Der Entwicklungspfad von Kryptowährungen ist klar: Bitcoin führte Kryptowährungen ein, Ethereum führte öffentliche Chains ein, Tether schuf Stablecoins und BitMEX führte unbefristete Verträge ein, die zusammen einen Billionen-Dollar-Markt mit unzähligen Wohlstandsgeschichten und Träumen von Dezentralisierung aufbauten.
Die Entwicklung der kryptographischen Technologie ist weniger klar. Verschiedene Konsensalgorithmen und ausgeklügelte Designs werden von Staking- und Multi-Signatur-Systemen, den wahren Säulen der Kryptosysteme, überschattet. Ohne dezentrales Staking gäbe es beispielsweise die meisten BTC L2-Lösungen nicht. Die 70 Millionen US-Dollar teure Erkundung des einheimischen Staking durch Babylon ist ein Beispiel für diese Richtung.
Dieser Artikel versucht, die Entwicklungsgeschichte der kryptographischen Technologie zu skizzieren, die sich von den verschiedenen technologischen Veränderungen in der Kryptoindustrie unterscheidet, wie z.B. die Beziehung zwischen FHE, ZK und MPC. Aus einer groben Anwendungsperspektive wird zunächst MPC, FKE für Zwischenberechnungen und ZK für den endgültigen Beweis verwendet. Chronologisch war ZK zuerst, gefolgt vom Aufstieg der AA-Wallets, dann gewann MPC Aufmerksamkeit und beschleunigte die Entwicklung, während FHE, für das 2020 ein Aufstieg prognostiziert wurde, erst 2024 an Zugkraft gewann.
MPC/FHE/ZKP
FKE unterscheidet sich von ZK, MPC und allen aktuellen Verschlüsselung Algorithmen. Im Gegensatz zu symmetrischen oder asymmetrischen Verschlüsselung-Technologien, die darauf abzielen, "unknackbare" Systeme für absolute Sicherheit zu schaffen, zielt FKE darauf ab, verschlüsselte Daten funktionsfähig zu machen. Verschlüsselung und Entschlüsselung sind wichtig, aber auch die Daten zwischen Ver- und Entschlüsselung sollten nützlich sein.
FHE ist eine grundlegende Technologie mit abgeschlossener theoretischer Untersuchung, dank bedeutender Beiträge von Web2-Giganten wie Microsoft, Intel, IBM und der von der DARPA unterstützten Duality, die Software- und Hardwareanpassungen und Entwicklungstools vorbereitet haben.
Die gute Nachricht ist, dass auch die Web2-Giganten nicht genau wissen, was sie mit FHE anfangen sollen. Von jetzt an ist Web3 nicht zu spät. Die schlechte Nachricht ist, dass die Web3-Adaption fast gleich Null ist. Mainstream-Bitcoin und Ethereum können FHE-Algorithmen nicht nativ Unterstützung leisten. Obwohl Ethereum als Weltcomputer bezeichnet wird, kann die Berechnung von FHE ewig dauern.
Wir konzentrieren uns auf die Erforschung des Web3 und stellen fest, dass die Web2-Giganten an FKE interessiert sind und umfangreiche Vorarbeit geleistet haben.
Denn von 2020 bis 2024 lag Vitaliks Fokus auf ZK.
Hier erläutere ich kurz meine Zuschreibung des Aufstiegs von ZK. Nachdem Ethereum den Rollup-Skalierungspfad etabliert hatte, reduzierte die Zustandskomprimierungsfunktion von ZK die Datengröße stark von L2 auf L1 und bot einen enormen wirtschaftlichen Wert. Das ist theoretisch; L2-Fragmentierung, Sequenzerprobleme und Probleme mit den Benutzergebühren sind neue Herausforderungen, denen sich die Entwicklung stellen wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ethereum skalieren und den Layer 2-Entwicklungspfad festlegen muss. ZK/OP Rollups konkurrieren miteinander und bilden einen Short OP und Long langfristigen ZK-Konsens, wobei sich ARB, OP, zkSync und StarkNet als Hauptakteure herauskristallisieren.
Der wirtschaftliche Wert ist entscheidend für die Akzeptanz von ZK in der Krypto-Welt, insbesondere Ethereum. Daher werden die technischen Eigenschaften von FHE hier nicht näher erläutert. Der Fokus liegt auf der Untersuchung, wo FKE die Web3-Effizienz verbessern oder die Betriebskosten senken kann, entweder durch Kostensenkung oder Effizienzsteigerung.
Entwicklungsgeschichte und Erfolge der FKE
Unterscheiden Sie zunächst zwischen homomorpher Verschlüsselung und vollständig homomorpher Verschlüsselung. Streng genommen ist die vollständig homomorphe Verschlüsselung ein Sonderfall. Homomorphe Verschlüsselung bedeutet "Addition oder Multiplikation von Chiffretexten ist gleichbedeutend mit Addition oder Multiplikation von Klartexten." Diese Äquivalenz steht vor zwei Herausforderungen:
Die Entwicklung der vollständig homomorphen Verschlüsselung (FHE) geht auf das Jahr 2009 zurück, als Craig Gentry einen vollständig homomorphen Algorithmus vorschlug, der auf idealen Gittern basiert, einer mathematischen Struktur, die es Benutzern ermöglicht, eine Reihe von Punkten in einem mehrdimensionalen Raum zu definieren, die bestimmte lineare Beziehungen erfüllen.
Das Schema von Gentry verwendet ideale Gitter zur Darstellung von Schlüsseln und verschlüsselten Daten, so dass verschlüsselte Daten unter Wahrung der Privatsphäre funktionieren können. Bootstrapping reduziert Geräusche, verstanden als "sich selbst an den Stiefelriemen hochziehen". In der Praxis bedeutet dies, dass FHE-Chiffretext erneut verschlüsselt werden muss, um das Rauschen zu reduzieren und gleichzeitig die Vertraulichkeit zu wahren und komplexe Vorgänge zu unterstützen. (Bootstrapping ist für den praktischen Einsatz von FHE von entscheidender Bedeutung, wird aber nicht weiter ausgeführt.)
