tamamen homomorfik şifreleme(FHE)'in gelişimi ve uygulamaları

tamamen homomorfik şifreleme ( FHE ) kavramı en erken 20. yüzyılın 70'li yıllarına kadar uzanabilir, ancak uzun süre uygulanması zor olmuştur. Temel düşünce, şifrelenmiş veriler üzerinde çözmeden hesaplamalar yapmaktır. Başlangıçta yalnızca basit toplama veya çarpma işlemleri yapılabiliyordu, buna kısmi homomorfik şifreleme denir. 2009 yılında, Craig Gentry çığır açan bir ilerleme kaydederek, şifrelenmiş veriler üzerinde her türlü hesaplamanın yapılabileceğini gösterdi ve böylece tamamen homomorfik şifrelemenin gelişimini başlattı.

FHE, şifrelenmiş veriler üzerinde şifreleme yapmadan hesaplama yapılmasına olanak tanıyan gelişmiş bir şifreleme teknolojisidir. Bu, şifreli veriler üzerinde doğrudan işlem yapılabileceği ve şifre çözülünce, bu sonucun açık veriler üzerinde aynı işlemi yapmanın sonucuyla tutarlı olacağı anlamına gelir.

FHE'nin Temel Özellikleri

Homomorfik

• Toplama: Şifreli veriler üzerinde toplama işlemi, açık metin üzerinde toplama işlemi ile eşdeğerdir.
• Çarpma: Şifreli metin üzerinde çarpma, açık metin üzerinde çarpma ile eşdeğerdir.

Gürültü Yönetimi: FHE şifrelemesi, güvenliği sağlamak için şifreli veriye gürültü ekler, ancak her işlemden sonra gürültü artar. Gürültüyü etkili bir şekilde yönetmek ve en aza indirmek, hesaplama doğruluğunu etkilememesi için kritik öneme sahiptir.

Sonsuz İşlem: Kısmi homomorfik şifreleme (PHE) ve bir tür homomorfik şifreleme (SHE) ile farklı olarak, tamamen homomorfik şifreleme sonsuz sayıda toplama ve çarpma işlemini destekler, şifrelenmiş veriler üzerinde her türlü hesaplama yapılabilir.

Kesin olarak, FHE homomorfik şifrelemenin özel bir durumudur. Homomorfik şifreleme, şifrelenmiş veriler üzerinde yapılan işlemlerin, düz metin üzerinde yapılan aynı işlemlerle eşdeğer olduğunu ifade eder. İki önemli zorluğa dikkat edilmelidir:

1. Düz metin ve şifreli metin arasındaki eşdeğerlik, gürültü eklemeyi içerir. Gürültü çok fazla olursa hesaplamaların başarısız olmasına yol açabilir, bu nedenle gürültü kontrolü çok önemlidir.

2. Toplama ve çarpma hesaplamalarının maliyeti oldukça yüksektir. Şifreli hesaplamalar, açık metin hesaplamalarından 10.000 ile 1.000.000 kat daha pahalı olabilir.

Homomorfik Şifreleme, gerçekleştirme derecesine göre şu şekilde sınıflandırılabilir:

• Kısmi Homomorfik Şifreleme ( PHE ): Bir işlemin sonsuz sayıda hesaplamasını destekler.
• Belirli bir homomorfik şifreleme(SHE): Sınırlı sayıda toplama ve çarpma işlemini destekler.
• tamamen homomorfik şifreleme(FHE): sonsuz sayıda toplama ve çarpma işlemini destekler, her türlü hesaplama yapılabilir.

FHE'nin ana avantajı, şifrelenmiş veriler üzerinde her türlü hesaplama yapabilme yeteneğidir; bu da tüm hesaplama sürecinin gizliliğini ve güvenliğini sağlar.

FHE'nin Blok Zincirindeki Uygulamaları

FHE, blockchain'in ölçeklenebilirliği ve gizlilik koruması için anahtar bir teknoloji olmayı vaat ediyor. Şu anda blockchain varsayılan olarak şeffaftır, her işlem ve akıllı sözleşme değişkeni kamuya açıktır. FHE, tamamen şeffaf bir blockchain'i kısmi şifreleme biçimine dönüştürebilir, aynı zamanda akıllı sözleşmelerin kontrolü altında kalır.

Bir şirket, FHE sanal makinesi geliştiriyor ve programcıların FHE ilkelere yönelik Solidity kodu yazmalarına izin veriyor. Bu yaklaşım, günümüz blok zincirlerindeki gizlilik sorunlarını çözebilir, şifreleme ödemeleri, slot makineleri ve kumarhaneler gibi kullanım durumlarını mümkün kılar, aynı zamanda işlemlerin grafiklerini koruyarak daha düzenleyici dostu hale getirir.

FHE'nin bir diğer ana uygulaması, gizlilik projelerinin kullanılabilirliğini artırmaktır. Bazı gizlilik projeleri, bakiye bilgisi alma süresi ve senkronizasyon gecikmeleri gibi önemli kullanılabilirlik sorunları yaşamaktadır. FHE, gizli mesaj alımı (OMR) ile bir çözüm sunarak, cüzdan istemcisinin erişim içeriğini ifşa etmeden senkronize olmasını sağlar.

