التشفير المتماثل بالكامل(FHE)的发展与应用

يمكن تتبع مفهوم التشفير المتماثل بالكامل ( FHE ) إلى السبعينيات من القرن العشرين، لكنه كان صعب التنفيذ لفترة طويلة. الفكرة الأساسية هي إجراء الحسابات على البيانات المشفرة دون فك تشفيرها. في البداية، كان من الممكن فقط إجراء عمليات الجمع أو الضرب البسيطة، والتي تُعرف بالتشفير المتماثل الجزئي. في عام 2009، حقق كريغ جينتري تقدمًا بارزًا، حيث أظهر أنه يمكن إجراء حسابات عشوائية على البيانات المشفرة، مما فتح الباب أمام تطوير التشفير المتماثل بالكامل.

FHE هي تقنية تشفير متقدمة، تسمح بإجراء العمليات الحسابية على البيانات المشفرة دون فك تشفيرها. هذا يعني أنه يمكن إجراء العمليات مباشرة على النص المشفر وإنتاج نتائج مشفرة، وعند فك تشفيرها، تتطابق النتائج مع نتائج إجراء نفس العمليات على النص العادي.

الخصائص الأساسية للتشفير المتماثل بالكامل

التشابه

• الجمع: إجراء جمع على النص المشفر يعادل إجراء جمع على النص العادي.
• الضرب: تطبيق الضرب على النص المشفر يعادل تطبيق الضرب على النص الواضح.

إدارة الضوضاء: يضيف التشفير المتماثل بالكامل ضوضاء إلى النص المشفر لضمان الأمان، لكن الضوضاء تزداد بعد كل عملية. من الضروري إدارة الضوضاء بفعالية وتقليلها إلى الحد الأدنى لتجنب التأثير على دقة الحساب.

العمليات غير المحدودة: على عكس بعض التشفير المتماثل (PHE) ونوع معين من التشفير المتماثل (SHE)، يدعم FHE عمليات الجمع والضرب غير المحدودة، مما يسمح بإجراء أي نوع من الحسابات على البيانات المشفرة.

بشكل صارم، فإن FHE هو حالة خاصة من التشفير المتماثل. يشير التشفير المتماثل إلى أن العمليات على النص المشفر تعادل نفس العمليات على النص العادي. من المهم ملاحظة تحديين رئيسيين:

1. تتعلق المساواة بين النص الصريح والنص المشفر بإضافة الضوضاء. إذا كانت الضوضاء كبيرة جدًا، فقد تؤدي إلى فشل الحساب، لذا فإن التحكم في الضوضاء مهم جدًا.

2. تكلفة حساب الجمع والضرب ضخمة. قد تكون الحسابات على النص المشفر أغلى بمقدار 10,000 إلى 1,000,000 مرة من الحسابات على النص الواضح.

التشفير المتماثل حسب درجة التنفيذ يمكن تقسيمه إلى:

• جزء من التشفير المتماثل ( PHE ): يدعم عمليات غير محدودة لنوع واحد من العمليات.
• نوع من التشفير المتماثل ( SHE ): يدعم عددًا محدودًا من عمليات الجمع والضرب.
• التشفير المتماثل بالكامل(FHE): يدعم عمليات الجمع والضرب غير المحدودة، ويمكنه إجراء أي حساب.

تتمثل الميزة الرئيسية للتشفير المتماثل بالكامل في القدرة على إجراء أي نوع من الحسابات على البيانات المشفرة، مما يضمن خصوصية وأمان العملية الحسابية بأكملها.

تطبيق التشفير المتماثل بالكامل في blockchain

من المتوقع أن يصبح التشفير المتماثل بالكامل (FHE) تقنية رئيسية في قابلية التوسع وحماية الخصوصية في blockchain. حاليًا ، يعتبر blockchain شفافًا بشكل افتراضي ، حيث تكون كل معاملة ومتغيرات العقود الذكية علنية. يمكن أن يحول FHE blockchain الشفاف تمامًا إلى شكل مشفر جزئيًا ، مع الاستمرار في السيطرة عليه بواسطة العقود الذكية.

تقوم شركة معينة بتطوير آلة افتراضية للـ FHE، مما يسمح للمبرمجين بكتابة كود Solidity الذي يتعامل مع عمليات الـ FHE. يمكن أن تحل هذه الطريقة مشاكل الخصوصية الحالية في blockchain، مما يجعل حالات الاستخدام مثل المدفوعات المشفرة، وآلات القمار، والكازينوهات ممكنة، مع الاحتفاظ بمخطط المعاملات، مما يجعلها أكثر ملاءمة للرقابة.

تطبيق رئيسي آخر للتشفير المتماثل بالكامل هو تحسين قابلية استخدام مشاريع الخصوصية. تعاني بعض مشاريع الخصوصية من مشكلات كبيرة في قابلية الاستخدام من حيث وقت استرجاع معلومات الرصيد وتأخير المزامنة. يوفر التشفير المتماثل بالكامل حلاً من خلال استرجاع الرسائل الخاصة (OMR)، مما يسمح لعملاء المحفظة بالمزامنة دون الكشف عن محتوى الوصول.

ومع ذلك، لا يمكن لـ FHE حل مشكلة قابلية التوسع في blockchain مباشرة. قد يجمع دمج FHE مع إثبات المعرفة الصفرية (ZKP) بعض التحديات المتعلقة بالقابلية للتوسع. يمكن أن يضمن FHE القابل للتحقق تنفيذ الحسابات بشكل صحيح، مما يوفر آلية حساب موثوقة لبيئة blockchain.

