FHE vs MPC vs ZK: So Sánh Mật Mã Bảo Vệ Quyền Riêng Tư

BÀI ĐĂNG TƯƠNG THÍCH*

Nếu bạn đã theo dõi sự tiến hóa của các công nghệ bảo mật Web3, bạn sẽ nhận thấy rằng Mã hóa Đồng dạng Hoàn toàn (FHE) không phải là công nghệ duy nhất. Tính Toán Đa Bên (MPC) và Bằng Chứng Không Tiết Lộ (ZKP hoặc đơn giản là ZK) cũng được sử dụng rộng rãi để bảo vệ dữ liệu nhạy cảm và cho phép tính toán an toàn.

Thật không may, những công nghệ này thường được thảo luận thay thế cho nhau, mặc dù chúng giải quyết các vấn đề khác nhau. Thừa nhận rằng, cả ba đều thuộc lĩnh vực mật mã bảo vệ quyền riêng tư, nghĩa là chúng cho phép sử dụng hoặc xác minh thông tin nhạy cảm mà không tiết lộ dữ liệu gốc. Nhưng cơ chế dựa trên – và các trường hợp sử dụng phù hợp nhất – của chúng lại khác nhau đáng kể.

Hiểu rõ sự khác biệt giữa các công nghệ này sẽ giúp bạn nhận thức rõ lý do tại sao mỗi công nghệ đã tìm thấy vị trí riêng trong không gian blockchain cũng như trong tài chính truyền thống và điện toán đám mây. Có những điều FHE làm tốt nhất. Và còn những điều, như chúng ta sẽ khám phá, phù hợp hơn với MPC hoặc ZKP.

Ba trụ cột của quyền riêng tư

Máy tính hiện đại phụ thuộc nhiều vào việc chia sẻ dữ liệu với bên thứ ba, dù đó là nhà cung cấp đám mây chạy phân tích trên dữ liệu của công ty hay blockchain xác thực các giao dịch và hợp đồng thông minh trên các mạng phi tập trung. Tuy nhiên, mã hóa truyền thống chỉ bảo vệ dữ liệu khi dữ liệu đang được lưu trữ hoặc truyền tải. Ngay khi hệ thống cần sử dụng dữ liệu đó, nó phải được giải mã, tạo ra một điểm tiềm năng lộ dữ liệu.

Mật mã bảo vệ quyền riêng tư cố gắng giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép xác minh hoặc tính toán mà không tiết lộ dữ liệu thô. FHE, MPC và ZKP mỗi phương pháp tiếp cận vấn đề đó theo cách khác nhau, nhưng về mặt tổng thể, chúng hoạt động như sau:

ZKPs: Bằng Chứng Không Tiết Lộ cho phép một bên (người chứng minh) thuyết phục một bên khác (người xác nhận) rằng một tuyên bố là đúng mà không tiết lộ bất kỳ thông tin nào ngoài tính hợp lệ của tuyên bố đó. Trong bối cảnh DeFi, ZKP có thể chứng minh bạn trên 18 tuổi mà không tiết lộ ngày sinh, hoặc chứng minh bạn có đủ tài sản thế chấp cho khoản vay mà không tiết lộ tổng giá trị ròng của bạn.

ZKPs rất xuất sắc trong việc xác thực, nhưng chúng không được thiết kế cho tính toán chung trên dữ liệu ẩn. Bạn đang chứng minh điều bạn đã biết, thay vì yêu cầu máy chủ tính toán điều gì đó cho bạn.

MPC: Tính Toán Đa Bên cho phép một nhóm người cùng tính toán một hàm trên các đầu vào của họ trong khi giữ các đầu vào đó riêng tư khỏi nhau. Không bên nào nhìn thấy toàn bộ dữ liệu. Thay vào đó, dữ liệu được chia thành các “chia sẻ” phân phối cho nhiều người tham gia.

Nếu có điểm hạn chế của MPC, đó là nó đòi hỏi nhiều giao tiếp giữa các bên tham gia. Nếu một người rút lui hoặc mạng chậm, quá trình tính toán có thể bị đình trệ.

