Vitalik が予測する新たな技術の嵐: FHE の台頭により暗号化の世界が再形成される

はじめに

完全準同型暗号化の利点: 従来の暗号化アルゴリズムと比較して、そのユニークな特徴は、第三者が暗号化されたデータを復号化することなく任意の数の計算と操作を実行できることであり、プライバシー コンピューティングの新たな可能性を提供します。

FHE の定義

完全準同型暗号化 (FHE): 暗号文に対して特定の形式の代数演算を実行できるようにします。復号された結果は、平文に対して同じ演算を実行した結果と同じになります。一貫性のある。ゼロ知識証明と比較した場合、完全準同型暗号化の最大の利点は、クラウドに暗号化されたデータの計算を実行できる機能を提供し、それによって機密情報を第三者のアクセスから保護できることです。

完全準同型暗号化 (FHE) は次のように分解できます。

• FHE の HE は準同型暗号化テクノロジを表し、その中核的な機能は暗号文の計算と演算を可能にし、これらの演算を In に直接マッピングできることです。平文では、暗号化されたデータの数学的特性は変更されません。

• FHE の F は、この準同型性が新しいレベルに達し、暗号化されたデータに対して無制限の計算と操作が可能になったことを意味します。

FHE、ZK、MPCの比較

プライバシートラックでは、業界テクノロジーの最前線にある 3 つのテクノロジーは、FHE、ZK、MPC です。

完全準同型暗号化 (FHE) は、最初に復号化することなく、暗号化されたデータに対してさまざまな操作を実行できるため、データのプライバシーが非常に保護されます。同時に、FHE はクラウド コンピューティングやブロックチェーンなどの分野に強力なセキュリティ保証を提供します。

ゼロ知識証明 (ZK) は、データのプライバシーを保護し、事実の正しさを保証する上で重要な役割を果たす高度な暗号化テクノロジーです。 ZK を通じて、一方の当事者は、その声明に関連する特定のデータを明らかにすることなく、別の当事者に対して特定の声明の信頼性を証明できるため、データ主体のプライバシーを効果的に保護できます。特にブロックチェーン スケーリング ソリューションの構築では、zk-rollup などの ZK が広く使用されています。

マルチパーティ コンピューテーション (MPC) は、暗号化技術に基づくコンピューティング モデルであり、参加者のプライベート データを保護し、プライベートな入力を公開することなくコンピューティング タスクを完了できます。 MPC テクノロジーは、計算プロセスを複数のステップに分解し、各ステップに暗号化と復号化操作を導入することで、個人情報を漏らすことなく複数の関係者が計算に参加できるようにします。

上記の比較から、FHE テクノロジーはデータを復号化せずに計算を実行することに重点を置いているため、データのプライバシーを保護できますが、ZK テクノロジーはステートメントのプライバシーを保護しながら、ステートメントの正確性を証明することに重点を置いていることがわかります。は、計算プロセス中の参加者のプライバシーとセキュリティを確保するために、マルチパーティの安全な計算を実装することに取り組んでいます。

FHEの重要性

プライバシーとセキュリティの保護の強化: FHEは、データを暗号化することで処理および計算中のデータのプライバシーとセキュリティを確保し、それによってデータ漏洩や攻撃を防ぎます。この暗号化方式は、数学的原理と暗号技術を利用し、クラウドコンピューティング環境で安全な計算を実行することを可能にし、計算プロセス中にデータ処理者を含む誰もデータの元の内容を閲覧することができないため、元のデータの内容が漏洩することを防ぎます。データの公開の目的。

より多くの使用シナリオがあります: FHE は、金融分野での安全なデータ処理、医療分野でのプライバシー保護、安全なクラウド コンピューティング、電子投票、モノのインターネットでの安全なデータ送信、およびその他の分野に適用できます。 FHE テクノロジーを通じて、さまざまな業界はデータの安全な処理と送信を実現し、ユーザーのプライバシー情報のセキュリティを確保し、さまざまな業界のデジタル化およびインテリジェントな発展を促進できます。したがって、FHE は、Web 2 と Web 3 の両方において、ZK および MPC よりも幅広いアプリケーション シナリオを備えています。

FHE分野の主要プロジェクト

Zama

Zamaは、完全準同型暗号技術に焦点を当てたプロジェクトです。

このプロジェクトは、ブロックチェーンと人工知能の分野でデータプライバシーを保護するためのFHEソリューションの開発と推進に焦点を当てています。完全準同型暗号化は座間市の中核技術であり、暗号化されたデータに対して復号化せずに任意の計算を実行できるため、処理中のデータのプライバシーが確保されます。 Zama は、独立した開発者から大企業まで、誰もが暗号化について何も知らなくてもエンドツーエンドの暗号化されたアプリケーションを構築できるようにする強力なオープンソース FHE ライブラリとソリューションのセットを提供します。

