FHE: Gizlilik Hesaplamanın Geleceği

FHE( tam homomorfik şifreleme ), şifreli veriler üzerinde doğrudan hesaplama yapmayı destekleyen, gizliliği korurken verileri işleyebilme yeteneğine sahip ileri bir şifreleme teknolojisidir. FHE'nin birçok potansiyel uygulama alanı bulunmaktadır, özellikle gizliliğin korunduğu veri işleme ve analiz alanında, finans, sağlık, bulut bilişim, makine öğrenimi, oylama sistemleri, nesnelerin interneti ve blokzincir gizliliği koruma gibi alanlarda. Ancak, FHE'nin ticarileşmesi zaman alacaktır; bunun başlıca engeli, algoritmaların getirdiği büyük hesaplama ve bellek yükleri ile kötü ölçeklenebilirliktir.

Temel İlkeler

FHE'nin temeli, şifrelenmiş veriler üzerinde hesaplama yapmak ve şifreli sonuçlar elde etmektir; deşifre edildikten sonra, bu sonuçlar düz metin hesaplama sonuçlarıyla tutarlıdır. Bu hedefe ulaşmak için, FHE orijinal bilgiyi gizlemek için polinomlar kullanır, çünkü polinomlar doğrusal cebir problemlerine ve vektör hesaplama problemlerine dönüştürülebilir, bu da modern bilgisayarların paralel hesaplama gibi optimizasyonlar yapmasını kolaylaştırır.

FHE'nin temel şifreleme süreci şunları içerir:

• Bir anahtar çokgeni seçin
• Rastgele çok terimli oluşturma
• Küçük "hata" çok terim oluştur
• Açık metni yukarıdaki polinom ile birleştirerek şifreleme

Tekrar analiz yoluyla kırılmayı önlemek için, FHE gürültü tanıttı. Ancak gürültü, hesaplama süreci boyunca birikir ve nihayetinde doğru bir şekilde şifreyi çözememeye neden olabilir. Bu sorunu çözmek için, FHE aşağıdaki birkaç teknik kullanmaktadır:

• Anahtar geçişi: Şifreli metin boyutunu sıkıştırır, ancak az miktarda gürültü getirecektir.
• Modül Değiştirme: Gürültüyü azaltmak için modülü değiştirme
• Bootstrap: Gürültüyü başlangıç seviyesine sıfırlar, ancak hesaplama maliyeti çok yüksektir.

Mevcut ana akım FHE çözümleri Bootstrap teknolojisine dayanmaktadır, bunlar arasında BGV, BFV, CKKS vb. Bu çözümler aritmetik devreler ve Boolean devreleri üzerinde farklı avantajlara sahiptir.

FHE'nin Karşılaştığı Zorluklar

FHE'nin en büyük zorluğu, büyük hesaplama maliyetidir. Normal hesaplamalarla karşılaştırıldığında, FHE sürümündeki aynı hesaplama 5 milyar kat daha fazla hesaplama kaynağı gerektirebilir. FHE'nin performansını geliştirmek için, ABD'nin DARPA'sı Dprive programını başlattı, hedef FHE hesaplama hızını normal hesaplamanın 1/10'una çıkarmaktır. Bu program esas olarak aşağıdaki alanlarda çalışmaktadır:

• İşlemci kelime uzunluğunu artır
• Özel ASIC işlemcileri oluşturma
• MIMD paralel mimarisi inşa et

Dprive planı sona ermek üzere olmasına rağmen, ilerlemenin yavaş olduğu ve beklenen hedeflere henüz ulaşılmadığı görülüyor. ZK teknolojisine benzer şekilde, FHE'nin uygulanması da donanım darboğazları ile karşı karşıya.

Yine de, uzun vadede FHE teknolojisi hala benzersiz bir değere sahiptir, özellikle de hassas verilerin gizliliğini koruma konusunda. Askeri, tıbbi, finansal gibi alanlardaki kritik hassas veriler için FHE, gizliliği korurken AI gibi teknolojilerin potansiyelini açığa çıkarabilir. Sonraki kuantum çağında, bu güvenlik özellikle önemlidir.

Blok zincirinin birleşimi

Blockchain alanında, FHE esas olarak veri gizliliğini korumak için kullanılır; uygulama alanları arasında zincir üstü gizlilik, AI eğitim verileri gizliliği, zincir üstü oylama gizliliği, gizli işlem denetimi vb. FHE, zincir üstü MEV sorununu çözmek için potansiyel çözümlerden biri olarak da görülmektedir.

Ancak, FHE bazı zorluklarla da karşılaşıyor. Tam şifreleme işlemleri, MEV'nin sağladığı olumlu etkileri ortadan kaldırabilir. Ayrıca, FHE'nin sanal makinelerde çalıştırılması, düğüm gereksinimlerini önemli ölçüde artıracak ve ağın işlem hacmini büyük ölçüde azaltacaktır.

Ana Projeler

Şu anda FHE alanındaki ana projeler şunlardır:

• Zama: TFHE çözümüne dayanarak, oldukça gelişmiş bir FHE geliştirme yığını oluşturmuştur.
• Fhenix: Gizliliği Öncelikli Optimism Layer 2'yi İnşa Etmek
• Privasea: FHE kullanarak LLM veri hesaplaması
• Inco Network: FHE Layer 1'i inşa etme
• Arcium: FHE, MPC ve ZK gibi kriptografi teknolojilerini birleştirir.
• Zihin Ağı: FHE alt ağ yapısı ile konsensüs katmanı güvenlik sorunlarını çözme
• Octra: FHE'yi gerçekleştirmek için hiper grafikler teknolojisini kullanarak yeni bir akıllı sözleşme dili ve mutabakat protokolü oluşturma

Gelecek Beklentileri

FHE teknolojisi hala erken aşamalardadır, gelişim durumu ZK teknolojisi kadar ilerlememiştir. Başlıca kısıtlayıcı faktörler arasında yüksek maliyet, mühendislik zorluğu ve ticarileşme perspektifinin belirsizliği bulunmaktadır. Kripto VC'lerin FHE'ye olan ilgisinin artmasıyla, bu alana daha fazla yatırım ve projenin girmesi beklenmektedir.

FHE çipinin hayata geçirilmesi, ticarileşmesinin ana ön koşullarından biridir. Şu anda Intel, Chain Reaction, Optalysys gibi birçok firma bu alanda keşifler yapmaktadır. FHE birçok teknik engelle karşılaşsa da, son derece umut verici ve kesin bir talebe sahip bir teknoloji olarak, savunma, finans, sağlık gibi sektörlerde derin değişimler getirmesi ve gizli verilerin gelecekteki kuantum algoritmaları gibi teknolojilerle birleşme potansiyelini ortaya çıkarması beklenmektedir.