全同态加密：原理介绍与应用场景

传统加密方式主要包括静态加密和传输加密。静态加密将数据加密后存储在硬件设备中,只有授权人员可以解密查看。传输加密则确保通过网络传输的数据只能被指定接收方解读。这两种方式都依赖加密算法,并通过认证加密保证数据完整性。

然而,某些多方协作场景需要对密文进行复杂处理,这就涉及到隐私保护技术,其中全同态加密(FHE)是一种重要方案。以在线投票为例,传统加密方式难以在保护选民隐私的同时实现准确计票。而FHE技术允许在不解密的情况下直接对密文进行函数计算,从而保护隐私。

FHE系统通常包含以下几种密钥:

1. 解密密钥:系统主密钥,用于解密FHE密文,仅由持有者保管。

2. 加密密钥:用于将明文转换为密文,在公钥加密模式中可公开。

3. 计算密钥:用于对密文进行同态运算,可公开但不能用于破解密文。

FHE的典型应用场景包括:

1. 外包模式:将计算任务外包给云服务商,保护数据隐私。

2. 双方计算模式:双方在不泄露各自私密数据的前提下进行联合计算。

3. 聚合模式:以紧凑且可验证的方式聚合多方数据,适用于联邦学习等场景。

4. 客户端-服务器模式:服务器为多个独立客户端提供私密计算服务,如私有AI模型运算。

FHE的安全性基于密码学算法,不依赖硬件安全。为确保计算结果有效,可采用冗余计算、数字签名等方法。在多方参与的场景中,通常采用秘密共享等技术来管理解密密钥,提高系统整体安全性。

FHE是目前唯一可保证同态计算资源消耗与原始任务成正比的方案。但FHE也面临噪声累积的技术挑战,需要通过自举操作来控制噪声水平。随着研究的深入和专用硬件的开发,FHE有望在更多隐私计算场景中得到应用。