座間市の製品とサービスは、主にヘルスケア、金融サービス、広告、防衛、生体認証、政府の安全保障などの業界を対象としています。ザマはそのテクノロジーを通じて、プライバシーを保護する機械学習とスマート コントラクト ソリューションをこれらの業界に提供できます。また、座間市はFHE技術のさらなる応用促進に向けて、さまざまな協力プロジェクトにも積極的に取り組んでいます。たとえば、同社は Mind Network と協力して、同社の Concrete ML ソリューションを Mind Network の FHE 検証ネットワークに統合し、分散型 AI 検証の新しい標準を確立しました。 Privasea と協力して AI、データ セキュリティ、ML の分野を共同で探索し、ZAMA-ConcreteML プラットフォームに基づいてプライバシーを保護する一連の AI アプリケーションを開発します。

ザマは、Multicoin Capital と Protocol Labs が主導し、Metaplanet、Blockchange Ventures、Vsquared Ventures、Stake Capital も参加して、7,300 万ドルのシリーズ A ラウンドを完了しました。

Fhenix

Fhenix は、FHE ロールアップと FHE コプロセッサを搭載したイーサリアムベースのレイヤー 2 ソリューションです。

Fhenix はイーサリアム仮想マシン (EVM) と完全に互換性があり、FHE に基づいてスマート コントラクトを実行し、チェーン上で機密計算を実装できます。他のソリューションとは異なり、Fhenix は zkFHE を使用しませんが、ZK Rollup の代わりに Optimistic Rollup を採用し、fhEVM を通じてオンチェーンの機密性を実現し、TFHE (Threshold FHE) テクノロジーの研究開発と応用に重点を置いています。 TFHE テクノロジーは、複数の当事者の参加により完全準同型暗号化を実現し、ユーザーのプライバシーとデータ セキュリティを保護するためのより信頼性の高いソリューションを提供します。 Fhenixの立ち上げにより、イーサリアムエコシステムにさらなるプライバシー保護とセキュリティがもたらされ、より多くの分野でのブロックチェーン技術の応用と開発が促進されるでしょう。

2024 年 4 月 2 日、Fhenix は、FHE をスマート コントラクトに導入することを期待して、EigenLayer と協力して FHE コプロセッサを開発すると発表しました。いわゆる「FHE コプロセッサ」は、最初に情報を復号化することなく、暗号化されたデータの計算を実行することに重点を置いています。FHE 計算タスクはイーサリアム、L2、または L3 で処理される必要はなく、指定されたプロセッサによって処理されます。 FHE コプロセッサは、Fhenix の FHE Rollup および EigenLayer ステーキング メカニズムによって保護されます。ロードマップによると、Fhenix は 2025 年 1 月にメインネットを開始する予定です。

2023年9月、Fhenixは、Node Capital、Bankless、HackVC、TaneLabs、Metaplanetの参加を得て、Sora Ventures、Multicoin Capital、Collider Venturesが主導し、700万米ドルのシードラウンドを完了しました。完全準同型暗号化技術とイーサリアム L2 ソリューションを組み合わせることで、Fhenix プロジェクトは革新的な機密コンピューティング機能をブロックチェーン分野にもたらし、複数の分野で幅広い応用の可能性を示します。

Secret network

Secret Network はプライバシーに特化したブロックチェーン プロジェクトであり、分散型アプリケーション (DApps) にプライバシー保護を提供することを目的としています。このプロジェクトにより、開発者は新しいタイプのパーミッションレスでプライバシーを保護するアプリケーションを構築できるようになります。

Secret Network は、Cosmos SDK と Tendermint BFT を使用して構築されたレイヤー 1 ブロックチェーンであり、プライバシー中心のスマート コントラクト プラットフォームです。これは、メインネット上でプライベート スマート コントラクトを提供する最初のプロジェクトです。このプロジェクトは、Intel SGX (Software Guard Extensions) テクノロジーを統合することにより、プライバシー保護機能を強化します。 Secret Network は当初 Enigma という名前でしたが、当初はイーサリアム エコシステムに依存して開発することを考えていましたが、パフォーマンスのボトルネックのため、Cosmos SDK を通じてプライバシー コンピューティングをサポートする独立したパブリック チェーンを開発するように変更されました。このチェーンはプライベート コンピューティングをサポートするだけでなく、他の Cosmos エコシステムとの相互運用性を可能にし、幅広いブロックチェーン ネットワークにプライバシーをもたらします。

