Tamamen homomorfik şifreleme ( FHE ) teknolojisinin prensipleri ve uygulama perspektifleri

Son zamanlarda piyasa durumu yavaşladı, bu da bize bazı yeni teknolojilerin gelişimine daha fazla odaklanma zamanı sağladı. 2024 yılı kripto piyasası, önceki yıllardaki kadar görkemli olmasa da, yine de bazı yeni teknolojiler yavaş yavaş olgunlaşmaya doğru ilerliyor. Bugün ele alacağımız konu "tamamen homomorfik şifreleme (Fully Homomorphic Encryption, FHE)" teknolojisi.

FHE gibi karmaşık bir kavramı anlamak için önce "şifreleme" ve "homomorfik" anlamlarını anlamamız ve neden "tam" bir seviyeye ulaşmamız gerektiğini bilmemiz gerekiyor.

Şifrelemenin Temel Kavramları

En temel şifreleme yöntemini herkes iyi bilir. Örneğin, Alice Bob'a gizli bir sayı "1314 520" iletmek istiyor ancak mesajı ileten üçüncü taraf C'nin içeriği bilmesini istemiyor. Onlar basit bir şifreleme kuralı üzerinde anlaşabilirler: her sayıyı 2 ile çarpmak. Böylece, Alice'in gönderdiği mesaj "2628 1040" haline geliyor. Bob aldığında, her sayıyı 2'ye bölerek orijinal bilgiye ulaşabilir. İşte bu, basit bir simetrik şifreleme yöntemidir.

Homomorfik Şifreleme'nin Kavramı

Şimdi daha karmaşık bir senaryo hayal edelim: 7 yaşındaki Alice sadece en basit çarpma ve bölme işlemlerini yapabiliyor. Aylık elektrik faturası 400 yuan olan evinin 12 aylık elektrik faturası toplamını hesaplaması gerekiyor. Ancak bu çarpma işlemi onun için çok zor.

Alice başkalarının kesin elektrik faturası bilgilerini bilmesini istemiyor, ancak hesaplama yapması gerekiyor. Bu yüzden verileri şifrelemek için 2 ile çarpma yöntemini kullanıyor ve C'ye 800'ü 24 ile çarpmasını söylüyor. C hızla 19200 hesaplayıp Alice'e bildiriyor. Alice daha sonra sonucu iki kez 2'ye bölerek doğru elektrik faturası toplamı olan 4800 TL'yi elde ediyor.

Bu, basit bir çarpan homomorfik şifreleme örneğidir. 800 çarpı 24, aslında 400 çarpı 12'nin bir haritasıdır, şifrelemeden önceki ve sonraki şekiller aynı kalır, bu yüzden "homomorfik" olarak adlandırılır. Bu yöntem, güvenilir olmayan üçüncü taraflara hesaplama yapma izni verirken, hassas verilerin ifşa edilmesini korur.

tamamen homomorfik şifrelemenin gerekliliği

Ancak, gerçek dünya sorunları genellikle daha karmaşıktır. Eğer C, bazı yöntemlerle Alice'in orijinal verilerini tahmin ederse, basit homomorfik şifreleme yeterince güvenli olmayacaktır.

Bu aşamada "tamamen homomorfik şifreleme" teknolojisinin devreye girmesi gerekmektedir. Alice, mevcut çarpma temelinin üzerine daha fazla işlem adımı ekleyebilir, örneğin birden fazla çarpma ve toplama işlemi. Bu, C'nin kırma zorluğunu önemli ölçüde artırmaktadır.

"Tüm" anlamı, ne kadar karmaşık olursa olsun çok terimli işlemlerin, şifreleme durumu altında istenilen sayıda toplama ve çarpma işleminin yapılabileceği ve sonunda doğru sonucun elde edileceği anlamına gelir. Bu teknoloji, yalnızca basit hesaplamalarla sınırlı kalmadan hemen hemen tüm matematik problemlerini işleyebilir.

Tamamen homomorfik şifreleme uzun zamandır kriptografi alanının Kutsal Kase'sidir. 2009'a kadar, Gentry ve diğer araştırmacıların sunduğu yeni bir yaklaşım, tamamen homomorfik şifrelemenin olanaklarını gerçekten açtı.

FHE teknolojisinin uygulama alanları

FHE teknolojisinin önemli bir uygulama alanı yapay zekadır. Güçlü AI sistemlerinin büyük miktarda veriyle eğitilmesi gerektiği herkesçe bilinmektedir, ancak birçok veri yüksek gizlilik gerektirmektedir. FHE teknolojisi bu çelişkiyi iyi bir şekilde çözebilir:

1. Hassas verileri tamamen homomorfik şifreleme ile şifrele
2. Şifrelenmiş verilerle AI modelini eğitmek
3. AI'nın şifreleme sonuçlarını çıkarması

Bu yöntemde, AI sistemi kendisi orijinal verilere erişmez, bunun yerine şifrelenmiş vektörleri işler. Veri sahibi, AI'nın çıktı sonuçlarını yerel olarak güvenli bir şekilde çözebilir. Bu, veri gizliliğini korurken AI'nın güçlü hesaplama gücünden tam olarak yararlanılmasını sağlar.

FHE'nin Pratik Uygulamadaki Zorlukları

FHE teknolojisinin geniş bir potansiyele sahip olmasına rağmen, pratik uygulamalarda bazı zorluklarla karşı karşıyadır. En büyük sorun, FHE hesaplamalarının son derece büyük bir hesaplama gücü gerektirmesidir; şifreleme, hesaplama veya şifre çözme süreçleri oldukça zaman alıcıdır.

Bu sorunu çözmek için bazı projeler, özel FHE hesaplama ağları inşa etmeye çalışıyor. Örneğin, bir proje PoW ve PoS özelliklerini birleştiren bir ağ mimarisi önerdi ve ağın çalışmasını desteklemek için özel donanım cihazları ve NFT varlıkları sundu.

FHE teknolojisinin önemi

Eğer AI, FHE teknolojisini büyük ölçekli olarak uygulayabilirse, AI'nın gelişimini büyük ölçüde hızlandıracaktır. Şu anda birçok ülke, AI'nın düzenlenmesinde veri güvenliği ve gizlilik koruma konularına odaklanmaktadır; FHE teknolojisi bu endişeleri etkili bir şekilde çözebilir.

Ülke güvenliğinden kişisel gizlilik korumasına kadar, FHE teknolojisinin uygulama alanı oldukça geniştir. Yaklaşan AI çağında, FHE teknolojisi insan gizliliğini korumanın son savunma hattı haline gelebilir. Teknolojinin sürekli olgunlaşmasıyla birlikte, FHE'nin gelecekte giderek daha önemli bir rol oynamasını beklemek için nedenlerimiz var.