رمزنگاری کاملا همومورفیک (FHE) چیست؟

افراد و شرکت‌ها هر روز حجم عظیمی از اطلاعات حساس خود را در اختیار سرویس‌های ابری، پلتفرم‌های تحلیلی و سیستم‌های هوش مصنوعی قرار می‌دهند؛ اما سؤال مهم این است که چطور می‌توان به یک سیستم خارجی اجازه داد روی داده‌ها کار کند، بدون آن‌که خود داده‌ها را ببیند؟ برای ملموس شدن موضوع، فرض کنید بیمارستانی می‌خواهد اطلاعات پزشکی بیماران را برای تحلیل آماری به یک سرویس ابری بسپارد. در روش‌های معمول، داده‌ها باید قبل از پردازش رمزگشایی شوند و این یعنی اطلاعات حساس بیماران باید به‌صورت قابل‌مشاهده در اختیار سیستم قرار گیرد. راه‌حل این مسئله مفهومی به نام رمزنگاری کاملا همومورفیک (Fully Homomorphic Encryption) است. برخلاف روش‌های سنتی که در آن‌ها «کار کردن با داده» مستلزم رمزگشایی اطلاعات است، رمزنگاری FHE این امکان را فراهم می‌کند تا محاسبات و تحلیل‌ها مستقیما روی داده‌های رمزگذاری‌شده انجام شوند، بدون آن‌که در هیچ مرحله‌ای محتوای داده‌ها قابل دیدن باشند. در این مطلب از میهن بلاکچین قرار است ببینیم رمزنگاری کاملا همومورفیک (FHE) چیست، چطور کار می‌کند، مزایا و ویژگی‌های آن چیست و در چه مواری کاربرد دارد.

رمزنگاری کاملا همومورفیک (FHE) چیست؟

رمزنگاری کاملا همومورفیک (Fully Homomorphic Encryption یا FHE) نوع خاصی از فناوری رمزنگاری است که به رایانه‌ها اجازه می‌دهد اطلاعات رمزگذاری‌شده را «بدون دیدن محتوای داده» پردازش کنند. به بیان ساده، شما می‌توانید داده‌های محرمانه خود را به یک سرور ابری یا شرکت ثالث ارسال کنید و آن‌ها می‌توانند عملیاتی مانند تحلیل الگوها یا اجرای برنامه‌ها را روی این داده‌ها انجام دهند، بدون اینکه بدانند این اطلاعات دقیقاً چه چیزی هستند.

در روش‌های رمزنگاری سنتی، داده‌ها هنگام ذخیره‌سازی و انتقال محافظت می‌شوند؛ اما موقع پردازش باید رمزگشایی شوند. این مرحله، همان جایی است که داده‌ها در معرض خطراتی مانند هک شدن یا افشای ناخواسته قرار می‌گیرند. در روش رمزنگاری کاملا همومورفیک داده‌ها در تمام مراحل، از ذخیره‌سازی گرفته تا پردازش و تحلیل، رمزگذاری‌شده باقی می‌مانند. همین ویژگی باعث می‌شود رمزنگاری FHE سطح امنیت بالاتری نسبت به مدل‌های رمزنگاری سنتی ارائه دهد و یکی از مهم‌ترین فناوری‌ها برای آینده حریم خصوصی داده‌ها به شمار رود.

رمزنگاری کاملا همومورفیک چطور کار می‌کند؟

اساس کار رمزنگاری کاملا همومورفیک، تبدیل داده‌ها به یک کد محرمانه یا متن رمزنگاری‌شده (Ciphertext) است که همچنان می‌توان روی آن محاسبات ریاضی انجام داد. هنگامی که نتیجه محاسبات انجام‌شده روی داده‌های رمزگذاری‌شده بازگردانده و رمزگشایی می‌شود، عینا همان پاسخی به دست می‌آید که اگر محاسبات مستقیماً روی داده‌های خام انجام شده بود. به عبارت ساده‌تر، سیستم روی «داده‌های قفل‌شده» کار می‌کند و در نهایت خروجی درست را تحویل می‌دهد، بدون اینکه در هیچ مرحله‌ای خودِ داده‌ها باز شوند. به‌لطف این قابلیت کاربران و سازمان‌ها می‌توانند کارهای زیر را انجام دهند:

• داده‌های رمزگذاری‌شده را در زیرساخت‌های هیبریدی و چندابری ذخیره و با دیگران به اشتراک بگذارند.
• عملیات پیچیده‌ای مانند تحلیل‌های پیش‌بینی‌کننده یا اجرای مدل‌های هوش مصنوعی را روی مجموعه داده‌های‌ رمزگذاری‌شده انجام دهند.
• کاربران می‌توانند مطمئن باشند که نه ارائه‌دهندگان سرویس‌های ابری، نه دولت‌ها و نه هکرها به اطلاعات حساس‌‌شان به‌صورت متن خام دسترسی نخواهند داشت.

ویژگی‌های کلیدی رمزنگاری کاملا همومورفیک چیست؟

از مهم‌ترین ویژگی‌های رمزنگاری FHE می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

• ترکیب‌پذیری و تعامل‌پذیری

رمزنگاری کاملا همومورفیک از «حریم خصوصی ترکیب‌پذیر» پشتیبانی می‌کند؛ به این معنا که محاسبات رمزگذاری‌شده می‌توانند بین سیستم‌ها و پلتفرم‌های مختلف با هم ترکیب شوند، بدون اینکه قابلیت همکاری آن‌ها از بین برود. این ویژگی، رمزنگاری FHE را برای کاربردهایی مانند بلاکچین بسیار مناسب می‌کند؛ چراکه حریم خصوصی برنامه‌پذیر آنچین را می‌توان به‌صورت یکپارچه میان چندین پروتکل و سرویس مختلف اجرا کرد.

• مقاومت در برابر فناوری کوانتومی

طرح‌های FHE بر پایه فرضیات رمزنگاری مشبک (Lattice-based) ساخته می‌شوند و به همین دلیل در برابر تهدیدات محاسبات کوانتومی مقاوم هستند. این موضوع باعث می‌شود یک زیرساخت امنیتی آینده‌نگر ایجاد شود و داده‌های رمزگذاری‌شده حتی در دوران پساکوانتوم نیز امن باقی بمانند.

• قابلیت راستی‌آزمایی عمومی

رمزنگاری کاملا همومورفیک این امکان را فراهم می‌کند که هر کسی بتواند صحت محاسبات انجام‌شده روی داده‌های رمزگذاری‌شده را بررسی کند، بدون آن‌که خود داده‌ها فاش شوند. این ویژگی نقش مهمی در ایجاد اعتماد در سیستم‌های غیرمتمرکز و بدون مجوز از جمله شبکه‌های بلاکچینی دارد.

مزایای رمزنگاری کاملا همومورفیک چیست؟

رمزنگاری FHE نسبت به روش‌های سنتی مزایایی دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتنداز:

• افزایش حریم خصوصی داده‌ها: اطلاعات حساس در تمام مراحل رمزگذاری‌شده باقی می‌مانند و ریسک افشای داده در زمان پردازش به حداقل می‌رسد.
• امنیت بدون نیاز به اعتماد: لازم نیست به ارائه‌دهنده خدمات ابری یا طرف‌های ثالث اعتماد کامل داشته باشید؛ زیرا داده‌های شما برای آن‌ها غیرقابل خواندن است.
• رعایت مقررات و قوانین: به شرکت‌ها کمک می‌کند تا قوانین سخت‌گیرانه‌ای را در مورد حفاظت از داده‌های شخصی و حساس رعایت کنند.
• امکان‌پذیر شدن کاربردهای پیشرفته: رمزنگاری FHE به اجرای امن هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و تحلیل داده‌های کلان‌ روی دیتاست‌های رمزگذاری‌شده که پیش‌تر به دلیل نگرانی‌های حریم خصوصی قابل استفاده نبودند، کمک می‌کند.