العلاقة بين التشفير المتماثل بالكامل وإثبات المعرفة الصفرية(ZKP)

FHE و ZKP هما تقنيتان تكملان بعضهما البعض، لكنهما تخدمان أغراضًا مختلفة. يسمح ZKP بالحساب القابل للتحقق وخصائص المعلومات الصفرية، مما يوفر الخصوصية للحالة الخاصة. ومع ذلك، لا يوفر ZKP خصوصية الحالة المشتركة، وهو أمر بالغ الأهمية لمنصات العقود الذكية غير المصرح بها. يسمح FHE والحساب متعدد الأطراف (MPC) بإجراء حسابات على البيانات المشفرة دون الكشف عن البيانات.

دمج ZKP و FHE سيزيد بشكل كبير من تعقيد الحسابات، إلا إذا كانت هناك حالات استخدام محددة، وإلا فإن ذلك غير عملي.

حالة وآفاق التشفير المتماثل بالكامل

تتأخر FHE في تقدمها عن ZKP بحوالي 3-4 سنوات، لكنها تشهد تقدمًا سريعًا. بدأت المشاريع من الجيل الأول لـ FHE في الاختبار، ومن المتوقع أن يتم إطلاق الشبكة الرئيسية في وقت لاحق من هذا العام. على الرغم من أن عبء حساب FHE لا يزال أعلى من ZKP، إلا أن لديها إمكانيات هائلة للتطبيق على نطاق واسع. بمجرد أن يدخل FHE حيز الإنتاج ويتوسع، من المتوقع أن ينمو بسرعة مثل ZK Rollups.

التحديات والعقبات

تواجه تطبيقات FHE تحديات مثل كفاءة الحساب وإدارة المفاتيح. تعد عمليات التمهيد في FHE كثيفة الحساب، لكن التقدم في الخوارزميات وتحسينات الهندسة تعمل على تحسين هذه المشكلة. بالنسبة لحالات الاستخدام المحددة مثل التعلم الآلي، قد تكون البدائل التي لا تستخدم التمهيد أكثر كفاءة.

إدارة المفاتيح هي أيضًا تحدٍ كبير. تتطلب بعض مشاريع التشفير المتماثل بالكامل إدارة مفاتيح عتبة، تتضمن مجموعة من الموثقين ذوي القدرة على فك التشفير. تحتاج هذه الطريقة إلى مزيد من التطوير للتغلب على مشكلة نقطة الفشل الواحدة.

حالة سوق التشفير المتماثل بالكامل

بعض شركات رأس المال الاستثماري في التشفير تستثمر بنشاط في مجال التشفير المتماثل بالكامل، متفائلة بإمكاناته. هناك مشاريع قائمة تتعاون مع الشركاء لتطوير تطبيقات مثل ماكينات القمار، والكازينوهات، والمدفوعات التجارية، والألعاب.

التشفير المتماثل بالكامل ( TFHE ) يجمع بين التشفير المتماثل بالكامل و MPC و blockchain، وهو واعد بشكل خاص، مما يفتح آفاقًا جديدة للتطبيقات. يجعل ودود المطورين لـ FHE من الممكن برمجة باستخدام Solidity، مما يجعل تطوير التطبيقات عمليًا وقابلًا للتطبيق.

الهيكل التنافسي

تتنافس العديد من الشركات في مجال التشفير المتماثل بالكامل:

• تركز شركة ما على تسريع الأجهزة لتوليد والتحقق من الإثباتات الصفرية المعرفة في الوقت الفعلي.
• طورت شركة أخرى حلاً للتشفير المتماثل بالكامل (FHE) لاستخدامه في البلوكشين والذكاء الاصطناعي.
• هناك شركات تساعد المهندسين في استخدام التشفير المتماثل بالكامل لبناء ونشر التطبيقات الخاصة.
• بعض المشاريع تعمل على تطوير شبكات بلوكشين تدعم التشفير المتماثل بالكامل.
• هناك شركات تعمل على بناء طبقة إعادة الرهن للتشفير المتماثل بالكامل، لاستخدامها في DePIN وAI.

لقد حصلت هذه الشركات على دعم من رؤوس الأموال المخاطرة، مما يظهر ثقة السوق في تقنية FHE.

بيئة التشريع

تختلف البيئة التنظيمية لتقنيات الخصوصية مثل التشفير المتماثل بالكامل في مناطق مختلفة. على الرغم من الدعم الواسع لخصوصية البيانات، إلا أن الخصوصية المالية لا تزال منطقة رمادية. من المتوقع أن يعزز التشفير المتماثل بالكامل خصوصية البيانات، مما يسمح للمستخدمين بالاحتفاظ بملكية البيانات وقد يتيح لهم الاستفادة منها، مع الحفاظ على الفوائد الاجتماعية.

الاستنتاج

التشفير المتماثل بالكامل(FHE)يعد في طليعة تغيير مجال التشفير، حيث يقدم حلولًا متقدمة للخصوصية والأمان. مع تقدم التكنولوجيا واهتمام رأس المال، من المتوقع أن تحقق FHE تطبيقًا واسع النطاق، مما يحل المشكلات الرئيسية المتعلقة بقابلية توسع blockchain وحماية الخصوصية. في السنوات 3-5 المقبلة، من المتوقع أن تحقق FHE تقدمًا ملحوظًا، مما يجلب تطبيقات مبتكرة لنظام التشفير.