# 完全準同型暗号化:原理と適用シナリオ暗号化は通常、静的暗号化と伝送中暗号化の二種類に分けられます。静的暗号化はデータを暗号化してハードウェアデバイスやクラウドサーバーに保存し、権限のある者のみが復号化された内容を確認できます。一方、伝送中暗号化はインターネットを通じて送信されるデータが指定された受信者のみが解読できることを保証します。この二つの暗号化はどちらも暗号化アルゴリズムに依存しており、認証暗号化を通じてデータの完全性と機密性を確保します。しかし、特定のマルチパーティコラボレーションシナリオでは、暗号文に対して複雑な処理が必要であり、これはプライバシー保護技術の範疇に属します。その中で、完全同型暗号化(FHE)は重要なソリューションの一つです。オンライン投票を例にとると、有権者は暗号化された投票結果を集計者に提出し、後者は解読することなく最終結果を集計する必要があります。従来の暗号化ソリューションでは、プライバシーを保護しながらこのような複雑な計算を行うことは困難です。このような問題を解決するために、完全同型暗号化が登場しました。FHEは、暗号文を解読することなく直接暗号文に対して関数計算を行い、その関数の出力の暗号結果を得ることを可能にし、プライバシーを保護します。FHEでは、関数の数学的構造は公開されており、全ての処理過程はクラウド上で実行され、プライバシーが漏れることはありません。入力と出力はどちらも暗号文であり、解読には鍵が必要です。! [完全準同型暗号化FHEの動作モードとアプリケーションシナリオを1つの記事で読む](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-d0ef065f73a9fd408039cbfcc3ca7138)FHEは、出力結果の密文サイズと復号作業量が元の平文のみに依存し、具体的な計算プロセスに依存しないコンパクトな暗号化スキームです。これは、入力と関数ソースコードを単純に接続する非コンパクトな暗号システムとは異なります。実際のアプリケーションでは、FHEはTEEなどの安全な実行環境の代替手段と見なされることがよくあります。FHEの安全性は暗号化アルゴリズムに基づいており、ハードウェアに依存しないため、サイドチャネル攻撃やクラウドサーバーが攻撃される影響を受けません。敏感なデータの計算を外部に委託する必要があるシナリオにおいて、FHEはクラウドベースの仮想マシンやTEEよりも安全で信頼性があります。FHEシステムは通常、いくつかの鍵のセットを含みます:1. 復号鍵: 主鍵, FHE暗号文の復号に使用され、通常はユーザーのローカルで生成され、外部には送信されません。2. 暗号化鍵: 明文を密文に変換するために使用され、公開鍵モードでは通常公開されている。3. 鍵の計算: 暗号文に対して同型暗号化演算を行うために使用され、公に公開することができるが、暗号文を解読するためではなく、同型計算のみに使用される。その中で、復号鍵が最も敏感であり、保有者は全体の同型暗号化操作チェーンが有効であり、最終的な暗号文が安全であることを確認する必要があります。同型暗号化操作プロセスは公開検証可能であり、悪意のある行為を防ぐためです。! [完全準同型暗号化FHEの動作モードとアプリケーションシナリオを1つの記事で読む](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-e3e0ce9b630ec487152f37b7a7d50094)FHEにはさまざまな適用モードがあります:1. アウトソーシングモデル:計算タスクをクラウドサービスプロバイダーにアウトソーシングし、プライベート情報検索などのシーンに適しています。! [完全準同型暗号化FHEの動作モードとアプリケーションシナリオを1つの記事で読む](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-d11dab7bc9be1f62f9bc935ef8d33f93)2. 両者の計算モデル: 両者がそれぞれ秘密データを提供して共同計算を行う、例えば「億万長者問題」。! [完全準同型暗号化FHEの動作モードとアプリケーションシナリオを1つの記事で読む](https://img-cdn.gateio.im/social/moments-dceb3da8a44ca777783bebcd773b085201928374656748392013. 集約モード: 複数のデータを集約して計算を行い、フェデレーティッドラーニングやオンライン投票などに適しています。! [完全準同型暗号化FHEの動作モードとアプリケーションシナリオを1つの記事で読む])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-41333f43d9235580b9c51b9901f64c71(4. クライアント-サーバーモード: サーバーは複数の独立したクライアントに対してFHE計算サービスを提供します。例えば、プライベートAIモデルの演算です。! [完全準同型暗号化FHEの動作モードとアプリケーションシナリオを1つの記事で読む])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-7593b4d9d01cef7bfa2279793beb9f49(計算結果の有効性を確保するために、FHEは通常、冗長性の導入やデジタル署名などの方法を採用します。中間変数の漏洩を防ぐために、復号鍵の保持者が中間暗号文にアクセスできないように制限するか、秘密分散を利用して復号鍵を配布することができます。