全同態加密FHE技術:現狀與潛力

密碼學技術在人類文明進程中扮演着重要角色,特別是在信息安全和隱私保護領域。中本聰將非對稱加密和哈希函數等密碼學技術創造性地結合,設計出了比特幣的工作量證明機制,開啓了區塊鏈新時代。

隨着區塊鏈行業發展,零知識證明、多方計算和全同態加密等前沿密碼學技術不斷湧現。其中全同態加密(FHE)允許在不解密的情況下對加密數據進行任意次計算,實現可組合的鏈上隱私計算,爲多個領域帶來新的可能性。

FHE概述

FHE全稱全同態加密,允許對密文進行無限次計算和操作,這些操作能直接映射到明文上。微軟和Zama等公司提供了優秀的開源FHE庫,如SEAL和TFHE,爲開發者提供了高效的FHE實現。

FHE的基本流程包括:

1. 生成密鑰對
2. 用公鑰加密數據
3. 對加密數據進行同態計算
4. 用私鑰解密結果

在實踐中,解密密鑰的管理尤爲關鍵。可以採用多方安全計算等方案來提高密鑰管理安全性。

fhEVM:FHE在區塊鏈上的應用基礎

要在區塊鏈上應用FHE,理想的方式是將其封裝爲智能合約代碼庫。這需要虛擬機支持FHE所需的復雜數學運算指令集。

Zama公司開發的fhEVM是支持Solidity實現隱私計算的全同態EVM。其核心特性包括:

• 通過預編譯合約提供FHE操作支持
• 基於分布式閾值協議的解密機制
• 降低開發門檻的Solidity合約庫

fhEVM爲區塊鏈上的FHE應用奠定了基礎,但在實際應用中仍面臨一些挑戰。

FHE-Rollups:構建FHE生態

單純的fhEVM難以構成完整生態,需要結合Layer2/Layer3方案。Fhenix作爲先行者,探索將fhEVM與Rollup結合,提出FHE-Rollups型Layer2解決方案。

Fhenix採用Optimistic Rollups方案,技術棧包括:

• Arbitrum Nitro的變種fraud prover
• 核心庫fheOS
• 閾值服務網路TSN

Fhenix發布了早期版本Fhenix Frontier,提供了智能合約庫、開發工具等。

FHE Coprocessors:跨鏈FHE解決方案

Fhenix引入Relay模塊,使各類公鏈和Layer2網路能接入FHE功能。結合EigenLayer的Restaking機制,提供了更快捷的FHE服務通道。

使用流程:

1. Host Chain上調用FHE Coprocessor
2. Relay合約排隊請求
3. Relay節點轉發至Fhenix Rollup
4. 執行FHE計算
5. 閾值網路解密
6. 回傳結果和證明
7. 驗證並發送結果

FHE的應用場景

FHE在遊戲、DeFi和AI等領域有廣闊應用前景:

• 隱私保護的全鏈遊戲
• DeFi中防止MEV攻擊
• AI模型訓練時保護個人隱私

FHE的社區認可

FHE被視爲密碼學界的聖杯,其價值獲得廣泛認可。Vitalik Buterin多次公開支持FHE技術。新項目不斷湧現,資金持續注入,預示FHE技術爆發在即。

FHE生態概覽

除Zama和Fhenix外,還有一些值得關注的FHE項目:

• Sunscreen:自研FHE編譯器
• Mind Network:結合EigenLayer的FHE網路
• PADO Labs:融合ZKP和FHE的zkFHE
• Arcium:並行機密計算網路
• Inco Network:優化FHE計算效率的Layer1
• Treat:Shiba生態的FHE Layer3
• octra:支持隔離執行環境的FHE網路
• BasedAI:爲LLM引入FHE功能
• Encifher:專注FHEML
• Privasea:面向AI領域的FHE網路

FHE.org和FHE Onchain等非營利組織爲學術研究和教育普及提供資源。

FHE技術前景光明,有望爲多個領域帶來創新與變革。隨着Fhenix等項目的發展,FHE的廣泛應用指日可待。