完全準同型暗号化FHE技術:現状と可能性

暗号学技術は人類文明の進程において重要な役割を果たしており、特に情報セキュリティやプライバシー保護の分野で重要です。中本聡は非対称暗号化やハッシュ関数などの暗号学技術を創造的に組み合わせ、ビットコインのプルーフ・オブ・ワークメカニズムを設計し、ブロックチェーンの新時代を切り開きました。

ブロックチェーン業界の発展に伴い、ゼロ知識証明やマルチパーティ計算、完全同型暗号化などの最前線の暗号技術が次々と登場しています。その中で、完全同型暗号化(FHE)は、暗号化されたデータを解読せずに任意の回数計算を行うことを可能にし、組み合わせ可能なオンチェーンプライバシー計算を実現し、複数の分野に新しい可能性をもたらします。

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FHEの概要

FHEの正式名称は完全同型暗号化であり、暗号文に対して無限回の計算と操作を許可します。これらの操作は明文に直接マッピングされます。マイクロソフトやZamaなどの企業は、SEALやTFHEなどの優れたオープンソースのFHEライブラリを提供しており、開発者に高効率のFHE実装を提供しています。

FHEの基本的なプロセスは、次のようになります:

1. キーペアを生成する
2. 公開鍵でデータを暗号化する
3. 暗号化データに対して同型暗号化計算を行う
4. プライベートキーで結果を復号化する

実践において、復号鍵の管理は特に重要です。マルチパーティセキュアコンピューティングなどのソリューションを採用することで、鍵管理の安全性を高めることができます。

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fhEVM:FHEのブロックチェーンにおける応用基礎

ブロックチェーン上でFHEを適用するための理想的な方法は、それをスマートコントラクトのコードライブラリとしてパッケージ化することです。これには、FHEに必要な複雑な数学的演算命令セットをサポートする仮想マシンが必要です。

Zama社が開発したfhEVMは、Solidityを用いてプライバシー計算を実現する完全同型暗号化EVMをサポートしています。そのコア機能には:

• プリコンパイルされたコントラクトを通じて完全同型暗号化操作のサポートを提供
• 分散型閾値プロトコルに基づく復号メカニズム
• 開発のハードルを下げるSolidity契約ライブラリ

fhEVMはブロックチェーン上のFHEアプリケーションの基盤を築きましたが、実際のアプリケーションにおいてはいくつかの課題に直面しています。

FHEロールアップ:FHEエコシステムの構築

単純なfhEVMでは完全なエコシステムを構成するのが難しく、Layer2/Layer3ソリューションとの組み合わせが必要です。Fhenixは先駆者として、fhEVMとRollupを組み合わせる探求を行い、FHE-Rollups型Layer2ソリューションを提案しました。

FhenixはOptimistic Rollupsソリューションを採用しており、技術スタックには次が含まれます:

• Arbitrum Nitroの変種、詐欺の証明者
• コアライブラリfheOS
• 閾値サービスネットワークTSN

Fhenixは、スマートコントラクトライブラリや開発ツールなどを提供する初期版Fhenix Frontierをリリースしました。

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FHEコプロセッサー: クロスチェーンFHEソリューション

FhenixはRelayモジュールを導入し、さまざまなパブリックブロックチェーンとLayer2ネットワークがFHE機能に接続できるようにしました。EigenLayerのRestakingメカニズムと組み合わせることで、より迅速なFHEサービスチャネルを提供します。

使用フロー:

1. Host Chain上でFHEコプロセッサを呼び出す
2. Relayコントラクトのキューリクエスト
3. リレー ノードが Fhenix ロールアップに転送されます
4. FHE計算の実行
5. 閾値ネットワーク復号
6. ポストバックの結果と証明
7. 結果を確認して送信する

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FHEのアプリケーションシナリオ

FHEはゲーム、DeFi、AIなどの分野で広範な応用の可能性があります:

• プライバシー保護の完全同型暗号化ゲーム
• DeFiでのMEV攻撃を防止
• AIモデルの訓練時に個人のプライバシーを保護する

FHEのコミュニティの認知

FHEは暗号学界の聖杯と見なされ、その価値は広く認識されています。Vitalik ButerinはFHE技術を何度も公に支持しています。新しいプロジェクトが次々と登場し、資金が継続的に注入されており、FHE技術の爆発が間近であることを示唆しています。

FHEエコシステムの概要

ZamaとFhenixを除いて、注目すべきFHEプロジェクトがいくつかあります:

• サンスクリーン:自社開発の完全同型暗号化コンパイラ
• マインドネットワーク：EigenLayerとの完全同型暗号化ネットワーク
• PADO Labs:ZKPとFHEを融合したZKFHE
• Arcium: 並列コンフィデンシャル コンピューティング ネットワーク
• Inco Network:FHEの計算効率を最適化するレイヤー1
• Treat:柴生態系のFHEレイヤー3
• octra:隔離された実行環境をサポートする完全同型暗号化ネットワーク
• BasedAI:LLMにFHE機能を導入
• Encifher: FHEMLに焦点を当てる
• Privasea:AI向けFHEネットワーク

FHE.orgやFHE Onchainなどの非営利団体は、学術研究と教育の普及のためのリソースを提供しています。

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FHE技術の展望は明るく、さまざまな分野に革新と変革をもたらすことが期待されています。Fhenixなどのプロジェクトの進展に伴い、FHEの広範な応用は間近に迫っています。

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