Découvrir les secrets de la technologie FHE : explorer les solutions de confidentialité des données au-delà de la technologie à connaissance nulle

Depuis l'avènement du Bitcoin en 2009, la technologie blockchain a considérablement évolué, passant d'un simple registre de cryptomonnaies à une plateforme largement utilisée dans les applications décentralisées. Ses propriétés fondamentales – immuabilité, transparence et décentralisation – ont fait de la blockchain un cadre solide pour les transactions de données sécurisées, éliminant le besoin d’intermédiaires traditionnels.

Bien que la technologie blockchain ait progressé, des préoccupations concernant la confidentialité des données demeurent. Alors que la blockchain garantit la sécurité de la transmission des données grâce au cryptage, le processus de décryptage effectué afin de traiter les données peut présenter des failles de sécurité potentielles. Cette vulnérabilité est particulièrement importante dans les domaines où la confidentialité et l'intégrité des données sont critiques, tels que les applications décentralisées (dApps) et les systèmes financiers fonctionnant dans le cadre Web3.

Pour atténuer ces risques, les méthodes de cryptage avancées telles que le cryptage entièrement homomorphique (FHE) et les preuves sans connaissance (ZKP) sont devenues de plus en plus importantes. Ces technologies offrent un moyen révolutionnaire de calculer et de vérifier la confidentialité des données sans révéler les informations sensibles sous-jacentes.

Dans cet article, nous fournirons une analyse approfondie du rôle clé du FHE et du ZKP dans l'amélioration de la confidentialité des applications blockchain, et soulignerons l'importance du potentiel de développement de ces technologies dans le domaine de la future confidentialité des données blockchain.

Introduction

L'histoire du FHE et du ZKP remonte à plusieurs décennies. Les deux ont subi une évolution significative au fil du temps et jouent toujours un rôle important dans l’amélioration de la confidentialité des données.

Chiffrement entièrement homomorphe (FHE)

FHE est une méthode de cryptage sophistiquée qui permet d'exécuter des fonctions directement sur des données cryptées, préservant ainsi leur confidentialité tout au long du processus. Essentiellement, FHE conserve les données cryptées pendant le stockage et le calcul, traitant le cryptage comme une « boîte noire » sécurisée où seul le propriétaire de la clé peut déchiffrer la sortie. Le concept de FHE a été proposé pour la première fois en 1978 pour modifier le matériel informatique afin de permettre un traitement sécurisé des données cryptées. Cependant, ce n’est qu’en 2009 qu’une solution FHE viable est devenue disponible grâce aux progrès de la puissance de calcul. Cette percée est en grande partie due à Craig Gentry, dont le travail novateur a marqué une étape majeure dans le domaine.

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Explication des termes clés :

• Entièrement homomorphe (Entièrement) : Indique la possibilité d'effectuer diverses opérations sur des données cryptées, telles que l'addition et la multiplication.
• Homomorphique : désigne la possibilité d'effectuer directement des calculs sur des données cryptées sans les décrypter.
• Cryptage : décrit le processus de conversion des informations dans un format sécurisé pour empêcher tout accès non autorisé.

Le domaine du FHE a fait des progrès significatifs depuis 2009, avec une avancée majeure survenue en 2013 qui a simplifié le processus de relinéarisation et amélioré considérablement l'efficacité du FHE. Ces développements démontrent la capacité de FHE à effectuer diverses opérations arithmétiques sur des données cryptées, protégeant ainsi la sécurité et l'intégrité des données sans exposer leur contenu.

Preuve sans connaissance (ZKP)

ZKP a été proposée pour la première fois en 1985 dans l'article fondateur "Knowledge Complexity of Interactive Proof Systems" de Shafi Goldwasser, Silvio Micali et Charles Rackoff. ZKP était à l’origine un concept théorique, et ce n’est qu’avec l’émergence des zk-SNARK en 2012 qu’il a connu un développement significatif. Les zk-SNARK sont un type de ZKP qui peut vérifier l'authenticité de n'importe quel calcul sans révéler presque aucune information.

Dans un ZKP typique, il y a deux rôles principaux : le prouveur et le vérificateur. L'objectif du prouveur est de confirmer une déclaration spécifique, et le rôle du vérificateur est d'évaluer la véracité de la déclaration sans apprendre aucune information supplémentaire. Cette approche permet au prouveur de divulguer uniquement les preuves nécessaires pour vérifier la déclaration, protégeant ainsi la confidentialité des données et améliorant la confidentialité.

Avec l'essor de la technologie blockchain et de la crypto-monnaie, les applications pratiques du ZKP ont considérablement augmenté. Ils jouent un rôle crucial pour faciliter les transactions privées et renforcer la sécurité des contrats intelligents. L'émergence des zk-SNARK a conduit au développement de solutions telles que zCash, zkRollups et zkEVM, transformant ce qui était autrefois une activité universitaire en un écosystème rempli d'applications réelles. Ce changement met en évidence l’importance croissante de ZKP dans la sécurisation des systèmes décentralisés comme Ethereum et dans la gestion d’une infrastructure numérique solide axée sur la confidentialité.