Dieser Algorithmus ist ein Meilenstein, der die Machbarkeit von FHE in der Technik beweist, aber mit enormen Kosten verbunden ist, da er dreißig Minuten für einen Rechenschritt benötigt, was ihn unpraktisch macht.
Nach der Lösung des 0-zu-1-Problems ist der nächste Schritt die großflächige Praktikabilität, bei der Algorithmen auf der Grundlage verschiedener mathematischer Annahmen entworfen werden. Neben idealen Gittern sind LWE (Learning with Errors) und seine Varianten gängige Schemata.
Im Jahr 2012 schlugen Zvika Brakerski, Craig Gentry und Vinod Vaikuntanathan das BGV-System vor, ein FHE-System der zweiten Generation. Sein Hauptbeitrag ist die Modul-Switching-Technologie, die den Rauschanstieg durch homomorphe Operationen effektiv kontrolliert und eine gelevelte FKE für gegebene Rechentiefen konstruiert.
Ähnliche Schemata umfassen BFV und CKKS, insbesondere CKKS, das Gleitkommaoperationen unterstützt, aber den Verbrauch von Rechenressourcen erhöht und bessere Lösungen erfordert.
Schließlich TFHE- und FHEW-Schemata, insbesondere TFHE, Zamas bevorzugter Algorithmus. Kurz gesagt, das Rauschproblem von FHE kann durch das Bootstrapping von Gentry reduziert werden. TFHE erreicht effizientes Bootstrapping mit präziser Sicherheit, das sich gut für die Blockchain-Integration eignet.
Wir beschränken uns auf die Einführung verschiedener Schemata. Ihre Unterschiede betreffen nicht die Überlegenheit, sondern unterschiedliche Szenarien, die im Allgemeinen eine robuste Unterstützung für Software und Hardware erfordern. Sogar das TFHE-Schema muss Hardwareprobleme für groß angelegte Anwendungen lösen. FHE muss Hardware von Anfang an synchron entwickeln, zumindest in der Kryptographie.
Web 2 OpenFHE vs Web3 Zama
Wie bereits erwähnt, erforschen und erzielen Web2-Giganten praktische Ergebnisse, die hier mit Web3-Anwendungsszenarien zusammengefasst werden.
Vereinfacht gesagt, hat IBM zur Helib-Bibliothek beigetragen und dabei hauptsächlich BGV und CKKS unterstützt. Die SEAL-Bibliothek von Microsoft unterstützt CKKS und BFV. Bemerkenswert ist, dass der KKKS-Autor Song Yongsoo an der Konzeption und Entwicklung von SEAL beteiligt war. OpenFHE ist die umfassendste, von der DARPA unterstützte Duality-Bibliothek, die BGV, BFV, CKKS, TFHE und FHEW unterstützt, möglicherweise die umfassendste FHE-Bibliothek auf dem Markt.
OpenFHE hat die Zusammenarbeit mit Intels CPU Acceleration Library untersucht und NVIDIAs CUDA-Schnittstelle für die GPU-Beschleunigung verwendet. Die letzte Unterstützung von CUDA für FKE wurde jedoch 2018 eingestellt, ohne dass Updates gefunden wurden. Korrekturen sind willkommen, wenn sie falsch sind.
OpenFHE unterstützt die Sprachen C ++ und Python, wobei sich die Rust API in der Entwicklung befindet, um einfache, umfassende modulare und plattformübergreifende Funktionen bereitzustellen. Für Web2-Entwickler ist dies die einfachste Out-of-the-Box-Lösung.
Für Web3-Entwickler steigt die Schwierigkeit. Begrenzt durch schwache Rechenleistung, können die meisten öffentlichen Ketten FKE-Algorithmen nicht Unterstützung. Bitcoin und Ethereum Ökosystemen fehlt derzeit die "wirtschaftliche Nachfrage" nach FHE. Die Nachfrage nach einer effizienten L2->L1-Datenübertragung inspirierte die Landung des ZK-Algorithmus. FKE um der FWE willen ist wie mit einem Hammer auf Nägel zu schlagen, ein Streichholz zu erzwingen und die Kosten zu erhöhen.
FHE+EVM Funktionsprinzip
In den folgenden Abschnitten werden aktuelle Schwierigkeiten und mögliche Landeszenarien beschrieben, die vor allem Web3-Entwicklern Zuversicht geben. Im Jahr 2024 erhielt Zama die größte FHE-bezogene Finanzierung in Kryptographie, angeführt von Multicoin, und sammelte 73 Millionen US-Dollar. Zama verfügt über eine TFHE-Algorithmusbibliothek und fhEVM, die die FHE-fähige EVM-kompatible Kettenentwicklung unterstützt.
Effizienzprobleme können nur durch Software-Hardware-Kooperation gelöst werden. Ein Problem ist, dass EVM FHE-Verträge nicht direkt ausführen kann, ohne mit der fhEVM-Lösung von Zama in Konflikt zu geraten. Zama hat eine Kette aufgebaut, die FKE-Funktionen nativ integriert. Shiba Inu plant beispielsweise eine Layer-3-Chain, die auf der Lösung von Zama basiert. Es ist nicht schwierig, eine neue Kette zu erstellen, die FKE unterstützt, aber um Ethereum EVM die Bereitstellung von FHE-Verträgen zu ermöglichen, ist die Opcode-Unterstützung von Ethereum erforderlich. Die gute Nachricht ist, dass Fair Math und OpenFHE gemeinsam den FHERMA-Wettbewerb veranstaltet haben, um Entwickler zu ermutigen, den Opcode von EVM neu zu schreiben und Integrationsmöglichkeiten zu erkunden.
