تحليل المقارنة بين ثلاث تقنيات التشفير: FHE و ZK و MPC

في مجال التشفير، تعتبر التشفير المتجانس الكامل (FHE)، وإثبات المعرفة صفرية (ZK)، والحساب الآمن متعدد الأطراف (MPC) ثلاث تقنيات مهمة لحماية الخصوصية. على الرغم من أنها جميعًا تهدف إلى حماية خصوصية البيانات وأمانها، إلا أن هناك بعض الاختلافات في سيناريوهات التطبيق المحددة والخصائص التقنية. ستقوم هذه المقالة بمقارنة مفصلة بين هذه التقنيات الثلاث.

إثبات عدم المعرفة(ZK)

تُركز تقنية إثبات المعرفة الصفرية على كيفية التحقق من صحة بيان ما دون الكشف عن أي معلومات محددة. إنها تعتمد على التشفير، حيث يسمح لطرف ( المُثبت ) لطرف آخر ( المُتحقق ) بإثبات أنه يعرف سراً ما، دون الحاجة إلى الكشف عن أي معلومات حول هذا السر.

على سبيل المثال، يمكن لأليس إثبات سمعتها الجيدة لموظف شركة تأجير السيارات بوب، دون الحاجة إلى تقديم كشف حساب بنكي محدد. إن "نقاط الائتمان" في برامج الدفع تشبه نوعًا ما إثبات المعرفة الصفرية، حيث يمكنها إثبات حالة ائتمان المستخدم دون الكشف عن سجلات المعاملات المحددة.

في مجال blockchain، تعتبر العملات المجهولة التطبيق النموذجي لتقنية ZK. عندما يقوم المستخدم بإجراء تحويل، يحتاج إلى إثبات أنه يمتلك صلاحية التحويل مع الحفاظ على匿名ه. من خلال إنشاء إثبات ZK، يمكن للمنقبين التحقق من شرعية المعاملة وإدراجها في السلسلة دون معرفة هوية المتداول.

حسابات آمنة متعددة الأطراف(MPC)

تقنية الحساب الآمن متعدد الأطراف تحل بشكل أساسي كيفية إتمام مهمة حسابية مشتركة لعدة مشاركين دون الكشف عن المعلومات الحساسة لكل طرف. إنها تتيح للأطراف التعاون لإنجاز الحساب دون الكشف عن بيانات الإدخال الخاصة بهم.

أحد السيناريوهات الكلاسيكية لتطبيقات MPC هو: أليسا وبوب وكارول يريدون حساب متوسط رواتبهم الثلاثة، لكنهم لا يريدون الكشف عن المبالغ المحددة للرواتب. من خلال تقنية MPC، يمكنهم تقسيم رواتبهم إلى ثلاثة أجزاء، وتبادل جزءين مع الآخرين، ثم جمع الأرقام المستلمة ومشاركة النتيجة. في النهاية، يقوم الثلاثة بجمع هذه النتائج الثلاثة مرة أخرى وحساب المتوسط، مما يمكنهم من الحصول على متوسط الرواتب، لكن دون معرفة المبالغ المحددة لرواتب الآخرين.

في مجال العملات المشفرة، تعتبر محفظة MPC تطبيقًا هامًا. إنها تقسم المفتاح الخاص إلى عدة أجزاء، يتم الاحتفاظ بها بشكل مشترك من قبل المستخدم والسحابة والبورصات، مما يزيد من أمان الأصول. حتى إذا فقد المستخدم هاتفه، يمكنه استعادة المفتاح الخاص من خلال أطراف أخرى. تدعم بعض محافظ MPC أيضًا إدخال مزيد من الأطراف الثالثة لتعزيز الأمان بشكل أكبر.

