FHE : La technologie clé pour le calcul de la confidentialité du futur

FHE (chiffrement homomorphe) est une technologie de chiffrement avancée qui permet d'effectuer des calculs directement sur des données chiffrées, tout en protégeant la vie privée lors du traitement des données. FHE a plusieurs scénarios d'application potentiels, en particulier dans le domaine du traitement et de l'analyse des données nécessitant une protection de la vie privée, tels que la finance, les soins de santé, le cloud computing, l'apprentissage automatique, les systèmes de vote, l'Internet des objets, et la protection de la vie privée sur la blockchain. Cependant, sa commercialisation prend encore du temps, les principaux défis étant les énormes coûts en calcul et en mémoire liés aux algorithmes, avec une évolutivité limitée.

Les principes de base de FHE

Le cœur de la FHE est d'utiliser des polynômes pour masquer les informations originales. Le processus de cryptage FHE simplifié est le suivant :

1. Choisissez un polynôme clé s(x)
2. Générer un polynôme aléatoire a(x)
3. Générer un petit polynôme "erreur" e(x)
4. Texte clair chiffré m : c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

Lors de la décryption, il suffit de connaître s(x) pour pouvoir récupérer m à partir de c(x). L'introduction de l'aléa et de l'erreur peut renforcer la sécurité.

Pour soutenir le calcul sur des données cryptées, la FHE transforme les opérations en "circuits". Cependant, chaque opération augmente le bruit, et lorsque le bruit devient trop important, il devient impossible de déchiffrer correctement. Pour résoudre ce problème, la FHE utilise les technologies clés suivantes :

• Changement de clé : compression de la taille du texte chiffré
• Changement de module : contrôle de la croissance du bruit
• Bootstrap : réinitialiser le bruit à un niveau initial

Les solutions FHE actuellement dominantes utilisent la technologie Bootstrap, mais le coût de calcul reste élevé.

Les défis auxquels est confronté le FHE

Le principal défi de l'FHE réside dans son coût de calcul énorme. Par rapport à un calcul normal, la vitesse de calcul de l'FHE est environ un million de fois plus lente. Afin d'améliorer les performances de l'FHE, l'Agence des projets de recherche avancés de défense des États-Unis (DARPA) a lancé en 2021 le programme Dprive, dont l'objectif est d'augmenter la vitesse de calcul de l'FHE à 1/10 de celle d'un calcul normal. Ce programme s'attaque principalement aux aspects suivants :

1. Augmenter la longueur des mots du processeur
2. Développer des processeurs ASIC dédiés
3. Construire une architecture parallèle MIMD

Bien que les progrès soient lents, à long terme, la technologie FHE reste d'une grande importance pour la protection des données sensibles, en particulier dans les domaines militaire, médical et financier.

Applications de la FHE dans la blockchain

Dans le domaine de la blockchain, la FHE est principalement utilisée pour protéger la vie privée des données, les directions d'application incluent :

• Confidentialité sur la chaîne
• Confidentialité des données d'entraînement de l'IA
• Vie privée des votes en chaîne
• Examen des transactions privées sur la chaîne
• Solutions potentielles aux problèmes MEV

Mais le FHE est également confronté à des défis tels que l'augmentation significative des exigences de fonctionnement des nœuds et la réduction du débit du réseau.

Principaux projets FHE

Les principaux projets FHE actuels incluent :

• Zama : Fournit une pile de développement basée sur TFHE
• Fhenix : construire un Layer 2 axé sur la confidentialité
• Privasea : axé sur le calcul de données LLM
• Inco Network : construire le FHE Layer 1
• Arcium : fusion de plusieurs technologies cryptographiques
• Mind Network: Restaking piste

Parmi ceux-ci, Zama est le fournisseur de technologie FHE utilisé par la plupart des projets.

Perspectives d'avenir

La technologie FHE en est encore à ses débuts, et son développement est plus lent par rapport à la technologie ZK. Cependant, avec l'augmentation de l'attention des capitaux et le développement de puces FHE dédiées, FHE devrait apporter des changements profonds dans des domaines tels que la défense, la finance et la santé. Le déploiement de puces FHE sera une condition préalable importante à sa commercialisation.

Bien qu'il fasse face à de nombreux défis techniques, la FHE, en tant que technologie de pointe ayant une demande certaine, a encore un grand avenir. Elle devrait libérer le potentiel énorme de la combinaison des données privées avec des technologies émergentes telles que les algorithmes quantiques, entraînant un développement explosif.