全同态加密FHE技术:现状与潜力

密码学技术在人类文明进程中扮演着重要角色,特别是在信息安全和隐私保护领域。中本聪将非对称加密和哈希函数等密码学技术创造性地结合,设计出了比特币的工作量证明机制,开启了区块链新时代。

随着区块链行业发展,零知识证明、多方计算和全同态加密等前沿密码学技术不断涌现。其中全同态加密(FHE)允许在不解密的情况下对加密数据进行任意次计算,实现可组合的链上隐私计算,为多个领域带来新的可能性。

FHE概述

FHE全称全同态加密,允许对密文进行无限次计算和操作,这些操作能直接映射到明文上。微软和Zama等公司提供了优秀的开源FHE库,如SEAL和TFHE,为开发者提供了高效的FHE实现。

FHE的基本流程包括:

1. 生成密钥对
2. 用公钥加密数据
3. 对加密数据进行同态计算
4. 用私钥解密结果

在实践中,解密密钥的管理尤为关键。可以采用多方安全计算等方案来提高密钥管理安全性。

fhEVM:FHE在区块链上的应用基础

要在区块链上应用FHE,理想的方式是将其封装为智能合约代码库。这需要虚拟机支持FHE所需的复杂数学运算指令集。

Zama公司开发的fhEVM是支持Solidity实现隐私计算的全同态EVM。其核心特性包括:

• 通过预编译合约提供FHE操作支持
• 基于分布式阈值协议的解密机制
• 降低开发门槛的Solidity合约库

fhEVM为区块链上的FHE应用奠定了基础,但在实际应用中仍面临一些挑战。

FHE-Rollups:构建FHE生态

单纯的fhEVM难以构成完整生态,需要结合Layer2/Layer3方案。Fhenix作为先行者,探索将fhEVM与Rollup结合,提出FHE-Rollups型Layer2解决方案。

Fhenix采用Optimistic Rollups方案,技术栈包括:

• Arbitrum Nitro的变种fraud prover
• 核心库fheOS
• 阈值服务网络TSN

Fhenix发布了早期版本Fhenix Frontier,提供了智能合约库、开发工具等。

FHE Coprocessors:跨链FHE解决方案

Fhenix引入Relay模块,使各类公链和Layer2网络能接入FHE功能。结合EigenLayer的Restaking机制,提供了更快捷的FHE服务通道。

使用流程:

1. Host Chain上调用FHE Coprocessor
2. Relay合约排队请求
3. Relay节点转发至Fhenix Rollup
4. 执行FHE计算
5. 阈值网络解密
6. 回传结果和证明
7. 验证并发送结果

FHE的应用场景

FHE在游戏、DeFi和AI等领域有广阔应用前景:

• 隐私保护的全链游戏
• DeFi中防止MEV攻击
• AI模型训练时保护个人隐私

FHE的社区认可

FHE被视为密码学界的圣杯,其价值获得广泛认可。Vitalik Buterin多次公开支持FHE技术。新项目不断涌现,资金持续注入,预示FHE技术爆发在即。

FHE生态概览

除Zama和Fhenix外,还有一些值得关注的FHE项目:

• Sunscreen:自研FHE编译器
• Mind Network:结合EigenLayer的FHE网络
• PADO Labs:融合ZKP和FHE的zkFHE
• Arcium:并行机密计算网络
• Inco Network:优化FHE计算效率的Layer1
• Treat:Shiba生态的FHE Layer3
• octra:支持隔离执行环境的FHE网络
• BasedAI:为LLM引入FHE功能
• Encifher:专注FHEML
• Privasea:面向AI领域的FHE网络

FHE.org和FHE Onchain等非营利组织为学术研究和教育普及提供资源。

FHE技术前景光明,有望为多个领域带来创新与变革。随着Fhenix等项目的发展,FHE的广泛应用指日可待。