التشفير المتجانس ( FHE )

تتعلق تقنية التشفير الشامل بكيفية تشفير البيانات، بحيث يمكن تسليم البيانات المشفرة لطرف ثالث غير موثوق به لإجراء الحسابات، ومع ذلك يمكن فك تشفير النتائج بشكل صحيح. وهذا يسمح بالاستفادة من موارد الحوسبة الخارجية مع حماية خصوصية البيانات.

أحد التطبيقات النموذجية لـ FHE هو: ليس لدى أليس القدرة الكافية على الحساب، وتحتاج إلى الاعتماد على بوب لإجراء الحساب، لكنها لا تريد الكشف عن البيانات الحقيقية لبوب. من خلال FHE، يمكن لأليس تشفير البيانات الأصلية، ثم السماح لبوب بمعالجة البيانات المشفرة، وأخيرًا تقوم أليس بفك تشفيرها للحصول على النتيجة الحقيقية، وفي هذه العملية، لا يمكن لبوب معرفة محتوى البيانات الأصلية.

في مجال blockchain، يمكن استخدام FHE لحل بعض المشكلات في آلية التوافق PoS. على سبيل المثال، في بعض الشبكات الصغيرة PoS، قد يميل العقد إلى اتباع نتائج تحقق العقد الكبيرة مباشرة بدلاً من التحقق بأنفسهم، مما قد يؤدي إلى مشكلة مركزية. من خلال تقنية FHE، يمكن أن يتمكن العقد من إكمال تحقق الكتلة دون معرفة إجابات العقد الأخرى، مما يتجنب النسخ المتبادل.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تُستخدم FHE في سيناريوهات مثل التصويت اللامركزي، لمنع تأثير الناخبين على بعضهم البعض. بعض المشاريع تستكشف دمج FHE مع إعادة الرهن (re-staking)، لتوفير خدمات عقد خارجية أكثر أمانًا ل blockchain الصغيرة.

مقارنة تقنية

على الرغم من أن هذه التقنيات الثلاثة تهدف إلى حماية خصوصية البيانات وأمانها، إلا أن هناك بعض الاختلافات في سيناريوهات التطبيق وتعقيد التكنولوجيا:

1. سيناريو التطبيق:

   • ZK يركز على "كيفية الإثبات"، وينطبق على السيناريوهات التي تتطلب التحقق من الأذونات أو الهوية.
   • يؤكد MPC على "كيفية الحساب"، وهو مناسب للسيناريوهات التي تحتاج فيها الأطراف المتعددة إلى حساب مشترك ولكن يتعين عليها حماية خصوصية بياناتها.
   • يشدد FHE على "كيفية التشفير"، وهو مناسب للسيناريوهات التي تتطلب إجراء حسابات معقدة مع الحفاظ على حالة البيانات المشفرة.

2. تعقيد التكنولوجيا:

   • الأساس النظري لـ ZK قوي، لكن تصميم بروتوكولات فعالة وسهلة التنفيذ معقد نسبيًا، ويتطلب أساسًا قويًا في الرياضيات والبرمجة.
   • يجب معالجة مشكلات التزامن وكفاءة الاتصال عند تنفيذ MPC، خاصة في الحالات التي يشارك فيها عدة أطراف، حيث تكون تكاليف التنسيق والنفقات الحسابية مرتفعة.
   • تواجه FHE تحديات كبيرة في كفاءة الحساب، على الرغم من أنها جذابة من الناحية النظرية، إلا أن التعقيد العالي للحساب وتكاليف الوقت في التطبيقات العملية لا تزال عقبات رئيسية.

الخاتمة

مع تطور العصر الرقمي، تواجه أمن البيانات وحماية الخصوصية الشخصية تحديات غير مسبوقة. توفر لنا تقنيات التشفير الثلاثة FHE وZK وMPC أدوات قوية لحماية الخصوصية، حيث تلعب دورًا مهمًا في سيناريوهات مختلفة. إن فهم خصائص هذه التقنيات ومجالات تطبيقها أمر بالغ الأهمية لبناء عالم رقمي أكثر أمانًا وخصوصية.