FHE: Mã hóa Đồng dạng Hoàn toàn cho phép một bên không đáng tin cậy như nhà cung cấp đám mây hoặc blockchain thực hiện các phép tính trên dữ liệu mã hóa. Khác với MPC, nó không yêu cầu liên tục trao đổi thông tin giữa nhiều bên và khác với ZKP, nó cho phép xử lý và biến đổi dữ liệu thực tế, không chỉ xác minh.

Khả năng này khiến FHE có thể coi là mạnh nhất trong ba công nghệ mật mã được giới thiệu ở đây. Nhược điểm duy nhất của FHE là xử lý dữ liệu mã hóa đòi hỏi nhiều tài nguyên tính toán hơn và do đó tốn kém – nhưng như chúng ta sẽ thấy, các cải tiến về hiệu suất đã giảm đáng kể chi phí này.

Bây giờ hãy đi sâu hơn và xem xét cách từng trụ cột quyền riêng tư này hoạt động lần lượt.

Mã hóa Đồng dạng Hoàn toàn: Tính toán trên Dữ liệu Mã hóa

FHE tiếp cận theo cách trực tiếp nhất bằng cách cho phép thực hiện các phép tính trực tiếp trên dữ liệu mã hóa. Thay vì giải mã thông tin trước khi chạy thuật toán, hệ thống thực hiện các phép toán trên ciphertext. Khi kết quả cuối cùng được giải mã, nó sẽ khớp với kết quả mà nếu các phép tính đó được thực hiện trên dữ liệu gốc.

Các trường hợp sử dụng phổ biến nhất của FHE bao gồm cho phép máy chủ đám mây xử lý dữ liệu tài chính hoặc huấn luyện mô hình học máy. Nhưng khả năng này cũng cực kỳ hữu ích trong Web3, nơi các hợp đồng thông minh có thể thực hiện các giao dịch mà không bao giờ nhìn thấy dữ liệu thô. Ví dụ, trong tài chính phi tập trung, FHE được sử dụng để đảm bảo rằng các vị thế cho vay và mức độ thế chấp vẫn riêng tư trong khi vẫn cho phép các hợp đồng thông minh xác minh khả năng thanh toán và thực thi logic thanh lý.

Ưu điểm chính của FHE là nó cho phép tính toán tùy ý trên dữ liệu mã hóa. Về lý thuyết, bất kỳ chương trình nào cũng có thể chạy trong môi trường này, với duy nhất một sự đánh đổi – như chúng ta đã đề cập – là hiệu suất. Các phép toán đồng dạng vẫn còn tốn kém về mặt tính toán, mặc dù các tiến bộ trong phần cứng chuyên dụng và thuật toán cải tiến đang nhanh chóng thu hẹp khoảng cách đó.

Tính Toán Đa Bên: Chia sẻ công việc

Tính Toán Đa Bên giải quyết vấn đề quyền riêng tư theo một góc độ khác. Thay vì cho phép một máy tính duy nhất tính toán trên dữ liệu mã hóa, MPC phân phối công việc tính toán qua nhiều người tham gia. Mỗi người giữ một phần dữ liệu và không ai trong số họ có đủ thông tin để tái tạo toàn bộ dữ liệu.

Trong Web3, bạn có thể gặp MPC trong bối cảnh quản lý khóa an toàn. Nhiều giải pháp ủy thác tổ chức, ví dụ, sử dụng ví MPC nơi khóa riêng được chia thành nhiều phần trên các thiết bị hoặc máy chủ khác nhau. Việc ký giao dịch đòi hỏi sự hợp tác giữa các phần này, nghĩa là không bên nào giữ toàn bộ khóa.

Khả năng này cũng được sử dụng trong ví người dùng, đảm bảo rằng nếu chủ sở hữu mất quyền truy cập, họ có thể nhờ nhà phát triển ví sử dụng “chia sẻ” của họ để khôi phục quyền truy cập. Tuy nhiên, quan trọng là nhà phát triển không thể dùng phần khóa của mình để kiểm soát ví và số tiền trong đó một cách đơn phương.

