مقدمة

بعد زيرو-المعرفة (ZK) انفجار في عام 2022، تطبيقات تكنولوجيا الخصوصية قد تحقق تقدما كبيرا، مع نظام البيئة ZK تحقيق اختراقات في مجالات مثل EVM، DeFi و DID. مع ظهور دورة تشفيرية جديدة، تطرح السؤال: هل ستصبح FHE التكنولوجيا الرئيسية التالية للخصوصية؟ خلال العام الماضي، لقد لفت تشفير تماما تشفير (FHE) اهتماما متزايدا من رأس المال المغامرة الأعلى، مع Zama كمثال رئيسي. يستكشف هذا المقال نمو FHE، ويقارنه مع تقنيات الخصوصية الأخرى، ويقدم تحليلا مفصلا لنهج Zama.

ما هو FHE؟

التشفير الكامل المتناظر (FHE) هي تقنية خصوصية تستخدم الخصائص الرياضية للتشفير لأداء حسابات مختلفة على البيانات المشفرة، مضمنة أن المعلومات لا تتسرب. في مجال Web2، يتم استخدام FHE حاليًا في تشفير المعلومات الطبية، وخصوصية البيانات المالية، وتشفير بيانات السحابة. تم اقتراح هذا الخوارزمية للتشفير لأول مرة في عام 1978 واستعادت الاهتمام في القرن الحادي والعشرين، حيث قامت التقنيات المتعددة بتحسين التعامل مع الضوضاء ومعالجة الأعداد العائمة، مما ساهم في تحسين أداء الخوارزمية ودفع تقنية FHE نحو القطاع التجاري.

يتميز خوارزمية التشفير المكملة بالتشفير الكامل المنزلق بثلاثة سمات رئيسية: التشفير الكامل المنزلق وسرية البيانات ومرونة الحساب.

• التشفير الهومومورفي الكامل: بالمقارنة مع التشفير الهومومورفي الجزئي، يسمح التشفير الهومومورفي الكامل بأداء أي عمليات رياضية على البيانات المشفرة، بما في ذلك الجمع والضرب وحتى العمليات المركبة الأكثر تعقيدًا، بينما تدعم مخططات التشفير الهومومورفي الجزئي فقط العمليات المحددة.
• سرية البيانات: يسمح التشفير الكامل للبيانات بالعديد من الجمع والضرب على البيانات المشفرة، مع النتيجة ما زالت مشفرة.
• مرونة الحسابات: يدعم التشفير المنزلي الكامل مجموعة من العمليات الحسابية، بما في ذلك الجمع والضرب والعمليات المنطقية. تتمتع هذه التكنولوجيا بمزايا في مجال الخصوصية، ولكن هناك مجال للتحسين في التطبيقات التي تتطلب كفاءة عالية في معالجة البيانات والحساب على نطاق واسع.

لماذا FHE هو المسار المستقبلي التالي على مستوى ZK؟

تطورت خوارزميات تشفير الخصوصية من التشفير المتماثل وغير المتماثل المبكر إلى طرق أكثر تعقيدا وأمانا مثل الحوسبة متعددة الأطراف (MPC) وبراهين المعرفة الصفرية (ZK) والتشفير المتماثل بالكامل (FHE). وقد تبع هذا التطور التقدم في التكنولوجيا والتغيرات في سيناريوهات التطبيق. مع نمو الطلب على تشفير الخصوصية في المجالات الصناعية وتصبح السيناريوهات أكثر تنوعا ، يزداد الاهتمام ب FHE في مساحة blockchain بشكل كبير.