ZK vs FHE

Bien qu'il existe certaines similitudes entre FHE et ZKP, il existe des différences fonctionnelles majeures. FHE peut effectuer des calculs directement sur des données cryptées sans fuite ni accès aux données originales, produisant des résultats précis sans exposer les informations sous-jacentes.

图片来源于 Morten Dahl的研讨会

Les deux technologies diffèrent sur les aspects suivants :

Crypto-informatique

ZKP a des difficultés à gérer les données cryptées (telles que les jetons privés ERC-20) de plusieurs utilisateurs sans compromettre la sécurité sexuelle. En revanche, FHE excelle à cet égard, offrant une plus grande flexibilité et composabilité aux réseaux blockchain. Cependant, ZKP nécessite souvent une intégration personnalisée pour chaque nouveau réseau ou actif.

Évolutivité

Actuellement, ZKP est largement considéré comme plus évolutif que FHE. Cependant, à mesure que la technologie continue de progresser, l’évolutivité du FHE devrait s’améliorer dans les années à venir.

Calcul complexe

FHE est idéal pour effectuer des calculs complexes sur des données cryptées, ce qui le rend idéal pour des applications telles que l'apprentissage automatique, le MPC sécurisé et le calcul entièrement privé. En revanche, ZKP est généralement utilisé pour des opérations plus simples, comme prouver une valeur spécifique sans la divulguer.

Applicabilité universelle

ZKP excelle dans des applications spécifiques telles que l'authentification, l'authentification et l'évolutivité. Cependant, FHE peut être utilisé dans un plus large éventail de domaines d'application, notamment le cloud computing sécurisé, l'intelligence artificielle préservant la confidentialité et le traitement des données confidentielles.

Cette comparaison met en évidence les forces et les limites uniques de chaque technologie, illustrant leur pertinence dans différents scénarios. Les deux technologies sont des composants importants des applications blockchain, mais ZKP dispose actuellement d'un historique d'applications plus mature. Néanmoins, FHE devrait évoluer à l’avenir et pourrait devenir une solution plus adaptée à la protection de la vie privée à l’avenir.

Applications conjointes de ZKP et FHE

Certaines applications ont essayé des manières intéressantes de combiner ZKP et FHE. Notamment, Craig Gentry et ses collègues ont exploré l’utilisation de techniques de chiffrement hybrides entièrement homomorphes pour réduire les frais de communication. Ces technologies innovantes ont été appliquées dans divers scénarios de blockchain et pourraient être explorées dans d’autres domaines.

Les applications potentielles de la combinaison de ZKP et FHE incluent :

1. Cloud computing sécurisé : FHE crypte les données, tandis que ZKP vérifie leur exactitude, permettant ainsi d'effectuer un calcul sécurisé dans le cloud sans exposer les données d'origine.

2. Vote électronique : sa combinaison garantit la confidentialité des bulletins de vote et confirme l'exactitude du décompte des votes.

3. Transactions financières : Dans le secteur financier, cette intégration maintient la confidentialité des transactions tout en permettant aux parties de vérifier leur exactitude sans révéler de détails.

4. Diagnostics médicaux : les données médicales sont cryptées et peuvent être analysées par des prestataires médicaux, qui peuvent confirmer les diagnostics sans accéder aux informations sensibles des patients.

L'application conjointe de ZKP et de FHE promet d'améliorer la sécurité de l'identité et des données dans les applications et mérite une exploration et des recherches plus approfondies.

Projets FHE actuels

Voici quelques projets travaillant sur l'application de la technologie FHE dans l'espace blockchain :

• Zama : une société de cryptographie open source dédiée au développement de solutions FHE pour la blockchain et l'intelligence artificielle.

• Secret Network : Une plateforme blockchain lancée en 2020 qui intègre des fonctions de contrat intelligent de protection de la vie privée.

• Sunscreen : Compilateur conçu pour FHE et ZKP.

• Fhenix : Une blockchain confidentielle de couche 2 tirant parti de la technologie FHE.

• Mind Network : Une solution universelle de rollup de restauration basée sur FHE.

• Privasea : Une plateforme d'infrastructure de données utilisant la technologie FHE pour faciliter le calcul sur des données cryptées.

Résumé

FHE s'impose rapidement comme partie intégrante de la cybersécurité, en particulier dans l'espace du cloud computing. Les géants du secteur tels que Google et Microsoft adoptent la technologie pour traiter et stocker en toute sécurité les données des clients sans compromettre la confidentialité.

Cette technologie promet de redéfinir la sécurité des données sur toutes les plateformes, annonçant une ère de confidentialité sans précédent. Réaliser cet avenir nécessite des progrès continus dans des technologies telles que FHE et ZKP. La collaboration entre disciplines, notamment les cryptographes, les ingénieurs logiciels, les experts en matériel informatique et les décideurs politiques, est essentielle pour naviguer dans l’environnement réglementaire et promouvoir une adoption plus large.

Alors que nous nous dirigeons vers une nouvelle ère de souveraineté numérique, il est crucial de se tenir au courant des derniers développements dans des domaines tels que le FHE et le ZKP, dans le contexte d'une convergence transparente de la confidentialité et de la sécurité des données. Garder les informations à jour nous permettra de naviguer efficacement dans ce paysage en évolution et de réaliser tout le potentiel de ces outils de chiffrement avancés.

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