Tamamen homomorfik şifreleme: AI çağında gizlilik koruma aracı

Son zamanlarda piyasa durumu durgundu, bu da bize bazı yeni teknolojilerin gelişimine daha fazla zaman ayırma fırsatı sağladı. 2024'teki şifreleme piyasası, önceki yıllardaki kadar heyecan verici olmasa da, yine de bazı yeni teknolojiler yavaş yavaş olgunlaşmaya doğru ilerliyor. Bugün, dikkat çekici bir teknoloji olan tamamen homomorfik şifreleme (Fully Homomorphic Encryption, kısaca FHE) üzerinde derinlemesine duracağız.

FHE bu karmaşık kavramını anlamak için önce "şifreleme" ve "homomorfik" terimlerinin anlamını netleştirmemiz ve neden "tam" kelimesine vurgu yapmamız gerektiğini anlamamız gerekiyor.

Şifrelemenin Temel Kavramları

En temel şifreleme yöntemleri herkesin çok iyi bildiği bir konudur. Örneğin, Alice Bob'a gizli bir mesaj iletmek ister "1314 520", ancak bu mesajı üçüncü bir taraf olan C aracılığıyla iletmek zorundadır. Bilgi güvenliğini sağlamak için, Alice basit bir şifreleme yöntemi kullanabilir: Her sayıyı 2 ile çarpar. Böylece mesaj "2628 1040" haline gelir. Bob mesajı aldığında, her sayıyı 2'ye bölerek orijinal mesajı "1314 520" geri elde edebilir.

Bu simetrik şifreleme yöntemi, Alice ve Bob'un C'yi kullanarak bilgi iletebilmesine olanak tanırken, C'nin içeriği bilmemesini sağlar. Bu temel şifreleme yaklaşımı, birçok gizli iletişimde uygulanmaktadır.

Homomorfik Şifrelemenin Prensibi

Şimdi, daha karmaşık bir duruma bakalım. Diyelim ki Alice sadece 7 yaşında ve sadece en basit olan 2 ile çarpma ve 2 ile bölme işlemlerini biliyor. Alice'in evinin aylık elektrik faturası 400 yuan ve 12 aydır borcu var, fakat 400'ü 12 ile çarpmayı bilmiyor.

Alice, başkalarının kesin elektrik faturasını ve borçlu olduğu ay sayısını bilmesini istemiyor çünkü bunlar hassas bilgiler. Bu yüzden, bir yöntem düşündü: önce 400 ve 12'yi ayrı ayrı 2 ile çarparak basitçe şifreleme yaptı, ardından C'den 800 ile 24'ün sonucunu hesaplamasını istedi.

C çok hızlı bir şekilde 19200 hesapladı ve Alice'e söyledi. Alice bu sonucu önce 2'ye, ardından tekrar 2'ye bölerek ödemesi gereken elektrik ücretini 4800 olarak buldu.

Bu, basit bir çarpma homomorfik şifreleme örneğidir. 800 çarpı 24 aslında 400 çarpı 12'nin bir eşleşmesidir, şifrelemeden önce ve sonra biçim aynı kalır, bu nedenle "homomorfik" olarak adlandırılır. Bu yöntem, Alice'in hassas verileri ifşa etmeden güvensiz bir üçüncü tarafa hesaplama yaptırmasını sağlar.

Tamamen homomorfik şifrelemenin gerekliliği

Ancak, gerçek dünya sorunları genellikle bundan daha karmaşıktır. Eğer C, deneme yanılma yoluyla, Alice'in aslında hesaplamak istediği şeyin 400 ve 12 olduğunu çıkarabiliyorsa, o zaman bunu çözmek için daha ileri düzeydeki "tamamen homomorfik şifreleme" teknolojisine ihtiyaç vardır.

Tamamen homomorfik şifreleme, şifreli verilere belirli işlemlerle veya sınırlı sayıda işlemle sınırlı olmaksızın, herhangi bir sayıda toplama ve çarpma işlemi yapmaya izin verir. Böylece, karmaşık çok terimli işlemlerle karşılaşsa bile, verilerin güvenliğini sağlamakta, üçüncü şahısların özel verilere göz atma olasılığını neredeyse ortadan kaldırmaktadır.

Tamamen homomorfik şifreleme teknolojisi 2009 yılında çarpıcı bir ilerleme kaydetti ve kriptografi alanında "kutsal kâse" olarak görülüyor.

Tamamen homomorfik şifrelemenin uygulama perspektifi

FHE teknolojisinin yapay zeka alanında geniş bir uygulama potansiyeli vardır. Güçlü AI sistemlerinin büyük miktarda veri eğitimi gerektığı herkesçe bilinmektedir, ancak bu veriler genellikle gizlilik sorunlarıyla ilgilidir. FHE teknolojisi bu çelişkiyi iyi bir şekilde çözebilir:

1. Kullanıcılar hassas verileri tamamen homomorfik şifreleme (FHE) yöntemiyle şifreleyebilir.
2. Şifrelenmiş verileri AI'ye hesaplama için sağla.
3. AI, şifrelenmiş bir sonuç dizisi döndürür.
4. Kullanıcı yerel olarak şifre çözme sonucunu alır ve gerekli bilgiyi elde eder.

Böylece, AI sistemleri, orijinal hassas verilere dokunmadan kullanıcıya hizmet verebilir ve gerçekten veri kullanımı ile gizlilik koruma arasında kazan-kazan durumu sağlanmış olur.

FHE teknolojisi ayrıca yüz tanıma gibi alanlarda da uygulanabilir. Örneğin, kimlik doğrulaması yapılırken, hem doğruluğun sağlanması hem de kullanıcıların yüz özellik bilgilerinin sızdırılmaması gerekmektedir.

Tamamen homomorfik şifrelemenin zorlukları ve gelişimi

FHE teknolojisinin geniş bir geleceği olmasına rağmen, pratik uygulamalar hâlâ zorluklarla karşı karşıya. Ana sorun, FHE'nin büyük hesaplama kaynaklarına ihtiyaç duymasıdır; şifreleme, şifre çözme veya hesaplama süreçlerinin hepsi zaman alıcı ve zorlayıcıdır.

Bu sorunu çözmek için bazı projeler özel bir FHE hesaplama ağı kurmayı araştırıyor. Bu ağlar genellikle kripto para madenciliğine benzer bir teşvik mekanizması kullanarak katılımcıları hesaplama gücü sağlamaya teşvik ediyor.

Teknolojinin sürekli ilerlemesiyle, FHE'nin gelecekte AI çağında kişisel gizliliği korumada önemli bir araç olması bekleniyor. Ulusal güvenlikten bireysel günlük yaşama kadar, FHE teknolojisi önemli bir rol oynayabilir ve dijital çağda gizliliği korumanın son savunma hattı haline gelebilir.