فيما يتعلق بحوسبة الخصوصية، يتم استخدام MPC و ZK بشكل واسع بالفعل في قطاع العملات المشفرة. ولكن لماذا يتحول الاهتمام الآن إلى FHE؟ بالمقارنة مع MPC، يوفر FHE حماية خصوصية أقوى ومرونة حسابية أكبر، ولا يتطلب التحقق من الأطراف المتعددة. على عكس ZK، الذي يجيد إثبات صحة حالة معينة، يسمح FHE بإجراء الحسابات على البيانات المشفرة وحتى يمكنه تدريب واستنتاج نماذج التعلم الآلي عليها. كل خوارزمية رئيسية للخصوصية لها نقاط قوة وضعف وتظهر مزاياها في سيناريوهات تطبيق مختلفة، مما يساعد حوسبة الخصوصية على الاستقرار في الممارسة.

مقدمة لزاما

Zama هي شركة تركز على الخصوصية تأسست في عام 2020 ، مع فريق مقره في المقام الأول في أوروبا ويتألف من أكثر من 30 من حملة الدكتوراه وخبراء التشفير. في مارس من هذا العام ، حصلت Zama على استثمار بقيمة 73 مليون دولار بقيادة Multicoin Capital و Protocol Labs ، وانضم إليها مستثمرون رئيسيون آخرون مثل Metaplanet و Blockchange و VSquared و Stake Capital و Portal Ventures. كما اجتذبت الجولة مؤسسين من مشاريع بلوكتشين الرئيسية، بما في ذلك خوان بينيت (فيليكوين)، وجافين وود (بولكادوت)، وأناتولي ياكوفينكو (سولانا)، وجوليان بوتيلوب (StakeDAO)، وتارون شيترا (برنامج التحدي).

يتكون فريق قيادة زاما من شخصيات صناعية ذات خبرة. بدأ المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي راند هندي الترميز في عمر 10 سنوات فقط ولديه سجل حافل في ريادة الأعمال مع التعليم المتقدم الذي يشمل علوم الكمبيوتر والذكاء الاصطناعي والمعلوماتية الحيوية. المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي للتكنولوجيا باسكال بيلييه هو خبير تشفير حاصل على درجة الدكتوراه في التشفير من Télécom Paris ، مما يجلب معرفة واسعة للفريق.

بيئة منتج زاما: أدوات وأطر شاملة

المنتجات الأربع الأساسية من زاما:

• إطار Concrete - إطار FHE مفتوح المصدر
• Concrete ML - أداة مفتوحة المصدر لتعلم الآلة على البيانات المشفرة
• fhEVM - آلة افتراضية للتشفير المنزلي الكامل على إيثيريوم
• TFHE-rs — أول أداة مفتوحة المصدر للتشفير الكامل للحسابات

إطار مفتوح المصدر مخصص للتشغيل الكامل للنص الخام

الخرسانة هي إطار متخصص للتشفير المنزلي الكامل (FHE)، مما يتيح للمطورين إجراء عمليات حسابية على البيانات المشفرة مع الحفاظ على الخصوصية. إنها مثل قفل ذكي: يتيح الإطار معالجة البيانات دون "فتح" أو فك تشفيرها. تبسيط البرمجة لـ FHE، بحيث يمكن لحتى المطورين ذوي الخبرة المحدودة في التشفير استخدامه لبناء تطبيقات مشفرة فعالة. تتضمن الخرسانة أيضًا أدوات محاكاة وتحليل لتحسين الأداء، مما يعمل كمحرك مضبوط بدقة يساعد في تقليل استخدام الموارد مع الحفاظ على أداء عالٍ.

القيمة الأساسية للملموس هي جعل FHE أكثر إمكانية الوصول. مع Concrete ، يمكن للمطورين تنفيذ العمليات الرياضية بأمان على البيانات المشفرة دون الكشف عن أي معلومات حساسة - مثالية لمجالات مثل الشؤون المالية والرعاية الصحية التي تتطلب مستويات عالية من خصوصية البيانات.