Secret Network の中核となる技術革新は、統合された Intel SGX にあり、これによりブロックチェーンの透明性を維持しながらユーザーにデータ プライバシーを提供できます。 Secret Network は、独自のプライバシー保護機能を通じて Web 3.0 アプリケーションのデータ プライバシーを提供し、分散型金融およびその他の分野の発展を促進します。

Sunscreen

Sunscreen は、FHE などの暗号化テクノロジーを使用してプライベート アプリケーションを構築および展開するためのソリューションをエンジニアに提供することに特化したプライバシー重視のブロックチェーン プロジェクトです。

同社は独自の FHE コンパイラをオープンソース化しました。これは、通常の Rust 関数をプライベート FHE 同等関数に変換できる Web3 ベースのネイティブ コンパイラであり、算術演算 (DeFi など) に高いパフォーマンスを提供します。ハードウェア アクセラレーションは必要ありません。さらに、FHE コンパイラは BFV FHE スキームをサポートします。一方、Sunscreen は、準同型演算を証明する際に全体的に速度は遅くなりますが、計算の整合性を確保するために、FHE コンパイラと互換性のある ZKP コンパイラの構築に取り組んでいます。さらに、同社は FHE 暗号文を保存するための分散ストレージ システムも探しています。

将来のロードマップでは、Sunscreen はまずテストネットでのプライベート トランザクションをサポートし、次に所定のプライベート プログラムをサポートし、最終的には開発者が FHE および ZKP コンパイラーを使用して任意のプライベート プログラムを作成できるようにします。

2022年7月、SunscreenはPolychain Capital、Coinbase Ventures、dao5などが主導する465万米ドルのシードラウンドを完了し、Naval Ravikan、Entropyの創設者Tux Pacificなどの個人投資家も参加した。 Ravital Solomon 氏とプライバシー ネットワーク NuCypher の共同創設者である MacLane Wikison 氏が共同設立者に名を連ねる Sunscreen は、エンジニアが完全準同型暗号化に基づいたアプリケーションを簡単に構築できるようにすることを目指しています。以前、Sunscreen はプレシード資金として 57 万ドルを受け取っていました。

Mind network

Mind Network は、HTTPZ (End-to-End Encrypted Internet Vision) の実現を目指す、Zama を活用した再ステーキング レイヤーです。

ネットワークの製品には、AI および DePIN ネットワーク用の FHE 再ステーキング ソリューションである MindLayer、FHE 認定のステルス アドレス プロトコルである MindSAP、および FHE バリデーター ネットワークに基づいて作成された FHE DataLake MindLake が含まれます。ユーザーは、MindLayer を通じて BTC と ETH の LST トークンを Mind Network に再ステークできます。また、エンドツーエンドの暗号化された検証および計算プロセスを実現するために、FHE 強化バリデーターが導入されています。同時に、AI 機械学習タスク用に特別に設計された Proof of Intelligence (PoI) コンセンサス メカニズムを導入し、FHE バリデータ間での公平かつ安全な分散を確保します。 FHE 計算はハードウェアによって高速化することもできます。 MindLake は、オンチェーンの暗号化されたデータ計算のためのデータ ストレージ ロールアップです。

さらに、Mind Network は AltLayer、EigenDA、Arbitrum Orbit と協力してロールアップ チェーンを立ち上げています。 Mind Network のテストネットが開始されました。 2023年6月、Mind NetworkはBinance Labs、Comma3 Ventures、SevenX Ventures、HashKey Capital、Big Brain Holdings、Arweave SCP Ventures、Mandala Capitalなどの投資家から250万ドルのシードラウンドを完了した。同時に、Binance Labs の第 5 シーズン インキュベーション プログラムに選ばれ、Chainlink BUILD プログラムに選ばれ、イーサリアム財団フェローシップ グラントを受け取りました。

Privasea

Privasea は、完全準同型暗号化機械学習 (FHEML) を統合する分散コンピューティング ネットワーク プロジェクトであり、「顔認証」(PoH) の正確性を確保するために FHE テクノロジーに基づいた DApp「ImHuman」も開始しました。 。

