مناقشة مبادئ وتطبيقات تقنية التشفير المتماثل بالكامل ( FHE )

تسبب تراجع سوق العملات في الفترة الأخيرة في منحنا المزيد من الوقت للتركيز على تطوير بعض التقنيات الناشئة. على الرغم من أن سوق التشفير في عام 2024 ليس مثل السنوات السابقة من حيث الزخم، إلا أن هناك بعض التقنيات الجديدة التي تتجه نحو النضوج تدريجياً. الموضوع الذي سنناقشه اليوم هو "التشفير المتماثل بالكامل (Fully Homomorphic Encryption, FHE)".

لفهم هذا المفهوم المعقد FHE، نحتاج أولاً إلى فهم معاني "التشفير" و"المتماثل"، ولماذا نحتاج إلى الوصول إلى درجة "الكاملة".

التشفير الأساسي للمفاهيم

أكثر طرق التشفير الأساسية معروفة للجميع. على سبيل المثال، إذا أرادت أليس إرسال رقم سري لبوب "1314 520"، لكنها لا تريد أن يعرف الطرف الثالث سي المحتوى. يمكنهم الاتفاق على قاعدة تشفير بسيطة: ضرب كل رقم في 2. بهذه الطريقة، تصبح المعلومات التي ترسلها أليس "2628 1040". بعد أن يتلقى بوب الرسالة، يحتاج فقط إلى قسمة كل رقم على 2 ليحصل على المعلومات الأصلية. هذه طريقة بسيطة للتشفير المتماثل.

التشفير المتماثل

الآن دعونا نتخيل سيناريو أكثر تعقيدًا: أليس البالغة من العمر 7 سنوات لا تعرف سوى أبسط عمليات الضرب والقسمة على 2. تحتاج إلى حساب إجمالي فاتورة الكهرباء في المنزل على مدار 12 شهرًا، حيث تبلغ فاتورة الكهرباء الشهرية 400 يوان. لكن هذه العملية الضربية صعبة جدًا عليها.

أليس لا تريد أن يعرف الآخرون معلومات دقيقة عن فاتورة الكهرباء، لكنها تحتاج إلى المساعدة في الحساب. لذلك، استخدمت طريقة الضرب في 2 لتشفير البيانات، مما جعل C يحسب نتيجة 800 مضروب في 24. سرعان ما حسب C النتيجة وهي 19200 وأخبر أليس. ثم قامت أليس بقسمة النتيجة على 2 مرتين، وبالتالي حصلت على إجمالي فاتورة الكهرباء الصحيحة وهو 4800 يوان.

هذا هو مثال بسيط على التشفير المتماثل. 800 مضروب في 24 هو في الواقع تمثيل 400 مضروب في 12، حيث تبقى الأشكال كما هي قبل وبعد التشفير، وبالتالي يُطلق عليه "متماثل". هذه الطريقة تسمح بتفويض طرف ثالث غير موثوق به لإجراء الحسابات، مع حماية البيانات الحساسة من التسرب.

التشفير المتماثل بالكامل الضرورة

ومع ذلك، فإن مشاكل العالم الحقيقي غالباً ما تكون أكثر تعقيداً. إذا استطاع C تخمين البيانات الأصلية لـ Alice من خلال بعض الطرق، فإن التشفير المتماثل البسيط لن يكون آمناً بما فيه الكفاية.

في هذه الحالة، تحتاج إلى إدخال تقنية "التشفير المتماثل بالكامل". يمكن لـ Alice إضافة المزيد من خطوات العمليات على أساس الضرب الأصلي، مثل عمليات الضرب والجمع المتكررة. بهذه الطريقة، زادت بشكل كبير من صعوبة كسر C.

"الكل" يعني أنه بغض النظر عن مدى تعقيد العمليات متعددة الحدود، يمكن إجراء أي عدد من عمليات الجمع والضرب في حالة التشفير، وفي النهاية فك التشفير للحصول على النتيجة الصحيحة. هذه التقنية يمكن أن تعالج تقريبًا جميع المشكلات الرياضية، وليس فقط الحسابات البسيطة.

التشفير المتماثل بالكامل长期以来一直是密码学领域的圣杯。直到2009年，Gentry等学者提出的新思路才真正开启了 التشفير المتماثل بالكامل 的可能性。

تطبيقات تقنية التشفير المتماثل بالكامل

من المجالات المهمة لتقنية FHE هي الذكاء الاصطناعي. من المعروف أن أنظمة الذكاء الاصطناعي القوية تتطلب تدريبًا على كميات هائلة من البيانات، ولكن العديد من البيانات تتمتع بدرجة عالية من الخصوصية. يمكن لتقنية FHE أن تحل هذه المعضلة بشكل جيد:

1. قم بتشفير البيانات الحساسة باستخدام التشفير المتماثل بالكامل
2. استخدام البيانات المشفرة لتدريب نموذج الذكاء الاصطناعي
3. نتائج التشفير الناتجة عن الذكاء الاصطناعي

في هذه الطريقة، لا يتعامل نظام الذكاء الاصطناعي مع البيانات الأصلية، بل يعالج المتجهات المشفرة. يمكن لمالك البيانات فك تشفير نتائج الذكاء الاصطناعي بأمان محليًا. وهذا يحقق الاستفادة الكاملة من قوة الذكاء الاصطناعي مع حماية خصوصية البيانات.

تحديات FHE في التطبيقات العملية

على الرغم من أن تقنية التشفير المتماثل بالكامل لديها آفاق واسعة، إلا أنها لا تزال تواجه بعض التحديات في التطبيقات العملية. تتمثل المشكلة الرئيسية في أن حسابات التشفير المتماثل بالكامل تتطلب قوة حوسبة هائلة، سواء كانت في عملية التشفير أو الحساب أو فك التشفير، فهي تستغرق وقتًا طويلاً جدًا.

لحل هذه المشكلة، تحاول بعض المشاريع بناء شبكات قوة حسابية مخصصة للتشفير المتماثل بالكامل. على سبيل المثال، اقترحت إحدى المشاريع بنية شبكة تجمع بين ميزات PoW و PoS، وأطلقت أجهزة مخصصة وأصول NFT لدعم تشغيل الشبكة.

أهمية تقنية التشفير المتماثل بالكامل

إذا كان بإمكان الذكاء الاصطناعي تطبيق تقنية التشفير المتماثل بالكامل على نطاق واسع، فسوف يدفع ذلك تطور الذكاء الاصطناعي بشكل كبير. حاليًا، تركز العديد من الدول على تنظيم الذكاء الاصطناعي في مجالات أمان البيانات وحماية الخصوصية، ويمكن لتقنية التشفير المتماثل بالكامل أن تحل هذه المخاوف بشكل فعال.

من الأمن الوطني إلى حماية الخصوصية الشخصية، فإن نطاق تطبيق تقنية التشفير المتماثل بالكامل واسع جدًا. في عصر الذكاء الاصطناعي القادم، قد تصبح تقنية التشفير المتماثل بالكامل الخط الدفاعي الأخير لحماية خصوصية البشر. مع نضوج التكنولوجيا المستمر، لدينا أسباب لتوقع أن تلعب تقنية التشفير المتماثل بالكامل دورًا متزايد الأهمية في المستقبل.