Сравнительный анализ трех технологий Криптографии: FHE, ZK и MPC

В области Криптографии полное гомоморфное шифрование (FHE), нулевое знание (ZK) и безопасные вычисления с участием нескольких сторон (MPC) являются тремя важными технологиями защиты конфиденциальности. Хотя все они направлены на защиту конфиденциальности и безопасности данных, существуют некоторые различия в конкретных сценариях применения и технических характеристиках. В данной статье будет произведено детальное сравнение этих трех технологий.

Нулевое знание (ZK)

Технология нулевых знаний фокусируется на том, как проверить истинность утверждения без раскрытия каких-либо конкретных данных. Она основана на Криптографии и позволяет одной стороне ( доказателю ) другой стороне ( проверяющему ) доказать, что она знает какой-то секрет, не раскрывая никакой информации о этом секрете.

Например, Алиса может доказать сотруднику прокатной компании Бобу, что у нее хорошая кредитная история, не показывая конкретные банковские выписки. Кредитный рейтинг в платежном программном обеспечении похож на доказательство с нулевым разглашением, которое может подтвердить кредитное состояние пользователя, не раскрывая конкретные записи о транзакциях.

В области блокчейна анонимные монеты являются典型ным применением ZK-технологий. Когда пользователи производят переводы, им необходимо подтверждать свои права на перевод, оставаясь при этом анонимными. С помощью генерации ZK-доказательства майнеры могут проверять легитимность транзакции и записывать её в блокчейн, не зная при этом личность участников сделки.

Многосторонние безопасные вычисления(MPC)

Технология многопартитного безопасного вычисления в основном решает задачу, как позволить нескольким участникам совместно выполнять вычислительные задачи, не раскрывая при этом чувствительную информацию каждой стороны. Она позволяет многим сторонам сотрудничать в выполнении вычислений, не раскрывая свои входные данные.

Классический сценарий применения MPC: Алиса, Боб и Кэрол хотят вычислить среднюю зарплату троих, но не хотят раскрывать конкретные суммы зарплат друг другу. С помощью технологии MPC они могут разделить свои зарплаты на три части, обменяться двумя частями с другими, а затем сложить полученные числа и поделиться результатом. В конце концов, трое снова складывают три полученные суммы и усредняют, чтобы получить среднюю зарплату, но не могут узнать конкретные суммы зарплат других.

В области криптовалют MPC-кошельки являются важным приложением. Они делят приватный ключ на несколько частей, которые совместно хранятся пользователями, в облаке и на биржах, что повышает безопасность активов. Даже если пользователь потеряет телефон, он может восстановить приватный ключ через других участников. Некоторые MPC-кошельки также поддерживают привлечение дополнительных третьих сторон для дальнейшего повышения безопасности.

Полностью гомоморфное шифрование(FHE)

Технология полностью гомоморфного шифрования сосредоточена на том, как зашифровать данные, чтобы зашифрованные данные можно было передать недоверенному третьему лицу для вычислений, при этом результаты вычислений все еще могли быть правильно расшифрованы. Это позволяет использовать внешние вычислительные ресурсы, защищая при этом конфиденциальность данных.

Типичный вариант использования FHE заключается в том, что Алиса не обладает достаточной вычислительной мощностью и вынуждена полагаться на Боба для расчетов, но не хочет раскрывать Бобу реальные данные. С помощью FHE Алиса может зашифровать исходные данные, затем позволить Бобу обработать зашифрованные данные, и, наконец, Алиса расшифровывает их, чтобы получить реальный результат, и Боб не имеет возможности узнать содержимое исходных данных во всем процессе.

В области блокчейна FHE может быть использован для решения некоторых проблем механизма консенсуса PoS. Например, в некоторых небольших PoS сетях узлы могут склоняться к тому, чтобы напрямую следовать результатам проверки крупных узлов, а не проверять самостоятельно, что может привести к проблеме централизации. С помощью технологии FHE узлы могут завершать проверку блоков, не зная ответов других узлов, избегая взаимного плагиата.

Кроме того, FHE также может быть применен в таких сценариях, как децентрализованное голосование, чтобы предотвратить взаимное влияние голосующих. Некоторые проекты исследуют возможность сочетания FHE с重质押(re-staking) для обеспечения более безопасного внешнего узлового сервиса для малых блокчейнов.

Техническое сравнение

Хотя эти три технологии направлены на защиту конфиденциальности и безопасности данных, они имеют некоторые различия в областях применения и технической сложности:

1. Применение:

   • ZK подчеркивает "как доказать", что применимо к сценариям, требующим проверки прав или личности.
   • MPC подчеркивает "как вычислять", применимо к ситуациям, когда нескольким сторонам необходимо совместное вычисление, но при этом нужно защищать конфиденциальность их данных.
   • FHE подчеркивает "как зашифровать", подходит для сценариев, где необходимо выполнять сложные вычисления, сохраняя данные в зашифрованном состоянии.

2. Техническая сложность:

   • Теоретическая база ZK мощная, но проектирование эффективного и простого в реализации протокола довольно сложно, требует глубоких математических и программных знаний.
   • При реализации MPC необходимо решить проблемы синхронизации и эффективности связи, особенно в случае участия нескольких сторон, так как затраты на координацию и вычислительные расходы довольно высоки.
   • FHE сталкивается с огромными проблемами в области вычислительной эффективности, хотя теоретически он очень привлекателен, но высокая вычислительная сложность и временные затраты в реальных приложениях остаются основными препятствиями.

Заключение

С развитием цифровой эпохи безопасность данных и защита личной конфиденциальности сталкиваются с беспрецедентными вызовами. Три технологии Криптография: FHE, ZK и MPC предоставляют нам мощные инструменты для защиты конфиденциальности, играя важную роль в различных сценариях. Понимание характеристик и областей применения этих технологий имеет решающее значение для создания более безопасного и конфиденциального цифрового мира.