Introdução à tecnologia de encriptação totalmente homomórfica e cenários de aplicação

A encriptação totalmente homomórfica ( FHE ) é um esquema de encriptação especial que permite a realização de cálculos de funções diretamente sobre o texto cifrado, sem a necessidade de decriptar, protegendo assim a privacidade dos dados. Ao contrário da encriptação estática tradicional e da encriptação de transmissão, a FHE pode realizar processamentos complexos sobre textos cifrados, sendo adequada para cenários de proteção da privacidade em colaboração entre várias partes.

Uma aplicação típica da FHE é o sistema de votação online. Os eleitores podem encriptar os seus resultados de votação e submetê-los a uma entidade intermediária, que pode realizar a estatística diretamente sobre os dados encriptados, obtendo o resultado final e depois descriptografando e publicando, sem nunca entrar em contacto com os dados em texto claro. Em comparação com soluções que dependem de terceiros confiáveis ou isolamento de hardware, a FHE oferece uma garantia de segurança puramente a nível de software.

Os sistemas de FHE normalmente incluem os seguintes tipos de chaves:

1. Chave de decriptação: chave principal, utilizada para decriptar textos cifrados FHE, geralmente mantida apenas localmente pelo usuário.

2. Chave de encriptação: usada para converter texto claro em texto cifrado, podendo ser pública no modo de chave pública.

3. Cálculo da chave: utilizado para operações homomórficas em texto cifrado, pode ser público, mas não revelará os dados originais.

Os padrões de aplicação comuns da FHE incluem:

1. Modelo de outsourcing: os usuários externalizam dados encriptados e tarefas de cálculo para prestadores de serviços em nuvem, aplicável a cenários como a recuperação de informações privadas.

2. Modo de cálculo entre ambas as partes: ambas as partes mantêm dados privados e realizam cálculos conjuntos através da Criptografia homomórfica sem revelar os dados originais.

3. Modo de agregação: sumarizar os dados encriptados fornecidos por várias partes, utilizados para aprendizagem federada, estatísticas de votação, etc.

4. Modo cliente-servidor: o servidor fornece modelos de IA privados, o cliente envia dados encriptados para inferência.

As vantagens da FHE residem no fato de que a segurança é baseada em algoritmos de encriptação e não em hardware, não sendo afetada por ataques de canal lateral. No entanto, o custo computacional é elevado, e atualmente é utilizada principalmente em cenários baseados em cálculos lineares. No futuro, com o desenvolvimento de hardware especializado, a FHE tem potencial para ser aplicada em mais áreas.