Şifreleme Teknolojileri Karşılaştırması: FHE, ZK ve MPC'nin Benzerlikleri ve Farklılıkları

Önceki analizde, tam homomorfik şifrelemenin (FHE) çalışma prensiplerini detaylı bir şekilde ele aldık. Ancak birçok kişi, FHE, ZK ve MPC gibi şifreleme teknolojileri hakkında hâlâ kafa karışıklığı yaşıyor. Bu nedenle, bu üç teknolojiyi derinlemesine karşılaştıracağız.

FHE, ZK ve MPC: Temel Kavramların Analizi

Öncelikle, temel bir sorudan başlayalım:

• Bu teknolojiler her biri neyi temsil ediyor?
• Nasıl çalışıyorlar?
• Blok zinciri uygulamalarında ne rol oynuyorlar?

1. Sıfır Bilgi Kanıtı (ZK): Kanıt vermek için sızıntıya gerek yok

Sıfır bilgi kanıtı teknolojisi, belirli bir bilginin ifşa edilmeden, bir beyanın doğruluğunu nasıl doğrulayacağına dair kritik bir sorunu çözmeyi amaçlamaktadır.

ZK, sağlam bir şifreleme temeli üzerine kuruludur. Sıfır bilgi kanıtı aracılığıyla, bir taraf başka bir tarafa belirli bir sırrı bildiğini kanıtlayabilir, ancak bu sır hakkında herhangi bir ayrıntı ifşa etmeden.

Böyle bir senaryoyu hayal edin: Bir kişi, kiralık araba şirketine kredi durumunun iyi olduğunu kanıtlamak istiyor ancak ayrıntılı banka hesap özetleri sunmak istemiyor. Bu durumda, bankanın veya ödeme uygulamasının sağladığı "kredi puanı" bir tür sıfır bilgi kanıtı olarak görülebilir.

Bu kişi, kişisel finansal ayrıntıları ifşa etmeden kredi puanının yeterli olduğunu kanıtlayabiliyor; işte sıfır bilgi kanıtının özü bu.

Blockchain alanında, belirli bir anonim şifreleme para biriminin uygulama örneklerine başvurabiliriz:

Kullanıcılar para transferi gerçekleştirdiklerinde, hem anonim kalmaları hem de bu paraları transfer etme yetkilerine sahip olduklarını kanıtlamaları gerekir (çift harcama önlemek için). Bunun için, kullanıcıların bir ZK kanıtı üretmeleri gerekir.

Madenciler bu kanıtı aldıktan sonra, göndericinin kimliğini bilmeden işlemin geçerliliğini doğrulayabilir ve bunu blok zincirine ekleyebilirler.

2. Çok Taraflı Güvenli Hesaplama (MPC): Ortak hesaplama, ifşa olmadan yapılır.

Çok taraflı güvenli hesaplama teknolojisi, çok taraflı katılımcıların hassas bilgileri sızdırmadan ortak bir hesaplama görevini nasıl tamamlayacakları sorununu çözmek için kullanılır.

Bu teknoloji, bir tarafın kendi girdi verilerini açıklamasına gerek kalmadan, birden fazla katılımcının (örneğin Alice, Bob ve Carol) bir hesaplamayı birlikte tamamlamasına olanak tanır.

Örneğin, eğer üç kişi ortalama maaşlarını hesaplamak istiyorlarsa, ancak her birinin maaş miktarını açıklamak istemiyorlarsa, aşağıdaki yöntemi kullanabilirler:

Herkes maaşını üç parçaya ayırır ve bunlardan iki parçayı diğer iki kişiye verir. Ardından, herkes aldığı sayıları toplar ve bu sonucu paylaşır. Son olarak, üç kişi bu üç toplam sonucu bir araya getirir ve ortalamasını alarak ortalama maaşı bulur, ancak diğerlerinin belirli maaşlarını bilemez.

