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encriptación completamente homomórfica FHE: la estrella del futuro en la protección de la privacidad de la cadena de bloques
encriptación completamente homomórfica(FHE)el desarrollo y la aplicación
El concepto de encriptación completamente homomórfica ( FHE ) se remonta a la década de 1970, pero ha sido difícil de lograr durante mucho tiempo. Su idea central es realizar cálculos sobre datos encriptados sin necesidad de desencriptarlos. Inicialmente, solo se podían realizar operaciones sencillas de adición o multiplicación, lo que se conoce como encriptación homomórfica parcial. En 2009, Craig Gentry logró avances significativos, demostrando que se pueden realizar cálculos arbitrarios sobre datos encriptados, lo que abrió el desarrollo de la encriptación completamente homomórfica.
FHE es una tecnología de encriptación avanzada que permite calcular datos encriptados sin necesidad de desencriptarlos. Esto significa que se pueden realizar operaciones directamente sobre el texto cifrado y generar resultados encriptados, los cuales, al desencriptarse, son iguales a los resultados obtenidos al realizar las mismas operaciones sobre el texto plano.
Características clave de FHE
Homomorfismo
Gestión del ruido: La encriptación FHE añade ruido a los textos cifrados para garantizar la seguridad, pero el ruido aumenta después de cada operación. Es crucial gestionar y minimizar el ruido de manera efectiva para no afectar la precisión de los cálculos.
Operaciones infinitas: A diferencia de la encriptación parcialmente homomórfica (PHE) y de cierto tipo de encriptación homomórfica (SHE), la encriptación completamente homomórfica (FHE) admite una cantidad infinita de sumas y multiplicaciones, lo que permite realizar cualquier tipo de cálculo sobre datos encriptados.
En términos estrictos, FHE es un caso especial de cifrado homomórfico. El cifrado homomórfico significa que las operaciones sobre el texto cifrado son equivalentes a las mismas operaciones sobre el texto claro. Es importante tener en cuenta dos desafíos clave:
La equivalencia entre texto plano y texto cifrado implica la adición de ruido. Si el ruido es demasiado grande, puede llevar al fallo del cálculo, por lo que el control del ruido es muy importante.
El costo de los cálculos de suma y multiplicación es enorme. Los cálculos encriptados pueden ser entre 10,000 y 1,000,000 veces más caros que los cálculos en texto plano.
Cifrado homomórfico según el grado de implementación se puede dividir en:
La principal ventaja de FHE radica en la capacidad de realizar cualquier tipo de cálculo sobre datos encriptados, garantizando la privacidad y seguridad de todo el proceso de cálculo.
FHE en la aplicación de blockchain
FHE tiene el potencial de convertirse en la tecnología clave para la escalabilidad y la protección de la privacidad en blockchain. Actualmente, la blockchain es por defecto transparente, cada transacción y variable de contrato inteligente son públicas. FHE puede transformar una blockchain completamente transparente en una forma parcialmente encriptada, mientras sigue estando bajo el control de contratos inteligentes.
Una empresa está desarrollando una máquina virtual FHE que permite a los programadores escribir código Solidity que opera con primitivas FHE. Este enfoque puede resolver los problemas de privacidad en las blockchain actuales, haciendo posibles casos de uso como pagos encriptados, tragamonedas y casinos, al tiempo que conserva el gráfico de transacciones, haciéndolo más amigable para la regulación.
Otra aplicación clave de la encriptación completamente homomórfica (FHE) es mejorar la usabilidad de los proyectos de privacidad. Algunos proyectos de privacidad enfrentan problemas significativos de usabilidad en términos de tiempo de recuperación de información de saldo y retrasos en la sincronización. FHE ofrece una solución a través de la recuperación de mensajes privados (OMR), permitiendo que los clientes de billetera sincronicen sin exponer el contenido de acceso.
