全同態加密：原理介紹與應用場景

傳統加密方式主要包括靜態加密和傳輸加密。靜態加密將數據加密後存儲在硬件設備中,只有授權人員可以解密查看。傳輸加密則確保通過網路傳輸的數據只能被指定接收方解讀。這兩種方式都依賴加密算法,並通過認證加密保證數據完整性。

然而,某些多方協作場景需要對密文進行復雜處理,這就涉及到隱私保護技術,其中全同態加密(FHE)是一種重要方案。以在線投票爲例,傳統加密方式難以在保護選民隱私的同時實現準確計票。而FHE技術允許在不解密的情況下直接對密文進行函數計算,從而保護隱私。

FHE系統通常包含以下幾種密鑰:

1. 解密密鑰:系統主密鑰,用於解密FHE密文,僅由持有者保管。

2. 加密密鑰:用於將明文轉換爲密文,在公鑰加密模式中可公開。

3. 計算密鑰:用於對密文進行同態運算,可公開但不能用於破解密文。

FHE的典型應用場景包括:

1. 外包模式:將計算任務外包給雲服務商,保護數據隱私。

2. 雙方計算模式:雙方在不泄露各自私密數據的前提下進行聯合計算。

3. 聚合模式:以緊湊且可驗證的方式聚合多方數據,適用於聯邦學習等場景。

4. 客戶端-服務器模式:服務器爲多個獨立客戶端提供私密計算服務,如私有AI模型運算。

FHE的安全性基於密碼學算法,不依賴硬件安全。爲確保計算結果有效,可採用冗餘計算、數字籤名等方法。在多方參與的場景中,通常採用祕密共享等技術來管理解密密鑰,提高系統整體安全性。

FHE是目前唯一可保證同態計算資源消耗與原始任務成正比的方案。但FHE也面臨噪聲累積的技術挑戰,需要通過自舉操作來控制噪聲水平。隨着研究的深入和專用硬件的開發,FHE有望在更多隱私計算場景中得到應用。