Ưu điểm của MPC là tránh được chi phí tính toán nặng nề liên quan đến các công nghệ bảo mật quyền riêng tư khác. Tuy nhiên, nhược điểm rõ ràng nhất của MPC là nó đòi hỏi sự phối hợp giữa nhiều tác nhân. Nếu đủ số người tham gia hợp lực hoặc rút lui khỏi hệ thống, hệ thống có thể thất bại hoặc mất đi các đảm bảo về quyền riêng tư.

Bằng Chứng Không Tiết Lộ: Chứng minh mà không tiết lộ

Bằng Chứng Không Tiết Lộ theo một cách tiếp cận khác. Thay vì cho phép tính toán mã hóa hoặc tính toán phân tán, ZKP cho phép ai đó chứng minh rằng họ biết một tuyên bố đúng mà không tiết lộ dữ liệu gốc làm nền tảng cho tuyên bố đó. Ví dụ cổ điển là chứng minh bạn biết mật khẩu mà không tiết lộ mật khẩu đó.

Một cách hình dung tốt về ZKP là như một chứng chỉ toán học. Thay vì trình bày toàn bộ phép tính, hệ thống tạo ra một bằng chứng mật mã rằng phép tính đã được thực hiện chính xác. Bất kỳ ai cũng có thể xác minh bằng chứng này mà không cần xem dữ liệu đầu vào ban đầu.

Điều này khiến ZKP cực kỳ mạnh mẽ trong xác thực, đặc biệt trong các môi trường yêu cầu minh bạch và không tin cậy. Tuy nhiên, công nghệ này ít phù hợp với tính toán tổng quát phức tạp vì việc tạo chứng cứ cho các chương trình lớn có thể tốn kém về mặt tính toán và thường đòi hỏi thiết kế mạch đặc biệt.

Trong số ba công nghệ quyền riêng tư, ZKP hiện là công nghệ phổ biến nhất trong các hệ thống blockchain, nơi chúng cho phép người dùng chứng minh rằng một giao dịch hợp lệ mà không tiết lộ toàn bộ chi tiết giao dịch. Tính năng này được sử dụng rộng rãi trong các mạng tập trung vào quyền riêng tư và trong các giải pháp mở rộng quy mô gọi là ZK rollups.

Tương lai của Tính Toán Bảo Mật Quyền Riêng Tư

Thay vì cạnh tranh lẫn nhau, FHE, MPC và ZKP được nhìn nhận rộng rãi như các phần của cùng một bộ công cụ, mỗi phần giải quyết một mảnh của câu đố quyền riêng tư lớn hơn.

FHE cho phép tính toán trên dữ liệu mã hóa, MPC cho phép tính toán hợp tác mà không cần tin cậy trung tâm, và ZKP cho phép xác minh mà không cần tiết lộ. Cùng nhau, chúng tạo thành nền tảng cho một mô hình tính toán mới trong đó dữ liệu nhạy cảm có thể giữ quyền riêng tư ngay cả khi đang được xử lý và chia sẻ qua các hệ thống phân tán.

Trong khi ZKP và MPC đã được sử dụng rộng rãi trong Web3 – ZKP để mở rộng Ethereum và MPC để bảo vệ ví – cả hai đều có giới hạn khi nói đến trạng thái chia sẻ. Trong khi đó, FHE cho phép duy trì trạng thái riêng tư toàn cầu, cho phép blockchain tính toán số dư mã hóa mà không cần nhìn thấy chúng.

Khi các công cụ này trưởng thành, sự khác biệt giữa chúng sẽ ít còn quan trọng đối với người dùng cuối. Giống như hầu hết mọi người sử dụng HTTPS mà không hiểu rõ về mật mã phía sau, thế hệ ứng dụng tiếp theo có thể âm thầm dựa vào FHE, MPC và ZKP để giữ dữ liệu của họ riêng tư theo mặc định. Khi điều này xảy ra, thế giới kỹ thuật số sẽ thừa hưởng mức độ quyền riêng tư tương tự như chúng ta đang có trong thế giới vật chất.

*Bài viết này đã được trả phí. Cryptonomist không viết bài hoặc thử nghiệm nền tảng.