Ein weiteres Problem ist die Hardwarebeschleunigung. Leistungsstarke öffentliche Chains wie Solana, die die Bereitstellung von FHE-Verträgen nativ unterstützen, könnten ihre Knoten überfordern. Die native FHE-Hardware umfasst die 3PU™ (Privacy Protecting Processing Unit) von Chain Reaction, eine ASIC-Lösung. Zama und Inco untersuchen Möglichkeiten zur Hardwarebeschleunigung. Zum Beispiel liegt die aktuelle TPS von Zama bei etwa 5, Inco erreicht 10 TPS und Inco glaubt, dass die Hardwarebeschleunigung von FPGAs TPS auf 100-1000 steigern kann.
Bedenken hinsichtlich der Geschwindigkeit müssen nicht übertrieben sein. Bestehende ZK-Hardwarebeschleunigungslösungen können an FKE-Lösungen angepasst werden. Daher werden sich die Diskussionen nicht zu sehr auf Geschwindigkeitsprobleme konzentrieren, sondern sich auf das Auffinden von Szenarien und das Lösen EVM Kompatibilität konzentrieren.
Als Multicoin die Investition in Zama leitete, verkündeten sie kühn, dass ZKP der Vergangenheit angehört und FKE die Zukunft repräsentiert. Ob sich diese Vorhersage bewahrheitet, bleibt abzuwarten, denn die Realität ist oft eine Herausforderung. Nach Zama bildeten Inco Network und Fhenix eine versteckte Allianz im fhEVM-Ökosystem, die sich jeweils auf unterschiedliche Aspekte konzentriert, aber im Allgemeinen darauf hinarbeitet, FKE in das EVM Ökosystem zu integrieren.
Das Timing ist der Schlüssel, also beginnen wir mit einer Portion Realismus.
2024 mag ein großes Jahr für FHE werden, aber Elusiv, das 2022 gestartet ist, hat den Betrieb bereits eingestellt. Elusiv war ursprünglich ein "Dark Pool" -Protokoll auf Solana, aber jetzt wurden das Code-Repository und die Dokumentation gelöscht.
Letztendlich muss FHE als Teil einer technischen Komponente neben Technologien wie MPC/ZKP eingesetzt werden. Wir müssen untersuchen, wie FKE das derzeitige Blockchain-Paradigma ändern kann.
Zunächst ist es wichtig zu verstehen, dass es unzutreffend ist, einfach zu glauben, dass FKE die Privatsphäre verbessert und somit einen wirtschaftlichen Wert hat. Aus früheren Praktiken geht hervor, dass Web3- oder On-Chain-Nutzer sich nicht viel um die Privatsphäre kümmern, es sei denn, sie bietet einen wirtschaftlichen Wert. Zum Beispiel verwenden Hacker Tornado Cash, um gestohlene Gelder zu verstecken, während normale Benutzer Uniswap bevorzugen, da die Verwendung von Tornado Cash zusätzliche Zeit oder wirtschaftliche Kosten verursacht.
Die Kosten für die Verschlüsselung von FKE belasten die ohnehin schon schwache On-Chain Effizienz weiter. Der Schutz der Privatsphäre kann nur dann in großem Umfang gefördert werden, wenn diese Kosten erhebliche Vorteile mit sich bringen. Zum Beispiel die Ausgabe und der Handel von Anleihen in RWA-Richtung. Im Juni 2023 gab BOC International über UBS in Hongkong "digitale strukturierte Blockchain-Schuldverschreibungen" für asiatisch-pazifische Kunden aus und behauptete, Ethereum zu verwenden, aber die Vertragsadresse und die Vertriebsadresse können nicht gefunden werden. Wenn jemand es finden kann, geben Sie bitte die Informationen an.
Dieses Beispiel unterstreicht die Bedeutung von FHE. Institutionelle Kunden müssen öffentliche Blockchains verwenden, möchten aber nicht alle Informationen offenlegen. Daher ist die Funktion von FHE zur Anzeige von Chiffretexten, die direkt gehandelt werden können, besser geeignet als ZKP.
Für Privatanleger ist FKE noch eine relativ weit entfernte zugrunde liegende Infrastruktur. Mögliche Anwendungsfälle sind Anti-MEV, private Transaktionen, sicherere Netzwerke und das Verhindern von Schnüffeln durch Dritte. Dies sind jedoch keine primären Anforderungen, und die Verwendung von FKE verlangsamt das Netzwerk in der Tat. Ehrlich gesagt ist der Schlüsselmoment von FHE noch nicht gekommen.
Letztendlich ist Privatsphäre keine starke Forderung. Nur wenige Menschen sind bereit, einen Aufpreis für den Datenschutz als öffentliche Dienstleistung zu zahlen. Wir müssen Szenarien finden, in denen die berechenbaren Funktionen der verschlüsselten Daten von FHE Kosten sparen oder die Transaktionseffizienz verbessern können, um eine marktgetriebene Dynamik zu erzeugen. Zum Beispiel gibt es viele Anti-MEV-Lösungen, und zentralisierte Knoten können das Problem lösen. FHE geht nicht direkt auf die Schmerzpunkte ein.
Ein weiteres Problem ist die Recheneffizienz. Oberflächlich betrachtet handelt es sich um ein technisches Problem, das eine Hardwarebeschleunigung oder Algorithmusoptimierung erfordert, aber im Grunde handelt es sich um einen Mangel an Marktnachfrage, ohne dass die Projektbeteiligten einen Anreiz haben, miteinander zu konkurrieren. Die Recheneffizienz ergibt sich aus dem Wettbewerb. In der boomenden Marktnachfrage konkurrieren beispielsweise die Strecken SNARK und STARK miteinander, wobei verschiedene ZK-Rollups von Programmiersprachen bis hin zur Kompatibilität erbittert miteinander konkurrieren. Die Entwicklung von ZK verlief unter dem Druck des heißen Geldes rasant.
