全同態加密: 簡介與應用場景

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直接對密文進行計算,獲得該函數輸出的加密結果,從而保護數據隱私。與靜態加密和傳輸加密不同,FHE可以在密文上執行復雜的處理,適用於多方協作的隱私保護場景。

FHE的優勢在於其安全性基於密碼學算法,不依賴硬件設備,因此不受側信道攻擊或雲服務器被攻擊的影響。雖然FHE也存在通用延展性的問題,但可以通過計算冗餘來規避。

FHE通常包含幾組密鑰:

1. 解密密鑰:主密鑰,用於解密FHE密文,不對外傳輸。

2. 加密密鑰:用於將明文轉換爲密文,在公鑰模式下通常是公開的。

3. 計算密鑰:用於對密文進行同態運算,可以公開發布。

FHE有幾種常見的應用模式:

1. 外包模式:將計算任務外包給雲服務器,保護數據隱私。

2. 兩方計算模式:雙方共同計算但不泄露各自的隱私數據。

3. 聚合模式:聚合多方數據進行計算,如聯邦學習和線上投票。

4. 客戶端-服務器模式:服務器爲多個客戶端提供FHE計算服務。

FHE的主要挑戰是計算開銷大,目前主要用於PIR等線性計算場景。未來隨着專用硬件的發展,FHE有望在更多領域得到應用。