHE兼容，作為工具和FHE加密數(shù)據(jù)之間的中間層。

最后，Portal Ventures在原文的結(jié)論部分再次強(qiáng)調(diào)：

“FHE是計(jì)算的圣杯，我們正在接近它的商業(yè)化。價(jià)值和計(jì)算正在向開(kāi)放、無(wú)需許可的網(wǎng)絡(luò)過(guò)渡，我們相信FHE將支撐大部分所需的基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用程序”。

此外，它們也表達(dá)了對(duì)于目前正在研究FHE的項(xiàng)目的興趣。因此，我們可以看到的是，VC對(duì)FHE有興趣，或者說(shuō)VC會(huì)率先對(duì)尚未走進(jìn)大眾視野的硬核技術(shù)感興趣。

歷史表明，基于新技術(shù)的加密項(xiàng)目，往往都帶有閃亮的光環(huán)和較高的估值，并且受到各路資本的追捧。

在下一場(chǎng)盛宴開(kāi)始前，我們的確應(yīng)該多花時(shí)間，提前研究入場(chǎng)嘉賓的身份，才能在宴會(huì)開(kāi)始時(shí)應(yīng)對(duì)自如。