Anwendungsszenarien und Implementierung sind die Durchbruchspunkte für FKE, um eine Blockchain-Infrastruktur zu werden. Ohne diesen Schritt wird FHE in der Kryptobranche nie in Schwung kommen, und Großprojekte können nur in ihren kleinen Bereichen basteln.
Aus den Praktiken von Zama und seinen Partnern besteht ein Konsens darin, neue Chains außerhalb von Ethereum zu erstellen und ERC-20 und andere technische Komponenten und Standards wiederzuverwenden, um FHE L1 / L2-Chains zu bilden, die mit Ethereum verbunden sind. Dieser Ansatz ermöglicht das frühzeitige Testen und Bauen der Basiskomponenten von FHE. Der Nachteil ist, dass, wenn Ethereum keine FKE-Algorithmen Unterstützung, externe Kettenlösungen immer umständlich sein werden.
Auch Zama kennt dieses Problem. Neben den bereits erwähnten FHE-bezogenen Bibliotheken initiierte sie die FHE.org Organisation und sponserte verwandte Konferenzen, um mehr akademische Errungenschaften in technische Anwendungen umzusetzen.
Die Entwicklungsrichtung von Inco Network ist eine "universelle Datenschutz-Computing-Schicht", im Wesentlichen ein Modell für Computer-Outsourcing-Dienstleister. Es baute ein FHE EVM L1-Netzwerk auf Basis von Zama auf. Eine interessante Untersuchung ist die Zusammenarbeit mit dem Cross-Chain Messaging Protokoll Hyperlane, das Spielmechanismen aus einer anderen EVM-kompatiblen Chain auf Inco bereitstellen kann. Wenn das Spiel eine FHE-Berechnung erfordert, ruft Hyperlane die Rechenleistung von Inco auf und gibt dann nur die Ergebnisse an die ursprüngliche Kette zurück.
Um solche Szenarien zu realisieren, die von Inco vorgesehen sind, müssen EVM-kompatible Chains der Glaubwürdigkeit von Inco vertrauen, und die Rechenleistung von Inco muss stark genug sein, um die hohen Anforderungen an Parallelität und geringe Latenzzeit von Blockchain-Spielen zu bewältigen, was eine große Herausforderung darstellt.
Darüber hinaus können einige zkVMs auch als FKE-Computing-Outsourcing-Anbieter dienen. Zum Beispiel verfügt RISC Zero über diese Fähigkeit. Der nächste Schritt in der Kollision zwischen ZK-Produkten und FKE könnte weitere Ideen entfachen.
Darüber hinaus zielen einige Projekte darauf ab, näher an Ethereum zu sein oder ein Teil davon zu werden. Inco kann die Lösung von Zama für L1 verwenden, und Fhenix kann die Lösung von Zama für EVM L2 verwenden. Derzeit befinden sie sich noch in der Entwicklung, mit vielen möglichen Richtungen. Es ist unklar, auf welchem Produkt sie letztendlich landen werden. Es könnte ein L2 sein, das sich auf FHE-Fähigkeiten konzentriert.
Darüber hinaus gibt es den bereits erwähnten FHERMA-Wettbewerb. Ethereum-versierte Entwickler im Publikum können es ausprobieren und FHE helfen, zu landen und gleichzeitig Boni zu verdienen.
Es gibt auch faszinierende Projekte wie Sunscreen und Mind Network. Sunscreen, das hauptsächlich von Ravital betrieben wird, zielt darauf ab, einen geeigneten FKE-Compiler unter Verwendung des BFV-Algorithmus zu entwickeln, befindet sich aber noch in der Test- und Versuchsphase, weit entfernt von einer praktischen Anwendung.
Schließlich konzentriert sich Mind Network auf die Kombination von FKE mit bestehenden Szenarien wie Re-Staking, aber wie dies erreicht werden soll, bleibt abzuwarten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Elusiv nun in Arcium umbenannt wurde und neue Finanzierung erhalten hat, die sich in eine "parallele FHE" -Lösung verwandelt, um die Ausführungseffizienz von FHE zu verbessern.
Dieser Artikel scheint die Theorie und Praxis von FHE zu diskutieren, aber das zugrunde liegende Thema ist es, die Entwicklungsgeschichte der kryptographischen Technologie zu verdeutlichen. Dies ist nicht ganz dasselbe wie die Technologie, die in Kryptowährungen verwendet wird. ZKP und FHE haben viele Gemeinsamkeiten, eine davon ist ihr Bestreben, die Blockchain-Transparenz aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Privatsphäre zu wahren. ZKP zielt darauf ab, die wirtschaftlichen Kosten in L2- <> L1-Interaktionen zu senken, während FKE noch auf der Suche nach dem besten Anwendungsszenario ist.
Klassifizierung der Lösung:
Der Weg, der vor uns liegt, ist Long und herausfordernd. FHE setzt seine Exploration fort. Basierend auf seiner Beziehung zu Ethereum kann es in drei Arten unterteilt werden:
Im Gegensatz zu ZK, das erst in späteren Stadien praktische Kettenstarts und Hardwarebeschleunigung erlebte, steht FHE auf den Schultern der ZK-Giganten. Die Erstellung einer FHE-Chain ist jetzt die einfachste Aufgabe, aber die Integration mit Ethereum bleibt die größte Herausforderung.
