FHE技術：區塊鏈領域的新興力量

密碼學技術在人類文明進程中扮演着重要角色，尤其在信息安全和隱私保護方面不可或缺。它爲各領域的數據傳輸和存儲提供了保護,其非對稱加密公私鑰體系和哈希函數更是被中本聰創造性地融合,設計出了工作量證明機制,從而推動了比特幣的誕生,開啓了區塊鏈時代。

隨着區塊鏈行業的發展,一系列前沿密碼學技術不斷湧現,其中零知識證明、多方計算和全同態加密最爲矚目。這些技術在多個場景中得到廣泛應用,如零知識證明結合Rollup方案解決區塊鏈擴容問題,多方計算結合公私鑰體系推動用戶大規模採用。而全同態加密作爲加密學聖杯之一,其獨特性質使第三方能在不解密的情況下對加密數據進行任意計算,爲多個領域帶來了新的可能。

FHE概覽

FHE是全同態加密的縮寫,其核心特性是允許對密文進行計算和操作,這些操作可直接映射到明文上,即保持加密數據的數學屬性不變。FHE中的"F"意味着這種同態性達到了全新高度,允許對加密數據進行無限次計算和操作。

實際FHE使用的是一系列復雜的數學算法,對計算資源要求極高。在FHE領域,微軟和Zama憑藉卓越的開源產品脫穎而出。微軟的SEAL是一款支持全同態和部分同態加密的高效C++庫。Zama的TFHE則是一個專注高性能全同態加密的C語言庫。

FHE的基本操作流程包括:生成密鑰、加密數據、進行同態計算、解密結果。其中解密密鑰的管理尤爲關鍵,可採用閾值多方安全計算方案來增強安全性。

fhEVM:爲FHE打下基礎

要在區塊鏈上應用FHE,理想方式是將其封裝爲通用智能合約代碼庫。這需要虛擬機支持FHE所需的復雜數學運算指令集。EVM成爲了實現FHE的首選,而Zama公司在此領域表現突出。

Zama推出了fhEVM,這是一個支持Solidity實現隱私計算的全同態EVM。fhEVM的核心特性包括:

• 通過預編譯合約提供FHE操作支持
• 基於分布式閾值協議的解密機制
• 降低開發門檻的Solidity合約庫

fhEVM爲區塊鏈應用中的FHE技術提供了堅實基礎,但在實際應用中可能還面臨諸多挑戰。

FHE-Rollups:構建FHE生態

單純的fhEVM難以獨立構成完整生態,需要依托公鏈架構或Layer2/Layer3方案。Fhenix作爲先行者,探索將fhEVM與Rollup技術結合,提出構建FHE-Rollups型Layer2解決方案。

Fhenix採用Optimistic Rollups方案,其技術棧包括:

• Arbitrum Nitro's fraud prover的變種
• 核心庫fheOS
• 閾值服務網路(TSN)

Fhenix發布的Fhenix Frontier版本提供了智能合約代碼庫、Solidity API、開發工具鏈等。

FHE Coprocessors:Chain-Agnostic解決方案

Fhenix引入Relay模塊,使各類公鏈和Layer2/3網路能接入FHE Coprocessors。通過EigenLayer的Restaking機制,FHE Coprocessors的效率和靈活性得到提升。

FHE Coprocessors的使用流程包括:應用合約調用、Relay排隊請求、FHE Rollup執行計算、閾值網路解密、結果回傳和驗證等步驟。

FHE的應用場景

FHE技術在多個領域展現出廣闊前景:

• 隱私保護的全鏈遊戲:加密保障遊戲經濟交易,防止實時操縱
• DeFi/MEV:保護敏感數據,降低MEV攻擊風險
• AI:在保護個人隱私的前提下進行模型訓練

FHE生態初期項目

除Zama和Fhenix外,FHE生態中還有一系列值得關注的項目:

• Sunscreen:自研FHE編譯器
• Mind Network:結合EigenLayer的FHE網路
• PADO Labs:融合ZKP和FHE的去中心化計算網路
• Arcium:並行機密計算網路
• Inco Network:專注優化FHE計算成本的Layer1
• Treat:Shiba生態的FHE Layer3
• octra:支持隔離執行環境的FHE網路
• BasedAI:爲LLM引入FHE功能的網路
• Encifher:圍繞FHE開發FHEML
• Privasea:專注AI領域ML推理隱私保護的FHE網路

此外,FHE.org和FHE Onchain等非營利組織爲生態提供了寶貴的研究和教育資源。

FHE技術前景光明,隨着Fhenix等項目的發展,有望爲區塊鏈帶來新的創新與活力。