全同態加密技術簡介及應用場景

全同態加密(FHE)是一種特殊的加密方案,允許在不解密的情況下對密文進行函數計算,得到該函數輸出的加密結果,從而保護數據隱私。與傳統的靜態加密和傳輸中加密不同,FHE可以在密文上執行復雜的計算操作。

FHE的一個典型應用場景是線上投票系統。選民可以加密自己的投票結果並提交,中間實體收集所有加密的投票,統計得票數並公布最終結果,而無需解密每個人的具體投票內容。這避免了傳統加密方案中中間人必須解密所有數據才能統計的問題,更好地保護了隱私。

FHE系統通常包含以下幾類密鑰:

1. 解密密鑰:系統的主密鑰,用於解密FHE密文,通常只由密鑰持有者本地保管。

2. 加密密鑰:用於將明文轉換爲密文,在公鑰模式下可以公開。

3. 計算密鑰:用於對密文進行同態運算,可以公開但不能用於破解密文。

FHE有幾種常見的應用模式:

1. 外包模式:將敏感數據加密後交給雲服務商進行計算,適用於PIR等場景。

2. 雙方計算模式:雙方各自提供私密數據進行聯合計算,如"百萬富翁問題"。

3. 聚合模式:聚合多個參與者的加密數據,用於聯邦學習、投票系統等。

4. 客戶端-服務器模式:服務器爲多個客戶端提供私有AI模型計算服務。

FHE的優勢在於安全性基於密碼學算法而非硬件,可以防止側信道攻擊。但目前計算開銷較大,需要專用硬件支持才能廣泛應用。未來隨着技術進步,FHE有望在隱私計算領域發揮更大作用。