Reflektieren Sie täglich über die zukünftige Position von FHE in der Blockchain-Welt:
Der Entwicklungspfad von Kryptowährungen ist klar: Bitcoin führte Kryptowährungen ein, Ethereum führte öffentliche Chains ein, Tether schuf Stablecoins und BitMEX führte unbefristete Verträge ein, die zusammen einen Billionen-Dollar-Markt mit unzähligen Wohlstandsgeschichten und Träumen von Dezentralisierung aufbauten.
Die Entwicklung der kryptographischen Technologie ist weniger klar. Verschiedene Konsensalgorithmen und ausgeklügelte Designs werden von Staking- und Multi-Signatur-Systemen, den wahren Säulen der Kryptosysteme, überschattet. Ohne dezentrales Staking gäbe es beispielsweise die meisten BTC L2-Lösungen nicht. Die 70 Millionen US-Dollar teure Erkundung des einheimischen Staking durch Babylon ist ein Beispiel für diese Richtung.
Dieser Artikel versucht, die Entwicklungsgeschichte der kryptographischen Technologie zu skizzieren, die sich von den verschiedenen technologischen Veränderungen in der Kryptoindustrie unterscheidet, wie z.B. die Beziehung zwischen FHE, ZK und MPC. Aus einer groben Anwendungsperspektive wird zunächst MPC, FKE für Zwischenberechnungen und ZK für den endgültigen Beweis verwendet. Chronologisch war ZK zuerst, gefolgt vom Aufstieg der AA-Wallets, dann gewann MPC Aufmerksamkeit und beschleunigte die Entwicklung, während FHE, für das 2020 ein Aufstieg prognostiziert wurde, erst 2024 an Zugkraft gewann.
MPC/FHE/ZKP
FKE unterscheidet sich von ZK, MPC und allen aktuellen Verschlüsselung Algorithmen. Im Gegensatz zu symmetrischen oder asymmetrischen Verschlüsselung-Technologien, die darauf abzielen, "unknackbare" Systeme für absolute Sicherheit zu schaffen, zielt FKE darauf ab, verschlüsselte Daten funktionsfähig zu machen. Verschlüsselung und Entschlüsselung sind wichtig, aber auch die Daten zwischen Ver- und Entschlüsselung sollten nützlich sein.
FHE ist eine grundlegende Technologie mit abgeschlossener theoretischer Untersuchung, dank bedeutender Beiträge von Web2-Giganten wie Microsoft, Intel, IBM und der von der DARPA unterstützten Duality, die Software- und Hardwareanpassungen und Entwicklungstools vorbereitet haben.
Die gute Nachricht ist, dass auch die Web2-Giganten nicht genau wissen, was sie mit FHE anfangen sollen. Von jetzt an ist Web3 nicht zu spät. Die schlechte Nachricht ist, dass die Web3-Adaption fast gleich Null ist. Mainstream-Bitcoin und Ethereum können FHE-Algorithmen nicht nativ Unterstützung leisten. Obwohl Ethereum als Weltcomputer bezeichnet wird, kann die Berechnung von FHE ewig dauern.
Wir konzentrieren uns auf die Erforschung des Web3 und stellen fest, dass die Web2-Giganten an FKE interessiert sind und umfangreiche Vorarbeit geleistet haben.
Denn von 2020 bis 2024 lag Vitaliks Fokus auf ZK.
Hier erläutere ich kurz meine Zuschreibung des Aufstiegs von ZK. Nachdem Ethereum den Rollup-Skalierungspfad etabliert hatte, reduzierte die Zustandskomprimierungsfunktion von ZK die Datengröße stark von L2 auf L1 und bot einen enormen wirtschaftlichen Wert. Das ist theoretisch; L2-Fragmentierung, Sequenzerprobleme und Probleme mit den Benutzergebühren sind neue Herausforderungen, denen sich die Entwicklung stellen wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ethereum skalieren und den Layer 2-Entwicklungspfad festlegen muss. ZK/OP Rollups konkurrieren miteinander und bilden einen Short OP und Long langfristigen ZK-Konsens, wobei sich ARB, OP, zkSync und StarkNet als Hauptakteure herauskristallisieren.
Der wirtschaftliche Wert ist entscheidend für die Akzeptanz von ZK in der Krypto-Welt, insbesondere Ethereum. Daher werden die technischen Eigenschaften von FHE hier nicht näher erläutert. Der Fokus liegt auf der Untersuchung, wo FKE die Web3-Effizienz verbessern oder die Betriebskosten senken kann, entweder durch Kostensenkung oder Effizienzsteigerung.
Entwicklungsgeschichte und Erfolge der FKE
Unterscheiden Sie zunächst zwischen homomorpher Verschlüsselung und vollständig homomorpher Verschlüsselung. Streng genommen ist die vollständig homomorphe Verschlüsselung ein Sonderfall. Homomorphe Verschlüsselung bedeutet "Addition oder Multiplikation von Chiffretexten ist gleichbedeutend mit Addition oder Multiplikation von Klartexten." Diese Äquivalenz steht vor zwei Herausforderungen:
Die Entwicklung der vollständig homomorphen Verschlüsselung (FHE) geht auf das Jahr 2009 zurück, als Craig Gentry einen vollständig homomorphen Algorithmus vorschlug, der auf idealen Gittern basiert, einer mathematischen Struktur, die es Benutzern ermöglicht, eine Reihe von Punkten in einem mehrdimensionalen Raum zu definieren, die bestimmte lineare Beziehungen erfüllen.
Das Schema von Gentry verwendet ideale Gitter zur Darstellung von Schlüsseln und verschlüsselten Daten, so dass verschlüsselte Daten unter Wahrung der Privatsphäre funktionieren können. Bootstrapping reduziert Geräusche, verstanden als "sich selbst an den Stiefelriemen hochziehen". In der Praxis bedeutet dies, dass FHE-Chiffretext erneut verschlüsselt werden muss, um das Rauschen zu reduzieren und gleichzeitig die Vertraulichkeit zu wahren und komplexe Vorgänge zu unterstützen. (Bootstrapping ist für den praktischen Einsatz von FHE von entscheidender Bedeutung, wird aber nicht weiter ausgeführt.)