ユーザーが ImHuman アカウントを作成すると、パスワードを忘れた場合は回復できなくなります。 ImHuman はフロントカメラを使用して顔画像をスキャンし、携帯電話上で暗号化します。画像はどのサーバーにも送信されず、Privasea にはアクセス権限がありません。暗号化された顔画像は Privasea サーバーに送信され、顔認証を完了するための個人 NFT の生成に使用されます。 PoH 検証に合格したユーザーは、独占的なエアドロップを受け取ります。現在、ImHuman は Google Play でのみリリースされていますが、間もなく App Store でも利用できるようになる予定です。

Privasea は AI DePIN インフラストラクチャ Privasea AI Network も確立し、テスト ネットワークを開始しました。分散型コンピューティング ネットワークを確立することで、テスト ネットワークは FHE AI タスクにスケーラブルな分散型コンピューティング リソースを提供し、それによって集中型データ処理のリスクが軽減されます。 Privasea の FHE ソリューションは、Zama 独自の機械学習を利用しています。 2024年3月の時点で、PrivaseaはBinance Labs、Gate Labs、MH Ventures、K300、QB Ventures、CryptoTimesなどの参加投資家とともに500万米ドルのシードラウンドを完了している。 4月、PrivaseaはOKX Ventures、Tanelabs、ソフトバンクが出資するインキュベーターなどの投資家とともに新たな戦略的資金調達ラウンドを完了した。

FHE トラックのリスク

FHE は効率が低い: 現在のブロックチェーン業界では、計算能力とアルゴリズムの制限により、ZK テクノロジーを実装することは非常に困難です。 FHE に必要な計算能力は ZK よりも 4 ～ 5 桁 (約 1000 ～ 10000 倍) 大きいため、現段階で FHE を完全に実装することは非常に困難です。現段階ではFHEの加算と減算の計算しか実現できませんが、それでも多くの計算量が必要となるため、計算効率が比較的低く、多くの計算能力を必要とし、コストも大幅に増加します。

FHE に対する市場の需要は強くありません。FHE の採用により一部の業界が直面する問題は解決できますが、FHE に基づく実装はより困難でコストがかかるため、FHE を採用するプロジェクトは減少します。そして、ほとんどのユーザーにとって、プライバシーは公共サービスとしての些細なニーズであり、プライバシーのために割増料金を支払おうとする人はほとんどいません。 FHE に対する市場の需要は強くないため、FHE を開発するさまざまなプロジェクト関係者の意欲もそれほど強くないという事実につながります。したがって、FHE は近年開発が停滞しており、実用化されていません。

弱いコンピューティング能力インフラストラクチャ: FHE を実現するには、大量のコンピューティング能力が必要であることが、CPU が GPU と ASIC の最も基本的なコンピューティング ニーズを満たすことができないことが証明されています。それだけで満足できる。しかし現在、世界はAI産業の台頭によりコンピューティングパワー不足の段階にあり、NvidiaのGPUは2025年まで生産される予定であり、暗号業界における分散型コンピューティングパワープロジェクトはその不足によるものです。 TPS や TPS などのハードウェア機器の問題が FHE の開発条件を満たしていない。コンピューティング能力が不足しているこの状況では、FHE トラックを大規模に開発することは非現実的です。

概要

まず第一に、FHE は暗号化の聖杯として、その独自のアルゴリズムを使用して、サードパーティが暗号化されたデータを復号化することなく任意の数の計算や操作を実行できるようにし、プライバシー コンピューティングの新たな可能性を提供します。 FHE テクノロジーは、データの安全な共有と処理を実現しながら、ユーザー データのプライバシーを効果的に保護します。暗号通貨業界だけでなく、現実社会のあらゆる階層において革新的な役割を果たし、あらゆる階層の既存のプライバシー問題を解決することもできます。

第二に、初期のトラックとして、FHE は多くの困難に直面しています。 FHE の効率は、現在のブロックチェーン業界の計算能力とアルゴリズムの制限によって制限されているため、FHE テクノロジーの実装が困難になっています。 FHE はいくつかの業界の問題を解決できますが、必要な計算能力は ZK の約 1,000 ～ 10,000 倍であるため、現時点では FHE の加算と減算の計算しか実行できません。市場の需要が低く、コンピューティング インフラストラクチャが脆弱であるため、その用途は限られています。その影響でFHEの開発は停滞している。

一般に、FHE テクノロジーは、データの安全な共有と処理を実現しながら、ユーザーのデータのプライバシーを効果的に保護できる、非常に有望な先駆的なトラックです。しかし、インフラが限られており、効率とコストの問題により市場需要が低いため、FEH の導入には多くの困難があります。したがって、暗号業界に対するFHEの将来の発展方向はまだ初期段階にあり、プロジェクトを申請するための条件が整っていません。

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