تعلُّم الآلة الخرسانية: تعلُّم الآلة السهل للبيانات المشفَّرة للمستخدمين

يولي Concrete ML أولوية لسهولة الاستخدام عن طريق تقديم واجهات برمجة تطبيقات مشابهة للإطارات الشائعة، حتى يتمكن المطورون من أداء مهام التحليل أو التدريب على البيانات المشفرة كما يفعلون مع الأدوات المألوفة. يشبه واجهته اقتران scikit-learn تمامًا، ويدعم حتى تحويل نماذج PyTorch إلى نماذج متوافقة مع FHE. يفتح هذا الأمر تطبيقات لتعلم الآلة في المجالات التي تحترم الخصوصية مثل مشاركة البيانات والامتثال التنظيمي.

تقدم Concrete ML راحة لكلا النماذج الجاهزة للاستخدام والمخصصة:

النماذج المدمجة: توفر نماذج متوافقة مع FHE مماثلة لـ scikit-learn و XGBoost لتبني سهل.

نماذج مخصصة: تدعم نماذج التدريب الحسابي الواعي ، التي يمكن للمستخدمين تطويرها باستخدام PyTorch أو Keras/TensorFlow ثم استيرادها إلى Concrete ML عبر ONNX.

fhEVM: العقود الذكية للحفاظ على الخصوصية على إيثريوم

تجلب fhEVM عقودا ذكية خاصة حقا إلى Ethereum blockchain من خلال FHE. مع fhEVM من Zama ، يمكن أن تعمل العقود الذكية المشفرة ضمن النظام البيئي الحالي dApp ، مما يضمن ميزتين رئيسيتين: التشفير الكامل للمعاملات والحالة: تظل جميع بيانات المعاملات مشفرة من طرف إلى طرف ، مما يضمن عدم الوصول غير المصرح به. قابلية التركيب على السلسلة وخصوصية البيانات: يتم الحفاظ على الحالة المشفرة للعقد مع كل تحديث ، مما يضمن الخصوصية.

تقدم fhEVM مكتبة TFHE Solidity ، مما يتيح التطوير السلس باستخدام أدوات Solidity الحالية. يعمل المشغلون القياسيون في حالات مشفرة ، مما يسمح للعقود بإجراء فحوصات مشروطة أثناء التشفير ، مما يجعل العملية مألوفة وودية لمطوري Ethereum. لإدارة التشفير وفك التشفير ، يستخدم المطورون ببساطة نوع بيانات euint لتمييز الأقسام الخاصة من العقود. يدعم fhEVM أيضا خيارات فك التشفير المرنة ، بما في ذلك فك التشفير الأساسي والمركزي والقائم على KMS.

TFHE-rs: تحسين الأداء من خلال التوازي

تستخدم TFHE-rs، وهي مكتبة مكتوبة بلغة Rust، عمليات بوليانية وصحيحة على البيانات المشفرة باستخدام تقنية TFHE. تُعرف TFHE-rs بتنوعها، حيث توفر واجهات متعددة - واجهة Rust API وواجهة C API وواجهة WASM API لتطبيقات العملاء. يتيح تصميمها النموذجي، مثل القطع المرنة من ليغو، للمطورين دمج وظائف مختلفة لإنشاء حلول حسابية مشفرة تتناسب مع احتياجاتهم الخاصة، مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات من الأنظمة البسيطة إلى الأنظمة المعقدة.

يستخدم TFHE-rs عمليات تشفير على مستوى البت لتحسين الأداء، مما يسمح بالتعامل مع البيانات بدقة. على عكس الأنظمة التي تقوم بتشفير كتل البيانات بأكملها، فإن هذا النهج أكثر كفاءة لأداء الحسابات المتناسقة، خاصة لعمليات بوابة المنطق (AND، OR، XOR).

تقدم TFHE-rs أيضًا تحسينات أداء متقدمة من خلال معالجة متعددة الخيوط وتوازن الحمل في إعادة التشفير. من خلال تقسيم إعادة التشفير إلى مراحل يمكن معالجتها بشكل متزامن عبر عدة نوى، يقلل TFHE-rs بشكل كبير من وقت المعالجة، مما يجعل التشفير المتجانس أسرع وأكثر كفاءة.