Dieser Algorithmus ist ein Meilenstein, der die Machbarkeit von FHE in der Technik beweist, aber mit enormen Kosten verbunden ist, da er dreißig Minuten für einen Rechenschritt benötigt, was ihn unpraktisch macht.
Nach der Lösung des 0-zu-1-Problems ist der nächste Schritt die großflächige Praktikabilität, bei der Algorithmen auf der Grundlage verschiedener mathematischer Annahmen entworfen werden. Neben idealen Gittern sind LWE (Learning with Errors) und seine Varianten gängige Schemata.
Im Jahr 2012 schlugen Zvika Brakerski, Craig Gentry und Vinod Vaikuntanathan das BGV-System vor, ein FHE-System der zweiten Generation. Sein Hauptbeitrag ist die Modul-Switching-Technologie, die den Rauschanstieg durch homomorphe Operationen effektiv kontrolliert und eine gelevelte FKE für gegebene Rechentiefen konstruiert.
Ähnliche Schemata umfassen BFV und CKKS, insbesondere CKKS, das Gleitkommaoperationen unterstützt, aber den Verbrauch von Rechenressourcen erhöht und bessere Lösungen erfordert.
Schließlich TFHE- und FHEW-Schemata, insbesondere TFHE, Zamas bevorzugter Algorithmus. Kurz gesagt, das Rauschproblem von FHE kann durch das Bootstrapping von Gentry reduziert werden. TFHE erreicht effizientes Bootstrapping mit präziser Sicherheit, das sich gut für die Blockchain-Integration eignet.
Wir beschränken uns auf die Einführung verschiedener Schemata. Ihre Unterschiede betreffen nicht die Überlegenheit, sondern unterschiedliche Szenarien, die im Allgemeinen eine robuste Unterstützung für Software und Hardware erfordern. Sogar das TFHE-Schema muss Hardwareprobleme für groß angelegte Anwendungen lösen. FHE muss Hardware von Anfang an synchron entwickeln, zumindest in der Kryptographie.
Web 2 OpenFHE vs Web3 Zama
Wie bereits erwähnt, erforschen und erzielen Web2-Giganten praktische Ergebnisse, die hier mit Web3-Anwendungsszenarien zusammengefasst werden.
Vereinfacht gesagt, hat IBM zur Helib-Bibliothek beigetragen und dabei hauptsächlich BGV und CKKS unterstützt. Die SEAL-Bibliothek von Microsoft unterstützt CKKS und BFV. Bemerkenswert ist, dass der KKKS-Autor Song Yongsoo an der Konzeption und Entwicklung von SEAL beteiligt war. OpenFHE ist die umfassendste, von der DARPA unterstützte Duality-Bibliothek, die BGV, BFV, CKKS, TFHE und FHEW unterstützt, möglicherweise die umfassendste FHE-Bibliothek auf dem Markt.
OpenFHE hat die Zusammenarbeit mit Intels CPU Acceleration Library untersucht und NVIDIAs CUDA-Schnittstelle für die GPU-Beschleunigung verwendet. Die letzte Unterstützung von CUDA für FKE wurde jedoch 2018 eingestellt, ohne dass Updates gefunden wurden. Korrekturen sind willkommen, wenn sie falsch sind.
OpenFHE unterstützt die Sprachen C ++ und Python, wobei sich die Rust API in der Entwicklung befindet, um einfache, umfassende modulare und plattformübergreifende Funktionen bereitzustellen. Für Web2-Entwickler ist dies die einfachste Out-of-the-Box-Lösung.
Für Web3-Entwickler steigt die Schwierigkeit. Begrenzt durch schwache Rechenleistung, können die meisten öffentlichen Ketten FKE-Algorithmen nicht Unterstützung. Bitcoin und Ethereum Ökosystemen fehlt derzeit die "wirtschaftliche Nachfrage" nach FHE. Die Nachfrage nach einer effizienten L2->L1-Datenübertragung inspirierte die Landung des ZK-Algorithmus. FKE um der FWE willen ist wie mit einem Hammer auf Nägel zu schlagen, ein Streichholz zu erzwingen und die Kosten zu erhöhen.
FHE+EVM Funktionsprinzip
In den folgenden Abschnitten werden aktuelle Schwierigkeiten und mögliche Landeszenarien beschrieben, die vor allem Web3-Entwicklern Zuversicht geben. Im Jahr 2024 erhielt Zama die größte FHE-bezogene Finanzierung in Kryptographie, angeführt von Multicoin, und sammelte 73 Millionen US-Dollar. Zama verfügt über eine TFHE-Algorithmusbibliothek und fhEVM, die die FHE-fähige EVM-kompatible Kettenentwicklung unterstützt.
Effizienzprobleme können nur durch Software-Hardware-Kooperation gelöst werden. Ein Problem ist, dass EVM FHE-Verträge nicht direkt ausführen kann, ohne mit der fhEVM-Lösung von Zama in Konflikt zu geraten. Zama hat eine Kette aufgebaut, die FKE-Funktionen nativ integriert. Shiba Inu plant beispielsweise eine Layer-3-Chain, die auf der Lösung von Zama basiert. Es ist nicht schwierig, eine neue Kette zu erstellen, die FKE unterstützt, aber um Ethereum EVM die Bereitstellung von FHE-Verträgen zu ermöglichen, ist die Opcode-Unterstützung von Ethereum erforderlich. Die gute Nachricht ist, dass Fair Math und OpenFHE gemeinsam den FHERMA-Wettbewerb veranstaltet haben, um Entwickler zu ermutigen, den Opcode von EVM neu zu schreiben und Integrationsmöglichkeiten zu erkunden.
