Criptografia Homomórfica
Adaptado para português de: https://blog.chain.link/homomorphic-encryption/
A tecnologia de criptografia atual é incrivelmente valiosa. Ela sustenta a Internet, está no coração da Web3 e capacita os indivíduos a proteger as suas informações pessoais. No entanto, os esquemas de criptografia tradicionais têm uma grande limitação — os dados precisam de ser descriptografados antes de serem analisados e computados. Naturalmente, descriptografar dados privados e expô-los a terceiros prejudica os motivos que nos levaram a criptografar dados em primeiro lugar.
A criptografia homomórfica supera essa limitação permitindo que os dados encriptados sejam computados, o que significa que podemos obter provedores de serviços em nuvem ou serviços baseados na Web para computar os dados sem nunca ter que expor-los a estes serviços. Para organizações e indivíduos que valorizam a privacidade dos dados, a criptografia homomórfica é definida para permitir níveis muito mais altos de funcionalidade, sem comprometer a segurança.
O Que é Criptografia Homomórfica?
A criptografia homomórfica é uma técnica criptográfica que permite que cálculos sejam executados em dados criptografados, sem a necessidade de descriptografia. Isto significa que os dados brutos podem permanecer totalmente criptografados enquanto são processados, manipulados e executados por vários algoritmos e análises. Isso permite que os dados sejam mantidos privados enquanto são compartilhados com terceiros no processo de computação. Dado que os métodos de criptografia atuais não podem executar cálculos em dados criptografados, a criptografia homomórfica é definida para desbloquear muitos casos de uso interessantes.
Por que a criptografia homomórfica é tão transformadora? Imagine que queremos usar um serviço que testa o seu genoma para identificar fatores de risco para doenças genéticas. Com a maioria das plataformas de hoje, você daria a um terceiro acesso completo ao seu DNA, juntamente com as condições médicas que você pode ter ou estar em alto risco. A criptografia homomórfica permitir que você acesse todos os benefícios desse serviço sem ter que expor uma única sequência de seus dados pessoais de genoma.
Embora a criptografia homomórfica tenha sido idealizada em 1978 por Rivest, Adleman e Dertouzos, foi somente em 2009 que ela foi totalmente construída — um feito alcançado por um brilhante vencedor da MacArthur Fellowship e cientista da computação chamado Craig Gentry. Veja como Gentry descreveu a criptografia homomórfica, fazendo uma analogia ao uso de luvas especiais que permitem manipular objetos trancados dentro de uma caixa preta:
“Qualquer pessoa pode meter a mão dentro das luvas e manipular o que está dentro da caixa trancada. Não se pode retirar o conteúdo, mas é possível manipulá-lo e processá-lo … Quando terminada a manipulação, a pessoa com a chave secreta tem de abrir a caixa — e só esta pode extrair o produto acabado de lá.”
Casos de Uso de Criptografia Homomórfica
Inteligência Artificial Segura/Machine Learning
Os algoritmos AI/ML podem ser treinados em dados confidenciais sem que os dados brutos sejam expostos. Esta privacidade de dados garantida pode dar a grandes populações de indivíduos a confiança e a segurança necessárias para compartilhar seus dados com projetos de IA, fornecendo-lhes grandes volumes de dados brutos necessários para executar algoritmos de IA com impacto no mundo real.
Imagine um Médico-Pesquisador que deseja acessar dados de pacientes de um hospital para poder executar um algoritmo de IA que identifique o tratamento ideal para uma forma rara de cancro. Infelizmente, o hospital não pode compartilhar esses dados porque violaria os padrões de privacidade. No entanto, os dados criptografados poderiam ser enviados para o pesquisador, permitindo que este identificasse o tratamento ideal para a doença, mantendo os dados individuais do paciente completamente privados.
Computação na Cloud Segura
Os métodos tradicionais de computação baseados em Cloud exigem acesso a dados não criptografados para realizar cálculos, o que expõe dados confidenciais a operadores de serviços de Cloud e a qualquer agente mal-intencionado que intercepte a rede. Com a criptografia homomórfica, os servidores em Cloud podem computar diretamente nos dados criptografados e retornar os resultados criptografados ao proprietário dos dados, que pode descriptografá-los localmente.
