التشفير المتماثل بالكامل: مقدمة عن المبدأ و سيناريوهات التطبيق

تشمل طرق التشفير التقليدية بشكل رئيسي التشفير الثابت والتشفير أثناء النقل. يقوم التشفير الثابت بتشفير البيانات ثم تخزينها في أجهزة الكمبيوتر، ولا يمكن فك تشفيرها إلا من قبل الأشخاص المصرح لهم. بينما يضمن التشفير أثناء النقل أن البيانات المنقولة عبر الشبكة يمكن تفسيرها فقط من قبل جهة الاستقبال المحددة. تعتمد الطريقتان على خوارزميات التشفير، وتضمن التشفير المعتمد سلامة البيانات.

ومع ذلك، تحتاج بعض سيناريوهات التعاون المتعدد الأطراف إلى معالجة معقدة للنصوص المشفرة، مما يتطلب تقنيات حماية الخصوصية، حيث يعد التشفير المتماثل بالكامل ( FHE ) أحد الحلول الهامة. على سبيل المثال، في التصويت عبر الإنترنت، يصعب على الطرق التقليدية للتشفير حماية خصوصية الناخبين أثناء تحقيق دقة في العد. بينما تتيح تقنية FHE إجراء حسابات على النصوص المشفرة مباشرة دون فك التشفير، مما يساهم في حماية الخصوصية.

عادةً ما تتضمن أنظمة التشفير المتماثل بالكامل الأنواع التالية من المفاتيح:

1. مفتاح فك التشفير: مفتاح النظام الرئيسي، يُستخدم لفك تشفير نصوص FHE المشفرة، يحتفظ به فقط المالك.

2. مفتاح التشفير: يستخدم لتحويل النص العادي إلى نص مشفر، ويمكن نشره في نمط تشفير المفتاح العام.

3. حساب المفتاح: يستخدم لإجراء العمليات المتماثلة على النصوص المشفرة، يمكن أن يكون علنياً ولكن لا يمكن استخدامه لفك تشفير النص المشفر.

تشمل السيناريوهات التطبيقية النموذجية للتشفير المتماثل بالكامل:

1. نموذج الاستعانة بمصادر خارجية: يتم الاستعانة بمصادر خارجية لمهام الحوسبة لمزودي خدمات السحابة، لحماية خصوصية البيانات.

2. نمط حساب الطرفين: يقوم الطرفان بإجراء حساب مشترك دون الكشف عن بياناتهما الخاصة.

3. وضع التجميع: جمع بيانات متعددة الأطراف بطريقة مضغوطة وقابلة للتحقق، مناسب لمشاهد التعلم الفيدرالي وغيرها.

4. نمط العميل-الخادم: يوفر الخادم خدمات حساب خاصة لعدة عملاء مستقلين، مثل حساب نموذج الذكاء الاصطناعي الخاص.

تعتمد أمان FHE على خوارزميات التشفير، ولا تعتمد على أمان الأجهزة. لضمان صحة نتائج الحساب، يمكن استخدام حسابات زائدة، وتوقيع رقمي، وغيرها من الطرق. في السيناريوهات التي يشارك فيها عدة أطراف، عادة ما يتم استخدام تقنيات مثل المشاركة السرية لإدارة مفاتيح فك التشفير، مما يزيد من أمان النظام بشكل عام.

FHE هو الحل الوحيد الذي يضمن أن استهلاك موارد الحساب المتماثل يتناسب مع المهمة الأصلية. لكن FHE يواجه أيضًا تحديات تقنية تتعلق بتراكم الضوضاء، ويتطلب التحكم في مستوى الضوضاء من خلال عمليات التمهيد. مع تقدم البحث وتطوير الأجهزة المتخصصة، من المتوقع أن يُستخدم FHE في المزيد من سيناريوهات حساب الخصوصية.