Kripto para alanında, MPC teknolojisi cüzdan tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bazı işlem platformları tarafından sunulan MPC cüzdanını örnek alırsak, kullanıcıların 12 kelimelik bir hatırlatma kelimesini ezberlemesine gerek kalmaz. Bunun yerine, özel anahtarın kullanıcı telefonunda, bulutta ve işlem platformunda dağıtık olarak saklandığı 2/2 çoklu imza benzeri bir yöntem kullanılır.

Bu tasarım, kullanıcıların telefonlarını kaybetmeleri durumunda bile bulut ve işlem platformu verileri aracılığıyla özel anahtarlarını kurtarabilmelerini sağlar.

Elbette, güvenliği daha da artırmak için bazı MPC cüzdanları, özel anahtar parçalarını korumak için daha fazla üçüncü tarafın dahil edilmesini desteklemektedir.

MPC adlı bu şifreleme teknolojisi sayesinde, birden fazla taraf birbirine güvenmeden özel anahtarı güvenli bir şekilde kullanabilir.

3. Tam Homomorfik Şifreleme (FHE): Şifreleme Dışkaynaklı Hesaplama

Tam homomorfik şifreleme teknolojisinin ana sorunu şudur: Hassas verilerin nasıl şifreleneceği, böylece şifrelenmiş verilerin güvenilmez üçüncü taraflar tarafından işlenebilmesi ve işlem sonuçlarının hala bizim tarafından çözülebilmesi.

Bir örnek vermek gerekirse, Alice'in hesaplama gücünden yoksun olduğunu ve hesaplama yapmak için Bob'a güvendiğini, ancak Bob'a gerçek verileri ifşa etmek istemediğini varsayalım. Bu durumda, Alice orijinal verileri şifreleme işlemi yaparak (gürültü ekleyerek, birden fazla toplama veya çarpma işlemi gerçekleştirerek) işleyebilir ve ardından Bob'un güçlü hesaplama gücünü bu şifrelenmiş veriler üzerinde kullanabilir. Son olarak, Alice işleme sonuçlarını çözebilir ve gerçek hesaplama sonuçlarını elde edebilirken, Bob her zaman orijinal verilerin içeriğini bilemeyecektir.

Bulut bilişim ortamında hassas bilgilerin (örneğin tıbbi kayıtlar veya kişisel mali veriler) işlenmesi sırasında, FHE teknolojisi özellikle önem kazanmaktadır. Bu teknoloji, verilerin işlem süreci boyunca her zaman şifrelenmiş durumda kalmasını sağlayarak, yalnızca veri güvenliğini korumakla kalmaz, aynı zamanda ilgili gizlilik düzenlemelerinin gerekliliklerini de yerine getirir.

Kripto para alanında, FHE teknolojisinin de kendine özgü uygulama perspektifleri bulunmaktadır. Örneğin, bir blok zinciri projesi, FHE teknolojisini, hisse kanıtı (PoS) mekanizmasındaki bir iç sorununu çözmek için kullanmaktadır:

Büyük sayıda doğrulayıcıya sahip PoS protokolleri (örneğin Ethereum) için bu sorun belirgin değildir. Ancak bazı küçük projeler için sorun ortaya çıkmaktadır. Teorik olarak, düğümler her bir işlemin geçerliliğini dikkatlice doğrulamalıdır. Ancak bazı küçük PoS ağlarında, düğüm sayısının yetersiz olması ve "büyük düğümler" nedeniyle birçok küçük düğüm, kendi başlarına hesaplama yapmaktansa büyük düğümlerin sonuçlarını takip etmenin daha iyi olduğunu fark etmiştir.

Bu davranış şüphesiz ciddi bir merkezileşme sorununa yol açacaktır.

Benzer "takip etme" olayı, oylama senaryolarında da görülmektedir. Örneğin, belirli bir merkeziyetsiz otonom organizasyonun oylamasında, bir yatırım kuruluşunun büyük miktarda oy hakkına sahip olması nedeniyle, tutumları genellikle bazı tekliflere karar verici bir etki yapmaktadır. Bu, birçok küçük oy havuzu sahibinin yalnızca pasif bir şekilde takip etmesine veya çekimser kalmayı seçmesine neden olur, bu da topluluk görüşlerini gerçek bir şekilde yansıtamaz.

