全同态加密技术的发展与应用前景

全同态加密(FHE)是一种先进的加密技术,允许在不解密的情况下对加密数据进行计算。这一概念最早可追溯到20世纪70年代,但直到2009年Craig Gentry的突破性工作才使其成为可能。

FHE的核心特性是同态性,即对密文进行加法或乘法运算等同于对明文进行相同操作。与部分同态加密和某种同态加密相比,FHE支持无限次的加法和乘法运算,使其能够在加密数据上执行任意计算。

在区块链领域,FHE有望成为解决可扩展性和隐私保护的关键技术。它可以将透明的区块链转变为部分加密形式,同时保留智能合约的控制。一些项目正在开发FHE虚拟机,允许程序员编写操作FHE原语的智能合约代码。这种方法可以实现加密支付、隐私游戏等用例,同时保留交易图以增强监管友好性。

FHE还可以通过隐私消息检索(OMR)改善现有隐私项目的用户体验,允许钱包客户端在不暴露访问内容的情况下同步数据。

虽然FHE本身不能直接解决区块链可扩展性问题,但将其与零知识证明(ZKP)结合可能会带来一些突破。可验证的FHE可以确保计算正确执行,为区块链环境提供可信的计算机制。

FHE与ZKP是互补的技术,各有侧重。ZKP提供可验证计算和零知识属性,而FHE则允许对加密共享状态进行计算,这对无许可智能合约平台至关重要。

目前FHE的发展大约落后于ZKP三到四年,但正在迅速赶上。第一代FHE项目已开始测试,主网预计今年晚些时候上线。尽管计算开销仍高于ZKP,但FHE的大规模采用潜力巨大。

FHE面临的主要挑战包括计算效率和密钥管理。自举操作的计算密集性正通过算法改进和工程优化得到缓解。密钥管理方面,一些项目正探索使用阈值密钥管理方案。

在市场方面,多家初创公司正积极开发FHE相关技术和应用:

• Zama提供用于Web3项目的FHE解决方案,如TFHE-rs库和fhEVM。
• Sunscreen开发了将Rust函数转换为FHE函数的开源编译器。
• Fhenix正在构建支持机密智能合约的以太坊Layer 2。
• Inco Network正在开发结合EVM和FHE的模块化机密计算Layer 1区块链。

随着理论、软件、硬件和算法的持续进步,FHE有望在未来3-5年内实现重大突破,为区块链和Web3生态系统带来革命性变革。