کاربردهای عملی رمزنگاری FHE چیست؟

• خدمات مالی

رمزنگاری کاملا همومورفیک امکان اجرای تحلیل‌های پیش‌بینی‌‌کننده مانند شناسایی تقلب، مدل‌سازی ریسک اعتباری و پیش‌بینی سرمایه‌گذاری را به‌صورت رمزگذاری‌شده فراهم می‌کند. این فناوری به مؤسسات مالی اجازه می‌دهد ضمن رعایت قوانین حریم خصوصی، داده‌های حساس خود را برای آنالیز به اشتراک بگذارند.

• سلامت و علوم زیستی

بیمارستان‌ها و مراکز تحقیقاتی می‌توانند داده‌های آزمایش‌های بالینی و پرونده‌های سلامت را به‌صورت امن روی پلتفرم‌های ابری پردازش کنند، بدون آنکه اطلاعات بیماران افشا شود. این موضوع سرعت تحقیقات را افزایش می‌دهد و اشتراک‌گذاری داده‌ها را تحت کنترل‌های سخت‌گیرانه حریم خصوصی امکان‌پذیر می‌کند.

• خرده‌فروشی و خدمات مصرف‌کننده

فروشگاه‌ها می‌توانند تحلیل رفتار مشتریان و حتی جست‌وجوهای کاربران را به‌صورت رمزگذاری‌شده انجام دهند. در این روش ضمن بهره‌برداری از داده‌ها و ایجاد ارزش اقتصادی، اطلاعات حساس مشتریان محفوظ می‌ماند و حریم خصوصی آن‌ها خدشه‌دار نمی‌شود.

• خدمات دولتی و عمومی

دولت‌ها می‌توانند داده‌های شهروندان و همکاری‌های بین‌سازمانی را با امنیت بالا و حتی روی بلاکچین مدیریت کنند. در این رویکرد ضمن حفظ حریم خصوصی در حوزه‌هایی مانند سلامت، مالیات و احراز هویت، قابلیت نظارت، حسابرسی و انطباق با مقررات نیز به‌قوت خودش باقی می‌ماند.

جمع‌بندی

رمزنگاری کاملا همومورفیک (FHE) را می‌توان یکی از مهم‌ترین نقاط عطف در دنیای امنیت داده و رمزنگاری دانست. این فناوری نشان می‌دهد که برای استفاده از داده‌های حساس، دیگر لازم نیست آن‌ها را در معرض دید قرار دهیم. داده‌ها می‌توانند حتی زمانی که در حال پردازش هستند، کاملا محرمانه باقی بمانند؛ آن هم در محیط‌هایی که کنترل کامل آن‌ها در اختیار ما نیست.

با دیجیتالی‌تر شدن جهان و سخت‌گیرانه‌تر شدن قوانین مرتبط با حریم خصوصی، نیاز به راهکارهایی مانند رمزنگاری FHE هر روز پررنگ‌تر می‌شود. برای ملموس‌تر شدن این آینده، کافی است به مثال‌هایی که هر روز با آن‌ها سروکار داریم، فکر کنیم. به‌طور مثال، تصور کنید یک پروتکل دیفای بتواند روی داده‌های مالی کاربران مانند موجودی، استراتژی معاملاتی یا تاریخچه تراکنش‌ها محاسبات پیچیده انجام دهد، بدون اینکه این اطلاعات برای نودها، اعتبارسنج‌ها یا حتی خود پروتکل قابل مشاهده باشد. نتیجه محاسبه شفاف و قابل راستی‌آزمایی است؛ اما خود داده‌ها برای همیشه محرمانه می‌مانند.

رمزنگاری کاملا همومورفیک گامی به‌سوی اینترنتی است که در آن حریم خصوصی به‌جای یک قابلیت اضافه، به بخش جدانشدنی زیرساخت تبدیل می‌شود. آینده‌ای که در آن داده‌ها به‌صورت پیش‌فرض امن هستند.