FHE技术：区块链领域的新兴力量

密码学技术在人类文明进程中扮演着重要角色，尤其在信息安全和隐私保护方面不可或缺。它为各领域的数据传输和存储提供了保护,其非对称加密公私钥体系和哈希函数更是被中本聪创造性地融合,设计出了工作量证明机制,从而推动了比特币的诞生,开启了区块链时代。

随着区块链行业的发展,一系列前沿密码学技术不断涌现,其中零知识证明、多方计算和全同态加密最为瞩目。这些技术在多个场景中得到广泛应用,如零知识证明结合Rollup方案解决区块链扩容问题,多方计算结合公私钥体系推动用户大规模采用。而全同态加密作为加密学圣杯之一,其独特性质使第三方能在不解密的情况下对加密数据进行任意计算,为多个领域带来了新的可能。

FHE概览

FHE是全同态加密的缩写,其核心特性是允许对密文进行计算和操作,这些操作可直接映射到明文上,即保持加密数据的数学属性不变。FHE中的"F"意味着这种同态性达到了全新高度,允许对加密数据进行无限次计算和操作。

实际FHE使用的是一系列复杂的数学算法,对计算资源要求极高。在FHE领域,微软和Zama凭借卓越的开源产品脱颖而出。微软的SEAL是一款支持全同态和部分同态加密的高效C++库。Zama的TFHE则是一个专注高性能全同态加密的C语言库。

FHE的基本操作流程包括:生成密钥、加密数据、进行同态计算、解密结果。其中解密密钥的管理尤为关键,可采用阈值多方安全计算方案来增强安全性。

fhEVM:为FHE打下基础

要在区块链上应用FHE,理想方式是将其封装为通用智能合约代码库。这需要虚拟机支持FHE所需的复杂数学运算指令集。EVM成为了实现FHE的首选,而Zama公司在此领域表现突出。

Zama推出了fhEVM,这是一个支持Solidity实现隐私计算的全同态EVM。fhEVM的核心特性包括:

• 通过预编译合约提供FHE操作支持
• 基于分布式阈值协议的解密机制
• 降低开发门槛的Solidity合约库

fhEVM为区块链应用中的FHE技术提供了坚实基础,但在实际应用中可能还面临诸多挑战。

FHE-Rollups:构建FHE生态

单纯的fhEVM难以独立构成完整生态,需要依托公链架构或Layer2/Layer3方案。Fhenix作为先行者,探索将fhEVM与Rollup技术结合,提出构建FHE-Rollups型Layer2解决方案。

Fhenix采用Optimistic Rollups方案,其技术栈包括:

• Arbitrum Nitro's fraud prover的变种
• 核心库fheOS
• 阈值服务网络(TSN)

Fhenix发布的Fhenix Frontier版本提供了智能合约代码库、Solidity API、开发工具链等。

FHE Coprocessors:Chain-Agnostic解决方案

Fhenix引入Relay模块,使各类公链和Layer2/3网络能接入FHE Coprocessors。通过EigenLayer的Restaking机制,FHE Coprocessors的效率和灵活性得到提升。

FHE Coprocessors的使用流程包括:应用合约调用、Relay排队请求、FHE Rollup执行计算、阈值网络解密、结果回传和验证等步骤。

FHE的应用场景

FHE技术在多个领域展现出广阔前景:

• 隐私保护的全链游戏:加密保障游戏经济交易,防止实时操纵
• DeFi/MEV:保护敏感数据,降低MEV攻击风险
• AI:在保护个人隐私的前提下进行模型训练

FHE生态初期项目

除Zama和Fhenix外,FHE生态中还有一系列值得关注的项目:

• Sunscreen:自研FHE编译器
• Mind Network:结合EigenLayer的FHE网络
• PADO Labs:融合ZKP和FHE的去中心化计算网络
• Arcium:并行机密计算网络
• Inco Network:专注优化FHE计算成本的Layer1
• Treat:Shiba生态的FHE Layer3
• octra:支持隔离执行环境的FHE网络
• BasedAI:为LLM引入FHE功能的网络
• Encifher:围绕FHE开发FHEML
• Privasea:专注AI领域ML推理隐私保护的FHE网络

此外,FHE.org和FHE Onchain等非营利组织为生态提供了宝贵的研究和教育资源。

FHE技术前景光明,随着Fhenix等项目的发展,有望为区块链带来新的创新与活力。