Ancak, FHE doğrudan blok zinciri ölçeklenebilirlik sorununu çözemez. FHE'yi sıfır bilgi kanıtı (ZKP) ile birleştirmek bazı ölçeklenebilirlik zorluklarını çözebilir. Doğrulanabilir FHE, hesaplamaların doğru bir şekilde gerçekleştirilmesini sağlayarak blok zinciri ortamına güvenilir bir hesaplama mekanizması sunar.

FHE ve sıfır bilgi kanıtı ( ZKP )'in ilişkisi

FHE ve ZKP, tamamlayıcı teknolojilerdir, ancak farklı amaçlara hizmet ederler. ZKP, doğrulanabilir hesaplama ve sıfır bilgi özellikleri sunarak özel duruma gizlilik sağlar. Ancak, ZKP, izin gerektirmeyen akıllı sözleşme platformları için kritik olan paylaşılan duruma gizlilik sağlamaz. FHE ve çok taraflı hesaplama (MPC) ise verileri ifşa etmeden şifrelenmiş veriler üzerinde hesaplama yapılmasına olanak tanır.

ZKP ve FHE'yi birleştirmek hesaplama karmaşıklığını önemli ölçüde artırır, belirli bir kullanım durumu gerektirmediği sürece pratik değildir.

FHE'nin Mevcut Durumu ve Geleceği

FHE, ZKP'den yaklaşık 3-4 yıl geride kalmışken, hızla ilerliyor. İlk nesil FHE projeleri test edilmeye başlandı ve ana ağın bu yılın ilerleyen dönemlerinde piyasaya sürülmesi bekleniyor. FHE'nin hesaplama maliyeti hâlâ ZKP'den yüksek olsa da, büyük ölçekli uygulama potansiyeli çok büyük. FHE üretime girdiğinde ve ölçeklendiğinde, ZK Rollups gibi hızlı bir büyüme göstermesi bekleniyor.

Zorluklar ve Engeller

FHE'nin uygulamaları hesaplama verimliliği ve anahtar yönetimi gibi zorluklarla karşı karşıya. FHE'deki özyükleme işlemi hesaplama açısından yoğun, ancak algoritma ilerlemeleri ve mühendislik optimizasyonları bu sorunu iyileştiriyor. Makine öğrenimi gibi belirli kullanım durumları için, özyükleme kullanılmayan alternatiflerin daha verimli olması mümkün.

Anahtar yönetimi de büyük bir zorluktur. Bazı FHE projeleri, şifre çözme yeteneğine sahip doğrulayıcı gruplarını içeren eşik anahtar yönetimi gerektirir. Bu yöntem, tek nokta arızası sorununu aşmak için daha fazla geliştirilmelidir.

FHE Pazar Durumu

Bazı şifreleme risk sermayesi şirketleri FHE alanına aktif olarak yatırım yapıyor ve potansiyeline güveniyor. Mevcut projeler, ortaklarla birlikte slot makineleri, kumarhaneler, ticari ödemeler ve oyunlar gibi uygulamalar geliştiriyor.

Eşik FHE( TFHE), FHE'yi MPC ve blockchain ile birleştirerek, özellikle umut verici yeni uygulama senaryolarını açmaktadır. FHE'nin geliştirici dostu olması, Solidity ile programlama yapılmasına olanak tanır, bu da uygulama geliştirmede hem pratik hem de uygulanabilir hale gelir.

Rekabet Ortamı

Birçok şirket FHE alanında rekabet ediyor:

• Bir şirket, sıfır bilgi kanıtlarının gerçek zamanlı olarak üretilmesi ve doğrulanması için donanım hızlandırmasına odaklanmaktadır.
• Başka bir şirket, blockchain ve AI için FHE çözümleri geliştirmektedir.
• Ayrıca şirketler mühendislerin FHE kullanarak özel uygulamalar oluşturmasına ve dağıtmasına yardımcı olmaktadır.
• Bazı projeler FHE'yi destekleyen blockchain ağları geliştiriyor.
• Ayrıca şirketler DePIN ve AI için FHE yeniden teminat katmanı inşa ediyor.

Bu şirketler, FHE teknolojisine olan piyasa güvenini gösteren risk sermayesi desteği aldı.

Düzenleyici Çevre

FHE gibi gizlilik teknolojilerinin düzenleyici ortamı farklı bölgelerde değişiklik göstermektedir. Veri gizliliği geniş çapta desteklenmesine rağmen, finansal gizlilik hâlâ gri bir alandır. FHE, veri gizliliğini artırmayı, kullanıcıların veri mülkiyetini korumasına ve belki de bundan kazanç sağlamasına olanak tanırken, sosyal faydayı da korumayı ummaktadır.

Sonuç

tamamen homomorfik şifreleme(FHE)şifreleme alanında devrim niteliğinde bir öncüdür, gelişmiş gizlilik ve güvenlik çözümleri sunar. Teknolojik ilerleme ve sermaye ilgisi ile FHE'nin büyük ölçekli uygulamalar gerçekleştirmesi bekleniyor, blok zinciri ölçeklenebilirliği ve gizlilik koruma konularındaki temel sorunları çözmesi umuluyor. Önümüzdeki 3-5 yıl içinde, FHE'nin önemli ilerlemeler kaydetmesi ve şifreleme ekosistemine yenilikçi uygulamalar getirmesi bekleniyor.