خمس حالات استخدام رئيسية لـ زاما

مع fhEVM كأساس لها، حددت Zama خمس حالات استخدام واعدة تتعلق بالخصوصية للبلوكشين: معاملات العقود الآمنة، وحمامات السباحة الخاصة اللامركزية، وحوكمة DAO، ومزادات عمياء على البلوكشين، وألعاب البلوكشين.

عمليات سلسلة الكتل

في نظام DeFi البيئي ، تعد حماية خصوصية البيانات وأمانها أمرا بالغ الأهمية. غالبا ما تتضمن العقود المالية تفاصيل حساسة ، مثل مبالغ المعاملات وأسعار الفائدة وخطط السداد. قد يؤدي جعل هذه التفاصيل عامة بالكامل على السلسلة إلى حدوث مشكلات في الخصوصية. يتيح fhEVM من Zama تنفيذ العقود الذكية في حالة مشفرة ، مما يسمح لمنطق العقد بأكمله بالعمل بأمان دون الكشف عن البيانات الحساسة. لا يمكن للمؤسسات المالية أو العقد الأخرى عرض تفاصيل العقد مباشرة ، ولكن لا يزال من الممكن التحقق من تنفيذ العقد. على سبيل المثال ، يمكن أن يحتوي عقد القرض على معلمات مثل مبلغ القرض ومدة السداد وسعر الفائدة في شكل مشفر ، بينما تتم جميع الحسابات دون الكشف عن البيانات. بهذه الطريقة ، يمكن للعقد الأخرى التحقق من تنفيذ العقد دون الوصول إلى تفاصيل المعاملة المحددة ، مما يجعلها مناسبة للخيارات وتسويات المبادلة والإقراض على السلسلة.

البرك المظلمة الخاصة اللامركزية

حوض مظلم هو منصة تداول خاصة تسمح بحدوث صفقات كبيرة دون الكشف عن تفاصيل الطلب علنيًا، مما يساعد في تجنب اضطراب السوق. يمتد الخصوصية في الأحواض المظلمة إلى هويات المستخدمين ومحتوى الطلبات وتفاصيل المعاملات. يستخدم الأحواض المظلمة التقليدية منصات مركزية أو أطراف ثالثة موثوقة لتطابق الطلبات، مما يشكل خطرًا على الخصوصية.

يدعم Zama's TFHE-rs عمليات البيانات المشفرة، مما يتيح مطابقة أوامر الشراء والبيع المشفرة بشكل خاص دون فك تفاصيل مثل السعر أو الكمية. يمكن لمنصات التداول التعامل بأمان مع نوايا المستخدمين مع الحفاظ على خصوصية الأوامر. يمكن التحقق من هذه الأوامر المشفرة لضمان تلبية شروط التداول، وذلك بينما يتم الحفاظ على سرية البيانات.

حكم الديوان

تمثل حوكمة DAO تحديات الخصوصية ، بما في ذلك عدم الكشف عن هوية الناخبين وسرية تفاصيل الخزانة. غالبا ما تكشف آليات التصويت عن تفضيلات التصويت الفردية ، مما يؤدي إلى التلاعب المحتمل أو التأثير غير المبرر. على سبيل المثال ، عادة ما يكون للأفراد الذين يحملون المزيد من رموز الحوكمة تأثير أكبر في التصويت ، مما قد يخلق تحيزا استبداديا يؤثر على النتائج. تتضمن عقود حوكمة DAO أيضا معلومات حساسة حول النفقات المالية ومخصصات المشروع ، والتي يجب أن تظل خاصة لحماية مبالغ تمويل المشروع أو هويات المستلمين.

يتيح نهج زاما معالجة مشفرة لتصويت كل عضو. يمكن لعقود التصويت إجمال الأصوات وحساب النتائج دون فك تشفير الأصوات الفردية. التجميعات النهائية عامة، ولكن عملية التصويت تظل خاصة. باستخدام التشفير المتجانس، يمكن التحقق من صحة كل صوت للأهلية دون الكشف عن الاختيار.

