Mã hóa đồng cấu hoàn toàn: sự phát triển và ứng dụng của công nghệ

Mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE) là một công nghệ mã hóa tiên tiến, cho phép thực hiện tính toán trên dữ liệu đã mã hóa mà không cần giải mã. Khái niệm này được đưa ra lần đầu tiên vào những năm 1970, nhưng chỉ đến năm 2009 mới đạt được những bước tiến đột phá. Craig Gentry đã trình diễn một phương pháp có thể thực hiện các tính toán tùy ý trên dữ liệu đã mã hóa, đánh dấu sự ra đời của FHE.

Các đặc điểm cốt lõi của FHE bao gồm tính đồng cấu, quản lý tiếng ồn và phép toán vô hạn. Tính đồng cấu có nghĩa là việc thao tác trên các bản mã hóa tương đương với việc thao tác trên văn bản rõ, bao gồm phép cộng và phép nhân. Quản lý tiếng ồn là chìa khóa để đảm bảo độ chính xác của tính toán, vì mỗi phép toán đều làm tăng tiếng ồn. Không giống như mã hóa đồng cấu một phần và mã hóa đồng cấu nào đó, FHE hỗ trợ phép cộng và phép nhân vô hạn.

Trong lĩnh vực blockchain, FHE được coi là công nghệ tiềm năng để giải quyết vấn đề khả năng mở rộng và bảo vệ quyền riêng tư. Nó có thể biến blockchain trong suốt thành một hình thức mã hóa một phần, đồng thời giữ quyền kiểm soát các hợp đồng thông minh. Một số dự án đang phát triển máy ảo FHE, cho phép lập trình viên viết mã hợp đồng thông minh để thao tác các nguyên lý FHE. Phương pháp này hứa hẹn sẽ giải quyết các vấn đề về quyền riêng tư hiện tại trên blockchain, làm cho các ứng dụng như thanh toán mã hóa, trò chơi trở nên khả thi, trong khi vẫn giữ lại biểu đồ giao dịch để đáp ứng các yêu cầu quy định.

FHE còn có thể cải thiện tính khả dụng của các dự án bảo mật, chẳng hạn như giải quyết vấn đề đồng bộ ví thông qua truy xuất tin nhắn bảo mật (OMR). Tuy nhiên, FHE bản thân nó không trực tiếp giải quyết vấn đề khả năng mở rộng của blockchain, có thể cần kết hợp với chứng minh không kiến thức (ZKP) để đối phó với thách thức này.

FHE và ZKP là các công nghệ bổ sung cho nhau, mỗi công nghệ đều có những ưu điểm riêng. ZKP cung cấp khả năng tính toán có thể xác minh và thuộc tính không biết, trong khi FHE cho phép tính toán mà không tiết lộ dữ liệu. Việc kết hợp cả hai có thể làm tăng đáng kể độ phức tạp của tính toán, do đó cần phải cân nhắc dựa trên từng trường hợp sử dụng cụ thể.

Hiện tại, sự phát triển của FHE đang chậm hơn khoảng ba đến bốn năm so với ZKP, nhưng đang nhanh chóng bắt kịp. Các dự án FHE thế hệ đầu tiên đã bắt đầu thử nghiệm và dự kiến sẽ ra mắt mạng chính vào cuối năm nay. Mặc dù chi phí tính toán của FHE vẫn cao hơn ZKP, nhưng tiềm năng ứng dụng quy mô lớn của nó đang dần hiện rõ.

Các thách thức chính mà FHE phải đối mặt bao gồm hiệu suất tính toán và quản lý khóa. Tính toán cường độ của các hoạt động tự khởi động đang được giảm bớt thông qua cải tiến thuật toán và tối ưu hóa kỹ thuật. Về quản lý khóa, một số dự án đang khám phá các giải pháp quản lý khóa ngưỡng, nhưng vẫn cần phát triển thêm để vượt qua vấn đề điểm lỗi đơn.

Trong lĩnh vực thị trường, nhiều công ty đang tích cực phát triển công nghệ và ứng dụng liên quan đến FHE. Những công ty này bao gồm Arcium chuyên về tính toán bảo mật, Cysic cung cấp dịch vụ tính toán ZK, Zama phát triển giải pháp FHE, Sunscreen xây dựng ứng dụng riêng tư, Octra ra mắt mạng blockchain FHE, Fhenix phát triển Ethereum Layer 2 hỗ trợ FHE, Mind Network xây dựng lớp tái staking FHE, và Inco Network cung cấp giải pháp tính toán bảo mật mô-đun.

Về môi trường quy định, FHE có tiềm năng tăng cường quyền riêng tư dữ liệu trong khi vẫn giữ được lợi ích xã hội. Với sự tiến bộ liên tục của lý thuyết, phần mềm, phần cứng và thuật toán, FHE dự kiến sẽ đạt được sự phát triển đáng kể trong ba đến năm năm tới, từ nghiên cứu lý thuyết chuyển dần sang ứng dụng thực tiễn.

Nói chung, FHE như một công nghệ cách mạng, đang mang lại sự thay đổi cho lĩnh vực mã hóa, hứa hẹn giải quyết các vấn đề then chốt về khả năng mở rộng và bảo vệ quyền riêng tư của blockchain, đồng thời mở ra những khả năng mới cho các ứng dụng sáng tạo.