FHE:プライバシー計算の未来の星

FHE(全同態暗号)は、暗号化データ上で直接計算を行うことを可能にする先進的な暗号技術であり、プライバシー保護の下でのデータ処理を実現します。この技術は金融、医療、クラウドコンピューティングなどの複数の分野で広範な応用の可能性がありますが、現時点では計算コストが高く、スケーラビリティが低いなどの課題に直面しており、大規模商用化にはまだ一定の距離があります。

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FHEの基礎

FHEの核心的な考え方は、多項式を使用して元の情報を隠し、計算を回路形式に変換することです。具体的な手順は次のとおりです:

1. 鍵多項式とランダム多項式を選択する
2. 小さな"エラー"多項式を生成する
3. 平文を暗号化する
4. 計算プロセスを回路に変換する

このプロセスでは、安全性を確保するためにノイズが導入されますが、ノイズは計算回数が増えるにつれて蓄積され、最終的には元の文を復元できなくなる可能性があります。この問題を解決するために、いくつかの技術が提案されました。

• キーの切り替え: 圧縮された暗号文ですが、少量のノイズを導入します
• モジュラス切替:ノイズ予算を減少させる
• ブートストラップ:ノイズを初期レベルにリセットする

現在主流のFHEソリューションはBootstrap技術を採用していますが、計算コストは依然として非常に大きいです。

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FHEが直面している課題

FHEの最大の問題は計算効率が非常に低いことです。通常の計算と比較して、FHEの計算コストは数億倍になる可能性があります。このため、DARPAはDPRIVEプログラムを開始し、FHEの計算速度を通常の計算の1/10に引き上げることを目指しています。主に以下のいくつかの側面から取り組んでいます:

1. プロセッサのワードサイズを大きくする
2. 専用ASICプロセッサの開発
3. MIMD並列アーキテクチャの採用

しかし、その計画は進展が遅く、目標にはまだ大きな差があります。

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FHEのブロックチェーンにおける応用

FHEはブロックチェーン分野で主にデータプライバシーを保護するために使用され、適用シーンには次のようなものがあります:

• オンチェーンプライバシー保護
• AIトレーニングデータプライバシー
• ブロックチェーン上の投票プライバシー
• チェーン上の取引審査

FHEは、MEV問題を解決するための潜在的なソリューションの一つと見なされています。しかし、効率の問題から、現在のところブロックチェーンでの応用は依然として限られています。

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主要プロジェクトの紹介

現在のFHE分野の主要なプロジェクトには:

• Zama: TFHEに基づく開発ツールチェーンを提供
• Fhenix:プライバシー優先のLayer 2を構築する
• Privasea:LLMデータコンピューティングに焦点を当てています
• インコネットワーク:fhEVMに基づくレイヤー1の構築
• Arcium:FHE、MPC、およびZKテクノロジーを統合
• マインドネットワーク: Restakingを組み合わせて安全性を提供

その中でZamaはインフラストラクチャプロバイダーとして、複数のプロジェクトに技術サポートを提供しました。

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今後の展望

FHE技術はまだ初期段階にあり、多くの課題に直面していますが、プライバシー保護におけるその可能性は非常に大きいです。より多くの資金と人材の投入、専用チップの開発が進むにつれて、FHEは国防、金融、医療などの分野で深い変革をもたらすことが期待されています。量子コンピューティング時代の到来に伴い、FHE技術の重要性はさらに際立つでしょう。