Perkembangan dan Aplikasi Enkripsi Homomorphic Penuh ( FHE )

Enkripsi Homomorphic ( konsep FHE ) dapat ditelusuri kembali ke tahun 1970-an, tetapi telah sulit untuk direalisasikan selama bertahun-tahun. Gagasan inti adalah untuk mengenkripsi data dan melakukan perhitungan tanpa mendekripsi. Awalnya, hanya operasi sederhana seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian yang dapat dilakukan pada data yang terenkripsi, yang dikenal sebagai enkripsi homomorphic parsial. Pada tahun 2009, Craig Gentry mencapai kemajuan yang signifikan, menunjukkan kemungkinan melakukan perhitungan arbitrer pada data yang terenkripsi, sehingga mendorong perkembangan enkripsi homomorphic penuh.

FHE adalah suatu teknologi enkripsi canggih yang memungkinkan perhitungan pada data terenkripsi tanpa melakukan dekripsi. Ini berarti operasi dapat dilakukan pada data terenkripsi ( dan menghasilkan hasil terenkripsi, yang setelah didekripsi akan konsisten dengan hasil dari operasi yang sama pada data tidak terenkripsi ).

Kunci Fitur Enkripsi Homomorphic Penuh

Homomorfisme

• Penjumlahan: Melakukan operasi penjumlahan pada ciphertext sama dengan melakukan operasi penjumlahan pada plaintext.

E(a+b)=E(a)+E(b)

• Perkalian: Melakukan operasi perkalian pada ciphertext setara dengan melakukan operasi perkalian pada plaintext.

E(a×b)=E(a)×E(b)

• Manajemen Kebisingan: Saat enkripsi FHE, kebisingan ditambahkan ke ciphertext untuk memastikan keamanan. Namun, setelah setiap operasi, kebisingan akan meningkat, sehingga pengelolaan dan meminimalkan kebisingan sangat penting, jika tidak, dapat menyebabkan perhitungan menjadi tidak akurat atau gagal.

• Operasi Tak Terbatas: Berbeda dengan enkripsi homomorphic parsial (PHE) dan enkripsi homomorphic tertentu (SHE), FHE mendukung penjumlahan dan perkalian tak terbatas, dan dapat melakukan jenis perhitungan apa pun pada data yang dienkripsi.

Secara ketat, enkripsi homomorphic sepenuhnya adalah kasus khusus dari enkripsi homomorphic. Enkripsi homomorphic berarti melakukan operasi penjumlahan atau perkalian pada ciphertext setara dengan melakukan operasi yang sama pada plaintext:

E(a+b)=E(a)+E(b)

E(a×b)=E(a)×E(b)

Di sini a dan E(a), b dan E(b) dapat dianggap setara. Namun, perlu diperhatikan dua tantangan penting:

1. Kesetaraan antara plaintext dan ciphertext melibatkan penambahan kebisingan pada plaintext sebelum operasi untuk mendapatkan ciphertext. Jika kebisingan menyebabkan deviasi yang besar, perhitungan mungkin gagal. Oleh karena itu, mengontrol kebisingan sangat penting untuk berbagai algoritma.

2. Biaya untuk penjumlahan dan perkalian sangat besar. Perhitungan pada ciphertext dapat memakan waktu 10.000 hingga 1.000.000 kali lebih lama dibandingkan perhitungan pada plaintext. Hanya ketika penjumlahan dan perkalian tak terbatas dapat dilakukan pada ciphertext, maka Enkripsi Homomorphic sepenuhnya terwujud.

Berdasarkan tingkat implementasi, enkripsi homomorphic dapat dibagi menjadi jenis-jenis berikut:

• Enkripsi Homomorphic sebagian ( PHE ): mendukung operasi ( tak terbatas dari penjumlahan atau perkalian ). Seperti RSA yang bersifat homomorfik sebagian dalam hal perkalian.

• Jenis Enkripsi Homomorphic ( SHE ): Mendukung jumlah terbatas penjumlahan dan perkalian. Cocok untuk aplikasi tertentu yang hanya memerlukan sedikit operasi.

• Enkripsi Homomorphic Penuh ( FHE ): Mendukung penjumlahan dan perkalian tanpa batas, memungkinkan perhitungan apa pun pada data terenkripsi. Sangat kuat tetapi padat secara komputasi.

Keuntungan utama FHE adalah dapat melakukan berbagai jenis perhitungan pada data yang dienkripsi, memastikan privasi dan keamanan sepanjang proses perhitungan.

Aplikasi FHE dalam Blockchain

FHE diharapkan menjadi teknologi kunci untuk skalabilitas dan perlindungan privasi blockchain. Blockchain saat ini secara default adalah transparan, setiap transaksi dan variabel kontrak pintar adalah publik. FHE dapat mengubah blockchain yang sepenuhnya transparan menjadi bentuk enkripsi sebagian, sambil tetap dikendalikan oleh kontrak pintar.

Beberapa proyek sedang mengembangkan mesin virtual FHE, memungkinkan programmer untuk menulis kode Solidity yang mengoperasikan primitif FHE. Pendekatan ini dapat mengatasi masalah privasi di blockchain saat ini, memungkinkan penggunaan kasus seperti pembayaran terenkripsi, mesin slot, dan kasino, sambil mempertahankan grafik transaksi, yang lebih ramah regulasi dibandingkan dengan solusi privasi lainnya.

