完全準同型暗号技術の開発と応用の展望

完全同型暗号化(FHE)は、暗号化されたデータを解読せずに計算することを可能にする先進的な暗号化技術です。この概念は1970年代に遡りますが、2009年にクレイグ・ジェントリーの画期的な研究によって実現可能となりました。

FHEの核心的特徴は同型性であり、暗号文に加算または乗算の演算を行うことは、平文に対して同じ操作を行うことと同等です。部分的同型暗号化や特定の同型暗号化と比較して、FHEは無限回の加算と乗算の演算をサポートし、暗号化されたデータ上で任意の計算を実行できるようにしています。

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ブロックチェーン分野において、FHEはスケーラビリティとプライバシー保護の解決に向けた重要な技術となることが期待されています。それは、透明なブロックチェーンを部分的に暗号化された形式に変換し、スマートコントラクトの制御を保持することができます。一部のプロジェクトは、プログラマーがFHEプリミティブを操作するスマートコントラクトコードを記述できるFHE仮想マシンを開発しています。この方法により、暗号化された支払い、プライバシーゲームなどのユースケースを実現しながら、規制に優しい取引グラフを保持することができます。

FHEは、プライバシーメッセージ検索(OMR)を通じて、既存のプライバシープロジェクトのユーザーエクスペリエンスを改善し、ウォレットクライアントがアクセス内容を公開することなくデータを同期できるようにします。

FHE自体はブロックチェーンのスケーラビリティ問題を直接解決できませんが、それをゼロ知識証明(ZKP)と組み合わせることで、いくつかのブレークスルーがもたらされる可能性があります。検証可能なFHEは計算が正しく実行されることを保証し、ブロックチェーン環境に信頼できる計算メカニズムを提供します。

FHEとZKPは補完的な技術で、それぞれに重点があります。ZKPは検証可能な計算とゼロ知識属性を提供し、FHEは暗号化された共有状態に対して計算を行うことを可能にします。これは許可のないスマートコントラクトプラットフォームにとって重要です。

現在、FHEの開発はZKPより約3〜4年遅れていますが、急速に追いついています。第一世代のFHEプロジェクトはテストを開始しており、メインネットは今年の後半にローンチされる予定です。計算コストは依然としてZKPより高いですが、FHEの大規模採用の潜在能力は非常に大きいです。

FHEが直面している主な課題には、計算効率と鍵管理が含まれます。ブートストラップ操作の計算集約性は、アルゴリズムの改善とエンジニアリングの最適化によって軽減されています。鍵管理に関しては、いくつかのプロジェクトが閾値鍵管理スキームの使用を探求しています。

市場において、複数のスタートアップ企業がFHE関連技術とアプリケーションの開発に積極的に取り組んでいます。

• ZamaはWeb3プロジェクト向けのFHEソリューションを提供しています。TFHE-rsライブラリやfhEVMなどがあります。
• SunscreenはRust関数をFHE関数に変換するオープンソースコンパイラを開発しました。
• Fhenixは機密スマートコントラクトをサポートするEthereum Layer 2を構築しています。
• Inco Networkは、EVMと完全同型暗号化を組み合わせたモジュラー機密計算Layer 1ブロックチェーンを開発しています。

! 完全準同型暗号化(FHE)の進歩と応用

理論、ソフトウェア、ハードウェア、アルゴリズムの継続的な進歩に伴い、完全同型暗号化は今後3～5年内に重要なブレークスルーを実現し、ブロックチェーンとWeb3エコシステムに革命的な変革をもたらすことが期待されています。