Sin embargo, la encriptación completamente homomórfica no puede resolver directamente el problema de escalabilidad de la cadena de bloques. Combinar la encriptación completamente homomórfica con (ZKP) de pruebas de conocimiento cero puede resolver algunos desafíos de escalabilidad. La encriptación completamente homomórfica verificable puede asegurar que los cálculos se ejecuten correctamente, proporcionando un mecanismo de cálculo confiable para el entorno de la cadena de bloques.
La relación entre FHE y la prueba de cero conocimiento ( ZKP )
FHE y ZKP son tecnologías complementarias, pero sirven a diferentes propósitos. ZKP permite cálculos verificables y atributos de conocimiento cero, proporcionando privacidad para estados privados. Sin embargo, ZKP no proporciona privacidad para estados compartidos, lo cual es crucial para plataformas de contratos inteligentes sin permiso. FHE y el cálculo multipartito (MPC) permiten realizar cálculos sobre datos cifrados sin exponer los datos.
Combinar ZKP y Cifrado homomórfico aumentará significativamente la complejidad computacional; a menos que se requieran casos de uso específicos, no es muy práctico.
El estado actual y las perspectivas de la encriptación completamente homomórfica
FHE está aproximadamente 3-4 años detrás de ZKP en términos de progreso de desarrollo, pero está alcanzando rápidamente. Los primeros proyectos de FHE han comenzado a ser probados, y se espera que la red principal sea lanzada más adelante este año. A pesar de que el costo computacional de FHE sigue siendo superior al de ZKP, su potencial para aplicaciones a gran escala es enorme. Una vez que FHE entre en producción y se escale, se espera que crezca rápidamente, como los ZK Rollups.
Desafíos y limitaciones
Las aplicaciones de la encriptación completamente homomórfica enfrentan desafíos como la eficiencia computacional y la gestión de claves. La operación de autoarranque en la encriptación completamente homomórfica es intensiva en cálculos, pero los avances en algoritmos y la optimización de ingeniería están mejorando este problema. Para casos de uso específicos como el aprendizaje automático, las alternativas que no utilizan autoarranque pueden ser más eficientes.
La gestión de claves también es un gran desafío. Algunos proyectos de FHE requieren gestión de claves de umbral, involucrando grupos de validadores con capacidad de descifrado. Este enfoque necesita un desarrollo adicional para superar el problema de punto único de fallo.
Estado actual del mercado de FHE
Algunas empresas de capital de riesgo encriptación están invirtiendo activamente en el campo de FHE, confiando en su potencial. Ya hay proyectos que están desarrollando aplicaciones como tragamonedas, casinos, pagos comerciales y juegos junto con socios.
El FHE de umbral (TFHE) combina FHE con MPC y blockchain, lo que es especialmente prometedor y abre nuevos escenarios de aplicación. La amigabilidad de los desarrolladores de FHE permite programar utilizando Solidity, lo que lo hace práctico y viable en el desarrollo de aplicaciones.
Estructura competitiva
Varias empresas están compitiendo en el campo de FHE:
Estas empresas han recibido el apoyo de capital de riesgo, lo que demuestra la confianza del mercado en la tecnología FHE.
Entorno regulatorio
El entorno regulatorio de tecnologías de privacidad como la FHE varía en diferentes regiones. Aunque la privacidad de los datos es ampliamente apoyada, la privacidad financiera sigue siendo un área gris. Se espera que la FHE mejore la privacidad de los datos, permitiendo a los usuarios mantener la propiedad de los datos y posiblemente beneficiarse de ellos, mientras se mantiene el beneficio social.
Conclusión
La encriptación completamente homomórfica ( FHE ) está a la vanguardia de la transformación en el campo de la encriptación, ofreciendo soluciones avanzadas de privacidad y seguridad. Con los avances tecnológicos y la atención del capital, se espera que FHE logre una aplicación a gran escala, abordando problemas clave de escalabilidad y protección de la privacidad en blockchain. Se prevé que en los próximos 3-5 años, FHE logre avances significativos, trayendo aplicaciones innovadoras al ecosistema de encriptación.