FHEは最も柔軟な完全同型暗号化のタイプであり、任意の複雑さの計算タスクをサポートできます。しかし、FHEはノイズの蓄積という技術的課題にも直面しており、ノイズレベルを制御するために高価なブートストラップ操作を必要とします。今後、FHE技術の発展は、より多くのプライバシー計算シーンで重要な役割を果たすことが期待されています。! [完全準同型暗号化FHEの動作モードとアプリケーションシナリオを1つの記事で読む])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-e6325d032d33d9fc18683bdc5dc177e2(! [完全準同型暗号化FHEの動作モードとアプリケーションシナリオを1つの記事で読む])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-a37e9e4883a3e188b0c49f33ec7542cc(! [完全準同型暗号化FHEの動作モードとアプリケーションシナリオを1つの記事で読む])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-7019c4531429877198ffe6b794ca6c0c(! [完全準同型暗号化FHEの動作モードとアプリケーションシナリオを1つの記事で読む])https://img-cdn.gateio.im/social/moments-a9346d133b26d0434e9c711e64d01f78(
完全準同型暗号化FHE:プライバシー保護暗号文コンピューティング技術
完全準同型暗号化:原理と適用シナリオ
暗号化は通常、静的暗号化と伝送中暗号化の二種類に分けられます。静的暗号化はデータを暗号化してハードウェアデバイスやクラウドサーバーに保存し、権限のある者のみが復号化された内容を確認できます。一方、伝送中暗号化はインターネットを通じて送信されるデータが指定された受信者のみが解読できることを保証します。この二つの暗号化はどちらも暗号化アルゴリズムに依存しており、認証暗号化を通じてデータの完全性と機密性を確保します。
しかし、特定のマルチパーティコラボレーションシナリオでは、暗号文に対して複雑な処理が必要であり、これはプライバシー保護技術の範疇に属します。その中で、完全同型暗号化(FHE)は重要なソリューションの一つです。オンライン投票を例にとると、有権者は暗号化された投票結果を集計者に提出し、後者は解読することなく最終結果を集計する必要があります。従来の暗号化ソリューションでは、プライバシーを保護しながらこのような複雑な計算を行うことは困難です。
このような問題を解決するために、完全同型暗号化が登場しました。FHEは、暗号文を解読することなく直接暗号文に対して関数計算を行い、その関数の出力の暗号結果を得ることを可能にし、プライバシーを保護します。FHEでは、関数の数学的構造は公開されており、全ての処理過程はクラウド上で実行され、プライバシーが漏れることはありません。入力と出力はどちらも暗号文であり、解読には鍵が必要です。
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FHEは、出力結果の密文サイズと復号作業量が元の平文のみに依存し、具体的な計算プロセスに依存しないコンパクトな暗号化スキームです。これは、入力と関数ソースコードを単純に接続する非コンパクトな暗号システムとは異なります。
実際のアプリケーションでは、FHEはTEEなどの安全な実行環境の代替手段と見なされることがよくあります。FHEの安全性は暗号化アルゴリズムに基づいており、ハードウェアに依存しないため、サイドチャネル攻撃やクラウドサーバーが攻撃される影響を受けません。敏感なデータの計算を外部に委託する必要があるシナリオにおいて、FHEはクラウドベースの仮想マシンやTEEよりも安全で信頼性があります。
FHEシステムは通常、いくつかの鍵のセットを含みます:
復号鍵: 主鍵, FHE暗号文の復号に使用され、通常はユーザーのローカルで生成され、外部には送信されません。
暗号化鍵: 明文を密文に変換するために使用され、公開鍵モードでは通常公開されている。
鍵の計算: 暗号文に対して同型暗号化演算を行うために使用され、公に公開することができるが、暗号文を解読するためではなく、同型計算のみに使用される。
その中で、復号鍵が最も敏感であり、保有者は全体の同型暗号化操作チェーンが有効であり、最終的な暗号文が安全であることを確認する必要があります。同型暗号化操作プロセスは公開検証可能であり、悪意のある行為を防ぐためです。
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FHEにはさまざまな適用モードがあります:
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計算結果の有効性を確保するために、FHEは通常、冗長性の導入やデジタル署名などの方法を採用します。中間変数の漏洩を防ぐために、復号鍵の保持者が中間暗号文にアクセスできないように制限するか、秘密分散を利用して復号鍵を配布することができます。
FHEは最も柔軟な完全同型暗号化のタイプであり、任意の複雑さの計算タスクをサポートできます。しかし、FHEはノイズの蓄積という技術的課題にも直面しており、ノイズレベルを制御するために高価なブートストラップ操作を必要とします。今後、FHE技術の発展は、より多くのプライバシー計算シーンで重要な役割を果たすことが期待されています。
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