Conformidade Regulatória
Os regulamentos de privacidade de dados, como o GDPR, criaram desafios de privacidade para empresas em todo o mundo. A criptografia homomórfica pode expandir a capacidade de uma empresa em fornecer serviços online aos cidadãos, atendendo aos requisitos regulamentares e protegendo os dados do usuário.
Voto Seguro
Os eleitores podem votar com segurança sem necessidade de revelar em quem votaram. Deste modo, seria possível tornar as eleições mais justas e transparentes, e a maior privacidade poderia encorajar a participação dos eleitores. Um esquema de criptografia Paillier simples — um tipo de criptografia parcialmente homomórfica — poderia ser usado para somar os votos de forma a mantê-los secretos e permitir que terceiros verifiquem a precisão da contagem de votos.
Segurança na Supply Chain (Cadeia de Suprimento)
Muitas empresas têm de compartilhar dados confidenciais com fornecedores e outros terceiros para que possam coordenar as suas cadeias de suprimentos e operações. Mesmo que esses terceiros nunca ajam de forma maliciosa, a exposição de dados brutos a um sistema de software da cadeia de suprimentos cria um vetor de ataque. A criptografia homomórfica pode ajudar as empresas a mitigar esses riscos usando dados criptografados nos sistemas de back-end, que podem computar as ações necessárias exigidas por terceiros sem nunca expor dados confidenciais.
Tipos de Criptografias Homomórficas
Criptografia Parcialmente Homomórfica
O tipo mais simples, a criptografia parcialmente homomórfica, permite que adições ou multiplicações sejam realizadas nos dados criptografados, mas não ambos. É possível calcular o produto ou a soma de um conjunto de dados.
Criptografia um tanto homomórfica
A criptografia um tanto homomórfica permite que operações de adição e multiplicação sejam executadas nos dados criptografados, embora com algumas limitações. Especificamente, o número de operações que podem ser executadas é limitado e a precisão do cálculo pode diminuir à medida que mais operações são executadas. Esse esquema pode ser útil para avaliar funções simples ou realizar análises estatísticas básicas.
Leveled Fully Homomorphic Encryption
Um esquema mais avançado, o nível de criptografia totalmente homomórfica, pode executar um número arbitrário de cálculos em dados criptografados, desde que tenha uma sequência predefinida de cálculos a serem especificados com antecedência. Pode ser usado para cálculos complexos, como algoritmos de aprendizado de máquina (ML) e computação multipartidária segura (MPC).
Criptografia totalmente homomórfica
O tipo mais avançado, o FHE, permite que qualquer número de cálculos seja executado em dados criptografados sem uma sequência ou limite predefinido. Qualquer cálculo em dados de texto simples, incluindo ML e MPC, pode ser avaliado. No entanto, os esquemas FHE são atualmente caros a nível de computação, tornando-os impraticáveis para muitos casos de uso.
Conclusão
O impacto de uma nova tecnologia aumenta exponencialmente quando combinada com inovações igualmente transformadoras. Por exemplo, blockchains ganharam muito mais funcionalidade com a introdução de contratos inteligentes, e adicionalmente as redes de oráculos abriram novos espaços de inovação em DeFi, NFTs e seguros, e agora as provas de conhecimento zero (zero-knowledge proof) estão ajudando a escalar o ecossistema Web3 para suportar centenas de milhões de usuários.
A criptografia homomórfica não só desbloqueia muitos casos de uso empolgantes, como reune duas das tecnologias mais transformadoras do mundo atual: Web3 e IA. As redes Oracle podem desempenhar um papel fundamental ao permitir que algoritmos de IA calculem dados criptografados armazenados em blockchains de maneira segura, confiável e descentralizada. Embora seja necessária uma pesquisa mais aprofundada sobre criptografia homomórfica para tornar a criptografia totalmente homomórfica mais económica e escalável, a criptografia homomórfica já está aprimorando a privacidade e a segurança dos dados, e essa tendência deve continuar.