Bu sorunu çözmek için, bu proje FHE teknolojisini kullanıyor:

1. PoS düğümlerinin birbirinin cevaplarını bilmeden bile makine hesaplama gücünü kullanarak blok doğrulama işini tamamlayabilmesi, düğümler arasında kopyalamayı önlemek için.

2. Oy verenlerin başkalarının oy verme niyetlerini bilmeden oy verme platformu aracılığıyla nihai sonucu hesaplayabilmelerini sağlamak, sürü psikolojisiyle oy vermenin önüne geçmek.

Bu işlevleri gerçekleştirmek için, projenin ayrıca bir yeniden stake (re-staking) protokolü oluşturması gerekmektedir. Çünkü bazı protokoller kendileri küçük blok zincirlerine "dış kaynak düğüm" hizmeti sunmaktadır, eğer bu FHE teknolojisi ile birleştirilirse, PoS ağlarının ve oylama sisteminin güvenliğini büyük ölçüde artıracaktır.

Bu uygulama, küçük ülkelerin iç düzeni korumak için yabancı askerleri davet etmesine biraz benziyor, bu da bu projenin PoS/Restaking alanındaki diğer projelerden en önemli farklarından biridir.

Özet

ZK (sıfır bilgi kanıtı), MPC (çok taraflı hesaplama) ve FHE (tam homomorfik şifreleme) veri gizliliğini ve güvenliğini korumak için tasarlanmış ileri düzey şifreleme teknolojileri olmasına rağmen, uygulama senaryoları ve teknik karmaşıklık açısından farklılıklar göstermektedir:

Uygulama Alanları:

• ZK, bir tarafın diğer tarafa belirli bir bilginin doğruluğunu kanıtlamasına olanak tanır ve bu sırada ek bilgi ifşa etmesine gerek kalmaz. Bu, yetki veya kimlik doğrulamanın gerektiği durumlarda özellikle yararlıdır.
• MPC, "nasıl hesaplanacağına" vurgu yapar ve tarafların bireysel girdilerini açıklamadan birlikte hesaplama yapmalarına olanak tanır. Bu, veri işbirliğine ihtiyaç duyan ancak tarafların gizliliğini korumak isteyen senaryolar için geçerlidir, örneğin kurumlar arası veri analizi ve finansal denetim.
• FHE, verilerin şifreleme durumunu korurken karmaşık hesaplamaların yapılmasını mümkün kılmayı vurgular. Bu, bulut bilişim ve yapay zeka hizmetleri için özellikle önemlidir; kullanıcılar, bulut ortamında hassas verileri güvenli bir şekilde işleyebilir.

Teknik karmaşıklığı:

• ZK teorik olarak güçlüdür, ancak etkili ve uygulanması kolay sıfır bilgi kanıtı protokolleri tasarlamak oldukça karmaşık olabilir ve derin matematik ve programlama becerileri gerektirebilir.
• MPC'nin uygulanmasında senkronizasyon ve iletişim verimliliği sorunlarının çözülmesi gerekmektedir, özellikle çok sayıda katılımcının bulunduğu durumlarda, koordinasyon maliyetleri ve hesaplama giderleri oldukça yüksek olabilir.
• FHE, hesaplama verimliliği açısından büyük zorluklarla karşı karşıyadır. Teorik olarak son derece çekici olmasına rağmen, pratik uygulamalardaki yüksek hesaplama karmaşıklığı ve zaman maliyeti hala ana engellerdir.

Günümüz dijital çağında, veri güvenliği ve kişisel gizlilik korunması, eşi benzeri görülmemiş zorluklarla karşı karşıya. Şifreleme teknolojisi olmadan, günlük iletişimlerimiz, tüketim ve işlem bilgilerimiz tamamen ifşa olacak; kilitlenmemiş bir kapı gibi, herkes istediği gibi içeri girebilir.

Bu makalenin ayrıntılı karşılaştırması sayesinde, okuyucuların bu üç önemli şifreleme teknolojisini daha iyi anlaması ve ayırt etmesi umulmaktadır.