Aplikasi kunci lain dari FHE adalah untuk meningkatkan kegunaan proyek privasi. Beberapa proyek privasi mengalami masalah kegunaan yang signifikan dalam hal waktu pengambilan informasi saldo yang lama dan keterlambatan sinkronisasi. FHE memberikan solusi melalui pengambilan pesan privasi (OMR), memungkinkan klien dompet untuk melakukan sinkronisasi tanpa mengungkapkan konten akses.

Namun, FHE tidak dapat secara langsung menyelesaikan masalah skalabilitas blockchain seperti teknologi Rollup. Menggabungkan FHE dengan zero-knowledge proof (ZKP) mungkin dapat mengatasi beberapa tantangan skalabilitas. FHE yang dapat diverifikasi dapat memastikan bahwa perhitungan dilakukan dengan benar, mirip dengan ZK Rollups, menyediakan mekanisme komputasi yang dapat dipercaya untuk lingkungan blockchain.

Hubungan antara FHE dan bukti nol pengetahuan (ZKP)

FHE dan ZKP adalah teknologi yang saling melengkapi, tetapi melayani tujuan yang berbeda. ZKP memungkinkan komputasi yang dapat diverifikasi dan atribut pengetahuan nol, memberikan privasi untuk status pribadi. Namun, ZKP tidak menyediakan privasi untuk status bersama, yang sangat penting untuk platform kontrak pintar tanpa izin. Di sini FHE dan komputasi multi-pihak (MPC) berperan, memungkinkan komputasi pada data terenkripsi tanpa mengungkapkan data itu sendiri.

Menggabungkan ZKP dan FHE akan secara signifikan meningkatkan kompleksitas komputasi, kecuali jika kasus penggunaan tertentu memerlukannya, jika tidak, itu tidak praktis.

Tahap saat ini dari FHE dan prospek masa depannya

FHE dalam pengembangan tertinggal sekitar tiga hingga empat tahun dibandingkan ZKP, tetapi sedang dengan cepat mengejar. Proyek FHE generasi pertama sedang memulai jaringan pengujian, dan jaringan utama diperkirakan akan diluncurkan nanti tahun ini. Meskipun FHE masih memiliki biaya komputasi yang lebih tinggi dibandingkan ZKP, potensi adopsi massalnya sangat mendesak. Begitu FHE masuk ke produksi dan diskalakan, diharapkan akan tumbuh dengan cepat seperti ZK Rollups.

Tantangan dan Kendala

Adopsi FHE menghadapi beberapa tantangan, termasuk efisiensi komputasi dan manajemen kunci. Operasi bootstrap dalam FHE sangat intensif secara komputasi, tetapi dengan kemajuan algoritma dan optimasi teknik, hal ini sedang diperbaiki. Untuk kasus penggunaan tertentu, alternatif yang tidak menggunakan operasi bootstrap bisa jadi lebih efisien.

Manajemen kunci juga menghadirkan tantangan. Beberapa proyek memerlukan manajemen kunci threshold, melibatkan sekelompok validator yang memiliki kemampuan dekripsi. Metode ini perlu dikembangkan lebih lanjut untuk mengatasi masalah titik tunggal kegagalan.

Status Pasar FHE

Perusahaan modal ventura enkripsi telah aktif berinvestasi di bidang FHE, menyadari potensinya. Beberapa proyek fokus pada kasus penggunaan fhEVM, sedang mengembangkan aplikasi seperti mesin slot, kasino, pembayaran komersial, dan permainan dengan mitra.

Threshold FHE( TFHE) menggabungkan FHE dengan MPC dan blockchain, sangat menjanjikan, membuka kasus penggunaan baru. Keterpakaian FHE bagi pengembang memungkinkan pemrograman menggunakan Solidity, menjadikannya praktis dan layak dalam pengembangan aplikasi.

Lingkungan Regulasi

Lingkungan regulasi untuk teknologi privasi seperti FHE berbeda di berbagai daerah. Meskipun privasi data sangat didukung, privasi finansial tetap menjadi area abu-abu. FHE memiliki potensi untuk meningkatkan privasi data, memungkinkan pengguna untuk mempertahankan kepemilikan data dan mungkin mendapatkan keuntungan darinya, sambil mempertahankan manfaat sosial seperti iklan terarah.

Melihat ke depan, peningkatan bertahap dalam teori, perangkat lunak, perangkat keras, dan algoritma diperkirakan akan membuat FHE semakin praktis. Pengembangan FHE saat ini sedang beralih dari penelitian teoretis ke aplikasi praktis, dan diharapkan akan ada kemajuan signifikan dalam tiga hingga lima tahun ke depan.

Kesimpulan

Enkripsi Homomorphic ( FHE ) sedang berada di tepi revolusi perubahan di bidang enkripsi, menyediakan solusi privasi dan keamanan yang canggih. Dengan kemajuan yang berkelanjutan dan perhatian yang semakin meningkat dari modal ventura, FHE diharapkan dapat diadopsi secara besar-besaran, mengatasi masalah kunci dalam skalabilitas blockchain dan perlindungan privasi. Seiring dengan matangnya teknologi, diharapkan dapat membuka kemungkinan baru, mendorong inovasi aplikasi berbagai jenis dalam ekosistem enkripsi.