Discutir o significado e as perspectivas de aplicação da encriptação totalmente homomórfica

Recentemente, o mercado está em baixa, o que nos deu mais tempo para focar no desenvolvimento de algumas tecnologias emergentes. Embora o mercado de encriptação de 2024 não seja tão grandioso como nos anos anteriores, ainda há algumas novas tecnologias que estão gradualmente amadurecendo. Hoje, vamos nos concentrar em uma tecnologia intrigante: encriptação totalmente homomórfica (Fully Homomorphic Encryption, abreviada como FHE).

Para entender este conceito complexo de FHE, precisamos primeiro compreender o significado de "encriptação" e "homomórfico", e por que é importante enfatizar a palavra "total".

encriptação de conceitos básicos

A encriptação é um meio comum de proteger a segurança da informação. Por exemplo, se Alice quiser transmitir um número secreto a Bob através do terceiro C, como "1314 520", ela pode usar um método simples de encriptação: multiplicar cada número por 2. Assim, a informação transmitida torna-se "2628 1040". Quando Bob recebe essa sequência de números, ele só precisa dividir cada número por 2 para recuperar a informação original. Este método permite a transmissão de informações através de um terceiro sem revelar o conteúdo real.

Criptografia homomórfica de conceito

A criptografia homomórfica vai mais longe, permitindo realizar operações de cálculo específicas em dados encriptados, sem a necessidade de os desvendar primeiro. Suponha que Alice tenha apenas 7 anos e saiba apenas as operações básicas de multiplicar por 2 e dividir por 2. Agora ela precisa calcular o total da conta de eletricidade de 12 meses, sendo que a conta mensal é de 400 yuan. Como 400 multiplicado por 12 ultrapassa a sua capacidade de cálculo, ela decide pedir ajuda a outra pessoa, mas não quer revelar o valor específico.

Assim, Alice adotou a abordagem da criptografia homomórfica. Ela multiplicou 400 e 12 por 2, obtendo 800 e 24, e depois pediu a C para ajudar a calcular 800 vezes 24. C calculou o resultado 19200 e informou a Alice, que então dividiu esse resultado por 4 (equivalente a dividir por 2 duas vezes), obtendo o total correto de 4800 euros. Durante esse processo, C não sabia o que estava realmente sendo calculado, mas Alice obteve o resultado correto através de uma simples decriptação.

encriptação totalmente homomórfica de necessidade

No entanto, o método simples de criptografia homomórfica mencionado acima apresenta o risco de ser comprometido. Se C for suficientemente inteligente, poderá adivinhar os dados originais através de um ataque de força bruta. Isso requer um método de encriptação mais complexo, ou seja, encriptação totalmente homomórfica.

A encriptação totalmente homomórfica permite realizar um número arbitrário de operações de adição e multiplicação sobre dados encriptados, e não se limita a algumas operações específicas. Isso aumenta significativamente a dificuldade de quebra, permitindo que mesmo problemas matemáticos complexos sejam calculados sob a proteção da privacidade.

Vale a pena mencionar que a encriptação totalmente homomórfica só alcançou progressos significativos em 2009. Antes disso, apenas era possível realizar encriptação homomórfica parcial.

encriptação totalmente homomórfica de aplicação

A aplicação da tecnologia de encriptação totalmente homomórfica tem um futuro muito promissor, especialmente no campo da inteligência artificial. É bem conhecido que sistemas de IA poderosos necessitam de uma enorme quantidade de dados para treinamento, mas muitos desses dados envolvem questões de privacidade. A encriptação totalmente homomórfica oferece uma possível solução para essa contradição:

1. Realizar a encriptação FHE dos dados sensíveis
2. Usar dados encriptados para treinar o modelo de IA
3. AI produz resultados encriptados
4. O proprietário dos dados descriptografa os resultados de forma segura localmente

Este método garante a privacidade dos dados e aproveita ao máximo a poderosa capacidade de cálculo da IA, alcançando o "melhor dos dois mundos".

Além da área de IA, a FHE tem aplicações importantes em cenários como o reconhecimento facial. Por exemplo, pode determinar se é uma pessoa real sem acessar os dados faciais originais.

encriptação totalmente homomórfica: desafios e soluções

Apesar do grande potencial da encriptação totalmente homomórfica, ainda enfrenta enormes desafios na aplicação prática, principalmente devido à quantidade massiva de cálculos. Para resolver esse problema, alguns projetos propuseram soluções inovadoras, como a construção de redes de poder computacional especializadas e infraestruturas de apoio.

Por exemplo, alguns projetos desenharam uma arquitetura de rede híbrida semelhante ao PoW (prova de trabalho) e PoS (prova de participação), e lançaram dispositivos de hardware dedicados e produtos de suporte como NFTs (tokens não fungíveis) para apoiar cálculos FHE em larga escala.

Conclusão

Com a popularização da tecnologia de IA, os problemas de privacidade de dados estão se tornando cada vez mais evidentes. Desde a segurança nacional até a proteção da privacidade pessoal, a tecnologia FHE pode se tornar uma linha de defesa técnica importante. Embora atualmente a FHE ainda esteja em fase de desenvolvimento, seu potencial não deve ser subestimado. No futuro, se a tecnologia FHE puder realmente amadurecer, oferecerá um forte apoio à proteção da privacidade na era da IA, tornando-se uma ferramenta importante para a humanidade enfrentar os desafios da digitalização.