Ein weiteres Problem ist die Hardwarebeschleunigung. Leistungsstarke öffentliche Chains wie Solana, die die Bereitstellung von FHE-Verträgen nativ unterstützen, könnten ihre Knoten überfordern. Die native FHE-Hardware umfasst die 3PU™ (Privacy Protecting Processing Unit) von Chain Reaction, eine ASIC-Lösung. Zama und Inco untersuchen Möglichkeiten zur Hardwarebeschleunigung. Zum Beispiel liegt die aktuelle TPS von Zama bei etwa 5, Inco erreicht 10 TPS und Inco glaubt, dass die Hardwarebeschleunigung von FPGAs TPS auf 100-1000 steigern kann.
Bedenken hinsichtlich der Geschwindigkeit müssen nicht übertrieben sein. Bestehende ZK-Hardwarebeschleunigungslösungen können an FKE-Lösungen angepasst werden. Daher werden sich die Diskussionen nicht zu sehr auf Geschwindigkeitsprobleme konzentrieren, sondern sich auf das Auffinden von Szenarien und das Lösen EVM Kompatibilität konzentrieren.
Als Multicoin die Investition in Zama leitete, verkündeten sie kühn, dass ZKP der Vergangenheit angehört und FKE die Zukunft repräsentiert. Ob sich diese Vorhersage bewahrheitet, bleibt abzuwarten, denn die Realität ist oft eine Herausforderung. Nach Zama bildeten Inco Network und Fhenix eine versteckte Allianz im fhEVM-Ökosystem, die sich jeweils auf unterschiedliche Aspekte konzentriert, aber im Allgemeinen darauf hinarbeitet, FKE in das EVM Ökosystem zu integrieren.
Das Timing ist der Schlüssel, also beginnen wir mit einer Portion Realismus.
2024 mag ein großes Jahr für FHE werden, aber Elusiv, das 2022 gestartet ist, hat den Betrieb bereits eingestellt. Elusiv war ursprünglich ein "Dark Pool" -Protokoll auf Solana, aber jetzt wurden das Code-Repository und die Dokumentation gelöscht.
Letztendlich muss FHE als Teil einer technischen Komponente neben Technologien wie MPC/ZKP eingesetzt werden. Wir müssen untersuchen, wie FKE das derzeitige Blockchain-Paradigma ändern kann.
Zunächst ist es wichtig zu verstehen, dass es unzutreffend ist, einfach zu glauben, dass FKE die Privatsphäre verbessert und somit einen wirtschaftlichen Wert hat. Aus früheren Praktiken geht hervor, dass Web3- oder On-Chain-Nutzer sich nicht viel um die Privatsphäre kümmern, es sei denn, sie bietet einen wirtschaftlichen Wert. Zum Beispiel verwenden Hacker Tornado Cash, um gestohlene Gelder zu verstecken, während normale Benutzer Uniswap bevorzugen, da die Verwendung von Tornado Cash zusätzliche Zeit oder wirtschaftliche Kosten verursacht.
Die Kosten für die Verschlüsselung von FKE belasten die ohnehin schon schwache On-Chain Effizienz weiter. Der Schutz der Privatsphäre kann nur dann in großem Umfang gefördert werden, wenn diese Kosten erhebliche Vorteile mit sich bringen. Zum Beispiel die Ausgabe und der Handel von Anleihen in RWA-Richtung. Im Juni 2023 gab BOC International über UBS in Hongkong "digitale strukturierte Blockchain-Schuldverschreibungen" für asiatisch-pazifische Kunden aus und behauptete, Ethereum zu verwenden, aber die Vertragsadresse und die Vertriebsadresse können nicht gefunden werden. Wenn jemand es finden kann, geben Sie bitte die Informationen an.
Dieses Beispiel unterstreicht die Bedeutung von FHE. Institutionelle Kunden müssen öffentliche Blockchains verwenden, möchten aber nicht alle Informationen offenlegen. Daher ist die Funktion von FHE zur Anzeige von Chiffretexten, die direkt gehandelt werden können, besser geeignet als ZKP.
Für Privatanleger ist FKE noch eine relativ weit entfernte zugrunde liegende Infrastruktur. Mögliche Anwendungsfälle sind Anti-MEV, private Transaktionen, sicherere Netzwerke und das Verhindern von Schnüffeln durch Dritte. Dies sind jedoch keine primären Anforderungen, und die Verwendung von FKE verlangsamt das Netzwerk in der Tat. Ehrlich gesagt ist der Schlüsselmoment von FHE noch nicht gekommen.
Letztendlich ist Privatsphäre keine starke Forderung. Nur wenige Menschen sind bereit, einen Aufpreis für den Datenschutz als öffentliche Dienstleistung zu zahlen. Wir müssen Szenarien finden, in denen die berechenbaren Funktionen der verschlüsselten Daten von FHE Kosten sparen oder die Transaktionseffizienz verbessern können, um eine marktgetriebene Dynamik zu erzeugen. Zum Beispiel gibt es viele Anti-MEV-Lösungen, und zentralisierte Knoten können das Problem lösen. FHE geht nicht direkt auf die Schmerzpunkte ein.
Ein weiteres Problem ist die Recheneffizienz. Oberflächlich betrachtet handelt es sich um ein technisches Problem, das eine Hardwarebeschleunigung oder Algorithmusoptimierung erfordert, aber im Grunde handelt es sich um einen Mangel an Marktnachfrage, ohne dass die Projektbeteiligten einen Anreiz haben, miteinander zu konkurrieren. Die Recheneffizienz ergibt sich aus dem Wettbewerb. In der boomenden Marktnachfrage konkurrieren beispielsweise die Strecken SNARK und STARK miteinander, wobei verschiedene ZK-Rollups von Programmiersprachen bis hin zur Kompatibilität erbittert miteinander konkurrieren. Die Entwicklung von ZK verlief unter dem Druck des heißen Geldes rasant.