المزادات العمياء على السلسلة الكتلية

تسمح المزادات العمياء على السلسلة بالسماح للمشاركين بتقديم عروض بشكل خاص دون الكشف عنها حتى ينتهي المزاد. يستخدم معظم المطورين البراهين بدون معرفة وعملية ثنائية لضمان سرية العروض، والتي غالبًا ما تتطلب تخزين البيانات خارج السلسلة، مما يسبب تحديات تشفير إضافية.

تتيح حلول التشفير المتكاملة بالكامل لزاما معالجة العروض المشفرة على السلسلة دون الحاجة إلى كشفها. في المزادات العمياء التقليدية، يتم الكشف عن العروض بعد انتهاء المزاد، ولكن نهج زاما يسمح للحسابات بتحديد الفائز دون المساس بخصوصية العرض. تتضمن طريقة زاما المقارنة المتكافئة، والتحديث الشرطي، والتسوية الآمنة، مما يقضي على الحاجة إلى الكشف عن العروض. تقوم تقنيات المضاعف المشفرة باختيار أعلى عرض وتحديث النتائج بناءً على الشروط المشفرة، مما يدير بشكل آمن تفاصيل العروض دون الكشف عن المعلومات الحساسة. في نهاية المزاد، يمكن للمزايدين الفائزين فقط فك تشفير جوائزهم بشكل آمن، مما يتحقق من وضعهم كأعلى مزايدين دون الكشف عن تفاصيل العروض الأخرى.

الألعاب على السلسلة الرئيسية

باستخدام fhEVM، تقدم Zama طريقة لتعزيز الألعاب على السلسلة الكاملة مع التشفير التشفيري الكامل. على موقعها الإلكتروني، توضح Zama كيفية بناء نسخة مشفرة من اللعبة الشهيرة "Wordle" على السلسلة الكتلية. يقوم الحل الخاص بـ Zama بتشفير حالة اللعبة والإدخالات مع السماح للعقود الذكية بالتحقق من النتائج. يعني هذا أن بيانات اللعبة الحساسة تبقى خاصة، مما يحميها من الوصول غير المصرح به أو التلاعب، حتى عند معالجتها على السلسلة الكتلية. يمكن أن يجعل هذا النهج الخصوصية تكون أكثر خصوصية وقابلة للتوسيع دون التضحية بشفافية ووظائف السلسلة الكتلية.

الرؤية المستقبلية

من المقرر أن تصبح المعاملات التي تحافظ على الخصوصية الاتجاه الكبير التالي بعد حل مشكلات قابلية التوسع في blockchain. واليوم، لم يعد التحدي الرئيسي في التوسع يكمن في تكنولوجيا البنية التحتية نفسها، بل في الافتقار إلى الدعم التنظيمي وقبول السوق، وهما أمران حاسمان لاعتمادها على نطاق واسع. تعمل المعاملات التي تحافظ على الخصوصية ، مع بنيتها التحتية المحسنة ، على إنشاء مجموعات مستخدمين وطرق معاملات وسيناريوهات تطبيق أكثر استهدافا ، تماما مثل الطريقة التي حققت بها تقنية صفر المعرفة تبنيا واسعا.

مع النظر إلى المستقبل ، من المتوقع أن تقلل تكنولوجيا FHE من الفجوة في التجربة بين التبادلات المركزية واللامركزية. يمكن أيضًا أن تساعد تكنولوجيا الخصوصية في الألعاب على السلسلة في معالجة المخاطر الأمنية التي يتعرض لها توليد الأرقام العشوائية. على الرغم من أن الإمكانات للحلول الحافظة للخصوصية كبيرة ، إلا أن قيود الأداء لا تزال تشكل تحديًا. ستستغرق تلبية متطلبات المعاملات عالية التردد على نطاق واسع وقتًا كبيرًا وتنمية مستدامة.