FHE, ZK và MPC: So sánh ba công nghệ mã hóa tiên tiến

Trong thời đại số hiện nay, an ninh dữ liệu và bảo vệ quyền riêng tư ngày càng trở nên quan trọng. Mã hóa toàn đồng hình (FHE), chứng minh không kiến thức (ZK) và tính toán an toàn nhiều bên (MPC) là ba công nghệ mã hóa tiên tiến để đối phó với những thách thức này. Bài viết này sẽ so sánh chi tiết ba công nghệ này, khám phá cách chúng hoạt động, các trường hợp ứng dụng và tiềm năng của chúng trong lĩnh vực blockchain.

1. Chứng minh không biết (ZK): Phương thức chứng minh không rò rỉ thông tin

Công nghệ chứng minh không biết nhằm giải quyết vấn đề làm thế nào để xác minh tính xác thực của thông tin mà không tiết lộ nội dung cụ thể. Nó dựa trên nền tảng mã hóa, cho phép một bên (người chứng minh) chứng minh với bên kia (người xác minh) tính xác thực của một tuyên bố mà không cần tiết lộ bất kỳ thông tin nào ngoài tính xác thực của tuyên bố đó.

Ví dụ, giả sử Alice cần chứng minh tình trạng tín dụng tốt của mình cho nhân viên công ty cho thuê xe là Bob, nhưng không muốn cung cấp chi tiết về sao kê ngân hàng. Trong trường hợp này, một "điểm tín dụng" tương tự như những gì ngân hàng hoặc phần mềm thanh toán cung cấp có thể được sử dụng như một chứng minh không kiến thức. Alice có thể chứng minh rằng điểm tín dụng của cô ấy đạt yêu cầu, trong khi Bob không cần phải biết rõ tình hình tài chính cụ thể của Alice.

Trong lĩnh vực blockchain, ứng dụng của công nghệ ZK có thể tham khảo loại tiền mã hóa ẩn danh Zcash. Khi người dùng thực hiện chuyển khoản, họ cần chứng minh mình sở hữu đủ coin để thực hiện giao dịch trong khi vẫn giữ được tính ẩn danh. Bằng cách tạo ra bằng chứng ZK, thợ mỏ có thể xác minh tính hợp pháp của giao dịch mà không biết danh tính của hai bên giao dịch và thêm nó vào blockchain.

2. Tính toán an toàn đa bên (MPC): Phương pháp tính toán hợp tác an toàn

Công nghệ tính toán an toàn đa bên chủ yếu được sử dụng để giải quyết cách thức thực hiện tính toán hợp tác mà không tiết lộ thông tin nhạy cảm của các bên. Nó cho phép nhiều người tham gia cùng hoàn thành một nhiệm vụ tính toán mà không cần bên nào tiết lộ dữ liệu đầu vào của mình.

Ví dụ, giả sử ba người muốn tính toán mức lương trung bình của họ, nhưng không muốn tiết lộ số lương cụ thể của từng người. Sử dụng công nghệ MPC, mỗi người có thể chia lương của mình thành ba phần và trao đổi hai phần với hai người còn lại. Sau đó, mỗi người sẽ cộng các số đã nhận được và chia sẻ kết quả tổng này. Cuối cùng, ba người sẽ lại cộng ba kết quả tổng này và tính toán giá trị trung bình, từ đó có được mức lương trung bình, nhưng không thể biết được số lương cụ thể của người khác.

Trong lĩnh vực mã hóa, công nghệ MPC được áp dụng trong thiết kế của một số ví. Ví này chia nhỏ khóa riêng thành nhiều phần, được lưu trữ riêng biệt trên thiết bị của người dùng, đám mây và bên nền tảng, tăng cường tính bảo mật của tài sản và tiện lợi trong việc phục hồi. Một số ví MPC còn hỗ trợ việc đưa thêm nhiều bên thứ ba vào để bảo vệ các mảnh khóa riêng, từ đó tăng cường tính bảo mật.

3. Mã hóa toàn phần (FHE): Tính toán dữ liệu mã hóa được thuê ngoài

Công nghệ mã hóa toàn phần đã giải quyết vấn đề làm thế nào để cho phép bên thứ ba thực hiện tính toán trong khi bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu. Nó cho phép thực hiện nhiều thao tác trên dữ liệu đã mã hóa mà không cần giải mã, và kết quả đã mã hóa cuối cùng có thể được bên được ủy quyền giải mã để có được kết quả tính toán chính xác.

Trong ứng dụng thực tế, FHE cho phép người dùng chuyển giao dữ liệu nhạy cảm đã được mã hóa cho bên thứ ba không đáng tin cậy để xử lý mà không phải lo lắng về việc rò rỉ dữ liệu. Ví dụ, khi xử lý hồ sơ y tế hoặc thông tin tài chính cá nhân trong môi trường điện toán đám mây, FHE có thể đảm bảo dữ liệu vẫn được giữ trạng thái mã hóa trong suốt quá trình xử lý, vừa bảo vệ an toàn dữ liệu vừa tuân thủ các yêu cầu về quy định bảo mật thông tin.

Trong lĩnh vực blockchain, công nghệ FHE có thể được sử dụng để giải quyết một số vấn đề tồn tại trong mạng lưới chứng minh quyền sở hữu (PoS). Ví dụ, trong một số mạng PoS nhỏ, các nút xác minh có thể chỉ đơn giản là làm theo kết quả của các nút lớn mà không thực hiện xác minh độc lập, điều này có thể dẫn đến sự tập trung hóa của mạng. Bằng cách sử dụng công nghệ FHE, các nút xác minh có thể hoàn thành công việc xác minh khối mà không biết câu trả lời của các nút khác, từ đó ngăn chặn hành vi sao chép giữa các nút.

Tương tự, trong hệ thống bỏ phiếu phi tập trung, FHE có thể ngăn chặn hiện tượng "theo phiếu", đảm bảo mỗi cử tri đưa ra quyết định độc lập mà không biết xu hướng bỏ phiếu của người khác, từ đó phản ánh tốt hơn ý kiến thực sự của công chúng.

Tóm tắt

Mặc dù ZK, MPC và FHE đều nhằm bảo vệ quyền riêng tư và an ninh dữ liệu, nhưng chúng có sự khác biệt về bối cảnh ứng dụng và độ phức tạp kỹ thuật:

• ZK tập trung vào "cách chứng minh", áp dụng cho các tình huống cần xác minh quyền hạn hoặc danh tính.
• MPC tập trung vào "cách tính toán", phù hợp với các bên cần tính toán chung nhưng vẫn phải bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu của mình.
• FHE chú trọng vào "cách mã hóa", làm cho việc thực hiện các phép toán phức tạp trong khi vẫn giữ dữ liệu ở trạng thái mã hóa trở nên khả thi.

Các công nghệ này có những thách thức khác nhau trong việc triển khai: ZK cần kỹ năng toán học và lập trình sâu; MPC đối mặt với vấn đề đồng bộ và hiệu quả truyền thông; FHE thì gặp thách thức lớn trong hiệu suất tính toán.

Với sự phát triển sâu sắc của quá trình số hóa, những công nghệ mã hóa này sẽ ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ quyền riêng tư cá nhân và an ninh dữ liệu, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ để xây dựng một thế giới kỹ thuật số an toàn và đáng tin cậy hơn.