全同态加密技术的发展与应用

全同态加密(FHE)是一种先进的加密方式,允许在不解密的情况下对加密数据进行计算。这一概念最早在20世纪70年代被提出,但长期以来难以实现。2009年,Craig Gentry的突破性工作展示了在加密数据上进行任意计算的可能性,推动了FHE的发展。

FHE的核心特性包括同态性、噪声管理和支持无限操作。同态性意味着对密文的加法或乘法操作等同于对明文进行相同操作。噪声管理对于保持计算准确性至关重要。与部分同态加密和某种同态加密相比,FHE支持无限次的加法和乘法运算。

在区块链领域,FHE被视为解决可扩展性和隐私保护问题的关键技术。它可以将完全透明的区块链转变为部分加密形式,同时保留智能合约的控制。FHE还可以改善隐私项目的可用性,如通过隐私消息检索(OMR)解决钱包同步问题。

FHE与零知识证明(ZKP)是互补的技术。ZKP提供可验证的计算和零知识属性,而FHE则允许在不暴露数据本身的情况下对加密数据进行计算。将两者结合可能会带来显著的计算复杂性增加。

目前,FHE的发展大约落后于ZKP三到四年,但正在迅速赶上。第一代FHE项目已开始测试,主网预计将在今年晚些时候上线。尽管FHE仍然比ZKP计算开销更高,但其大规模采用的潜力巨大。

FHE的应用面临一些挑战,包括计算效率和密钥管理。自举操作的计算密集性正通过算法改进和工程优化得到缓解。密钥管理,特别是在需要阈值密钥管理的项目中,仍需进一步发展以克服单点故障问题。

多家公司和项目正在FHE领域展开竞争。一些值得关注的包括:

1. Arcium: 前身为Elusiv,是Solana上的DePIN网络,提供并行机密计算。

2. Cysic: 专注于实时生成和验证零知识证明的硬件加速。

3. Zama: 开发FHE解决方案用于区块链和AI,提供TFHE-re库、Concrete编译器等工具。

4. Sunscreen: 帮助工程师使用FHE构建和部署私密应用,开源了FHE编译器。

5. Octra: 提出HFHE(同态全同态加密)概念的FHE区块链网络。

6. Fhenix: 由FHE Rollups支持的以太坊Layer 2,实现链上机密智能合约。

7. Mind Network: 用于DePIN和AI的FHE重质押层,旨在实现端到端加密互联网。

8. Inco Network: 模块化机密计算Layer 1区块链和Web3通用隐私层。

FHE的法规环境在不同地区各不相同。尽管数据隐私普遍受到支持,金融隐私仍是一个灰色地带。FHE有潜力增强数据隐私,同时保持社会效益。

未来几年,随着理论、软件、硬件和算法的持续改进,FHE有望变得更加实用。它正从理论研究过渡到实际应用阶段,预计在3-5年内会取得显著进展。FHE有望推动加密生态系统中各类创新应用的发展,解决区块链可扩展性和隐私保护的关键问题。