完全準同型暗号化: 概要と適用シナリオ

完全同型暗号化(FHE)は、暗号文に対して直接関数計算を行うことを許可する特殊な暗号化技術です。従来の静的暗号化や転送中の暗号化とは異なり、FHEは暗号化データに対して複雑な処理が必要な多者協力シーンに適しています。

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FHEの典型的な応用はオンライン投票システムです。投票者は暗号化された投票を提出し、中間主体は直接暗号文に対して集計を行い、最終結果を得た後に解読して公表します。これにより、各投票者の投票明文に接触する必要がありません。これにより、従来の暗号化スキームで全データを解読して処理する必要があるプライバシーの問題が回避されます。

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FHE通常は三種類の鍵を含みます:

1. 復号鍵: 主鍵、FHE暗号文を復号するために使用され、通常はユーザーがローカルで保管します。

2. 暗号化鍵: 明文を密文に変換するために使用され、公鍵モードでは公開可能です。

3. 秘密鍵の計算: 暗号文に対して同型暗号化演算を行うために使用され、公開することはできますが、復号には使用できません。

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FHEの典型的な応用パターンには次のものが含まれます:

1. アウトソーシングモデル: センシティブデータの計算タスクをクラウドサービスプロバイダーにアウトソーシングし、データプライバシーを保護します。

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2. 両者の計算モード: 両者はそれぞれ秘密データを保持し、完全同型暗号化を通じて共同計算を行う。

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3. 集約モード:複数のデータを集約して計算する。例えば、フェデラル学習、オンライン投票など。

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4. クライアント-サーバーモード: サーバーはプライベートAIモデルを提供し、クライアントは暗号化データを提出して処理します。

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FHEの安全性は暗号化アルゴリズムに基づいており、ハードウェア環境には依存していません。しかし、現在、FHEの計算コストは大きいため、実際のアプリケーションにはさらなる最適化が必要です。将来的には、専用ハードウェアの発展に伴い、FHEはより多くのプライバシー計算シーンでの利用が期待されています。

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