Anwendungsszenarien und Implementierung sind die Durchbruchspunkte für FKE, um eine Blockchain-Infrastruktur zu werden. Ohne diesen Schritt wird FHE in der Kryptobranche nie in Schwung kommen, und Großprojekte können nur in ihren kleinen Bereichen basteln.
Aus den Praktiken von Zama und seinen Partnern besteht ein Konsens darin, neue Chains außerhalb von Ethereum zu erstellen und ERC-20 und andere technische Komponenten und Standards wiederzuverwenden, um FHE L1 / L2-Chains zu bilden, die mit Ethereum verbunden sind. Dieser Ansatz ermöglicht das frühzeitige Testen und Bauen der Basiskomponenten von FHE. Der Nachteil ist, dass, wenn Ethereum keine FKE-Algorithmen Unterstützung, externe Kettenlösungen immer umständlich sein werden.
Auch Zama kennt dieses Problem. Neben den bereits erwähnten FHE-bezogenen Bibliotheken initiierte sie die FHE.org Organisation und sponserte verwandte Konferenzen, um mehr akademische Errungenschaften in technische Anwendungen umzusetzen.
Die Entwicklungsrichtung von Inco Network ist eine "universelle Datenschutz-Computing-Schicht", im Wesentlichen ein Modell für Computer-Outsourcing-Dienstleister. Es baute ein FHE EVM L1-Netzwerk auf Basis von Zama auf. Eine interessante Untersuchung ist die Zusammenarbeit mit dem Cross-Chain Messaging Protokoll Hyperlane, das Spielmechanismen aus einer anderen EVM-kompatiblen Chain auf Inco bereitstellen kann. Wenn das Spiel eine FHE-Berechnung erfordert, ruft Hyperlane die Rechenleistung von Inco auf und gibt dann nur die Ergebnisse an die ursprüngliche Kette zurück.
Um solche Szenarien zu realisieren, die von Inco vorgesehen sind, müssen EVM-kompatible Chains der Glaubwürdigkeit von Inco vertrauen, und die Rechenleistung von Inco muss stark genug sein, um die hohen Anforderungen an Parallelität und geringe Latenzzeit von Blockchain-Spielen zu bewältigen, was eine große Herausforderung darstellt.
Darüber hinaus können einige zkVMs auch als FKE-Computing-Outsourcing-Anbieter dienen. Zum Beispiel verfügt RISC Zero über diese Fähigkeit. Der nächste Schritt in der Kollision zwischen ZK-Produkten und FKE könnte weitere Ideen entfachen.
Darüber hinaus zielen einige Projekte darauf ab, näher an Ethereum zu sein oder ein Teil davon zu werden. Inco kann die Lösung von Zama für L1 verwenden, und Fhenix kann die Lösung von Zama für EVM L2 verwenden. Derzeit befinden sie sich noch in der Entwicklung, mit vielen möglichen Richtungen. Es ist unklar, auf welchem Produkt sie letztendlich landen werden. Es könnte ein L2 sein, das sich auf FHE-Fähigkeiten konzentriert.
Darüber hinaus gibt es den bereits erwähnten FHERMA-Wettbewerb. Ethereum-versierte Entwickler im Publikum können es ausprobieren und FHE helfen, zu landen und gleichzeitig Boni zu verdienen.
Es gibt auch faszinierende Projekte wie Sunscreen und Mind Network. Sunscreen, das hauptsächlich von Ravital betrieben wird, zielt darauf ab, einen geeigneten FKE-Compiler unter Verwendung des BFV-Algorithmus zu entwickeln, befindet sich aber noch in der Test- und Versuchsphase, weit entfernt von einer praktischen Anwendung.
Schließlich konzentriert sich Mind Network auf die Kombination von FKE mit bestehenden Szenarien wie Re-Staking, aber wie dies erreicht werden soll, bleibt abzuwarten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Elusiv nun in Arcium umbenannt wurde und neue Finanzierung erhalten hat, die sich in eine "parallele FHE" -Lösung verwandelt, um die Ausführungseffizienz von FHE zu verbessern.
Dieser Artikel scheint die Theorie und Praxis von FHE zu diskutieren, aber das zugrunde liegende Thema ist es, die Entwicklungsgeschichte der kryptographischen Technologie zu verdeutlichen. Dies ist nicht ganz dasselbe wie die Technologie, die in Kryptowährungen verwendet wird. ZKP und FHE haben viele Gemeinsamkeiten, eine davon ist ihr Bestreben, die Blockchain-Transparenz aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Privatsphäre zu wahren. ZKP zielt darauf ab, die wirtschaftlichen Kosten in L2- <> L1-Interaktionen zu senken, während FKE noch auf der Suche nach dem besten Anwendungsszenario ist.
Klassifizierung der Lösung:
Der Weg, der vor uns liegt, ist Long und herausfordernd. FHE setzt seine Exploration fort. Basierend auf seiner Beziehung zu Ethereum kann es in drei Arten unterteilt werden:
Im Gegensatz zu ZK, das erst in späteren Stadien praktische Kettenstarts und Hardwarebeschleunigung erlebte, steht FHE auf den Schultern der ZK-Giganten. Die Erstellung einer FHE-Chain ist jetzt die einfachste Aufgabe, aber die Integration mit Ethereum bleibt die größte Herausforderung.
Reflektieren Sie täglich über die zukünftige Position von FHE in der Blockchain-Welt: