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、復号化することなく暗号文に直接計算を行い、その関数の出力の暗号結果を得ることを許可する特別な暗号方案です。データのプライバシーを保護します。静的暗号化や伝送暗号化とは異なり、FHEは暗号文上で複雑な処理を実行でき、複数の当事者が協力するプライバシー保護シナリオに適しています。

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FHEの利点は、その安全性が暗号化アルゴリズムに基づいており、ハードウェアデバイスに依存していないため、サイドチャネル攻撃やクラウドサーバーが攻撃される影響を受けないことです。FHEには一般的な拡張性の問題もありますが、計算の冗長性を通じて回避することができます。

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FHEは通常、いくつかのキーセットを含みます。

1. 復号鍵: メインキー、FHE暗号文を復号するために使用され、外部には送信されません。

2. 暗号化鍵:明文を密文に変換するために使用され、公的鍵モードでは通常公開されています。

3. 鍵の計算: 暗号文に対して同型暗号化操作を行うために使用され、公開することができます。

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FHEにはいくつかの一般的なアプリケーションモデルがあります:

1. アウトソーシングモデル：計算タスクをクラウドサーバ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. 二者の計算モデル: 両者が共同で計算を行うが、各自のプライバシーデータは漏洩しない。

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3. 集約モード:複数のデータを集約して計算を行います。例えば、フェデラルラーニングやオンライン投票などです。

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4. クライアント-サーバーモード: サーバーは複数のクライアントに完全同型暗号化計算サービスを提供します。

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FHEの主要な課題は計算コストが大きいことであり、現在は主にPIRなどの線形計算シーンで使用されています。将来的には専用ハードウェアの発展に伴い、FHEはより多くの分野での応用が期待されています。

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