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La tecnología de privacidad actual garantiza una comunicación y un almacenamiento seguros, cifrando nuestros correos electrónicos durante el tránsito y salvaguardando las bases de datos almacenadas. Sin embargo, acceder a los datos para su procesamiento requiere que primero se descifren. Qué pasaría si se pudiera realizar un procesamiento seguro sin comprometer la privacidad de los datos?

El cifrado totalmente homomórfico (FHE) está experimentando un ascenso meteórico en el mundo de la cryptografia, y no es sólo la última moda diseñada para deslumbrar a los inversores. A diferencia del cifrado tradicional, FHE abre la puerta a casos de uso nuevos e interesantes al permitir el procesamiento de datos sin comprometer la privacidad.

Sumerjámonos!

Fully Homomorphic Encryption (FHE) (FHE) y su importancia

El cifrado totalmente homomórfico o FHE es una técnica de cifrado que permite realizar cálculos sobre datos ya cifrados sin necesidad de descifrarlos primero. WTF?! Digamos que esta capacidad es valiosa para mantener la privacidad y la integridad de los datos en escenarios donde los datos deben procesarse de forma segura.

La idea de FHE fue propuesta inicialmente en 1978 por Rivest, Adleman y Dertouzous (la "R" y la "A" de  RSA ). Aquí puedes descargar el documento original.

FHE es una extensión de la criptografía de clave pública. El cifrado es "homomórfico" porque funciona según el principio de que por cada función realizada en texto no cifrado (texto sin formato), existe una función equivalente para texto cifrado (texto cifrado).

El primer aspecto de FHE es ese, un par de claves: una clave pública y otra privada. La clave pública se utiliza para el cifrado y la clave privada se utiliza para el descifrado en la última etapa del proceso.

Cabe mencionar que durante todo el proceso se deben utilizar técnicas de comunicación segura y que garanticen la privacidad. En esta etapa, muchos proyectos podrían utilizar Zero Knowledge Proofs (ZK Proofs) para compartir datos del propietario original y el servidor, que calcula las operaciones homomórficas con una capa adicional de seguridad.

Entonces las tecnologías FHE y ZK se pueden usar juntas?

Se ha colocado una idea errónea en torno a los conceptos PHE y Zk. Si bien el cifrado totalmente homomórfico y las pruebas ZK comparten el objetivo de preservar la privacidad, sus operaciones son completamente diferentes.

‍ZK Proofs permite a una parte demostrar la autenticidad de ciertos datos a otra parte sin necesidad de revelar la información en sí. Proyectos como Monero y ZCash utilizan Zero Knowledge Proofs para mantener la privacidad de las transacciones.

Por otro lado, FHE permite realizar cálculos sobre datos cifrados, lo que ofrece un mayor nivel de seguridad para una gama más amplia de aplicaciones.

Casos de uso

Algunos casos de uso generales de FHE incluyen:

• Inferencia privada y capacitación: FHE podría usarse para proteger la privacidad tanto del modelo como de los datos (probablemente dentro de 3 a 5 años).

• Búsquedas cifradas: consulta un archivo cifrado y solo ve el resultado de tu consulta - específica sin revelar todo el contenido de la base de datos, también conocido como Recuperación de Información Privada (PIR).

• Cumplimiento de políticas y gestión de identidades: gestión segura de identidades al permitir el procesamiento de datos relacionados con la identidad sin exposición, lo que permite a las organizaciones cumplir con las políticas KYC de los reguladores.

A continuación se muestran algunos casos de uso teóricos de blockchain que FHE podría facilitar:

• Transacciones privadas: el procesamiento de transacciones confidenciales mediante smart contracts, que permite transacciones privadas en dark pools, AMM y gobernanza.

• Mitigación MEV (valor máximo extraíble): FHE podría permitir proponer bloques y ordenar transacciones al mismo tiempo que garantiza la preejecución, la ejecución fallida y la privacidad posterior a la ejecución, ofreciendo una solución potencial para evitar la ejecución anticipada.

• Escalado:  al aprovechar FHE los rollups presenta un enfoque escalable para ejecutar smart contracts privados utilizando la seguridad derivada de Ethereum para las transiciones de estado.

• Blockchains privadas: estados onchain cifrados que se descifran mediante programación mediante consenso utilizando Threshold FHE.

Pero aun es una tecnologia incipiente y tiene desventajas que incluyen mayores requisitos de computación y almacenamiento, problemas de escalabilidad e implementaciones prácticas limitadas.

De hecho, FHE aumenta considerablemente la sobrecarga computacional en comparación con el cifrado tradicional. Dado que ahora los cálculos deben realizarse sobre datos cifrados sin descifrarlos, las operaciones son computacionalmente intensivas.Tampoco ha sido adoptado ampliamente por los proyectos principales, y el cifrado tradicional sigue siendo la técnica preferida debido a su menor complejidad y demandas computacionales.

‍Otro tema interesante que presenta PHE es el concepto conocido como "ruido". Consiste en la acumulación de operaciones sobre datos cifrados. Las operaciones FHE aumentan el ruido y el resultado es que las funciones de descifrado dejarán de funcionar si el ruido supera un determinado valor umbral.

‍FHE aún se encuentra en sus primeras etapas y, si bien el consenso general parece ser que es una tecnología con un enorme potencial, FHE no es posible con Ethereum hoy en día debido al tamaño de los textos cifrados y al costo de cálculo onchain. Se estima que con el ritmo actual de aceleración del hardware, podremos ver aplicaciones en producción para 2025.

Principales protocolos basado en PHE

Mind Network

Mind Network, uno de los pocos proyectos relacionado con esta tecnología que hemos tocado en MBCA, se centra en el cifrado totalmente homomórfico (FHE), anunció que había recaudado 2,5 millones de dólares en financiación inicial de Binance, HashKey, SevenX Ventures y otros. Antes de esto, Mind Network también llegó a la quinta fase de Binance Incubator y fue el único proyecto relacionado con datos seleccionado en esta ronda.

La elección de Mind Network es utilizar el cifrado totalmente homomórfico (FHE) modificado como su tecnología central, que cifra todos los nodos y comportamientos involucrados en la intercción onchain para eliminar el posible problema de punto único de falla.

El concepto clave de Mind Network es un mecanismo de confianza cero, que es más una definición del estado final que la red puede alcanzar. Lo opuesto al mecanismo de confianza cero es el mecanismo de autorización de confianza comúnmente utilizado, como los firewalls y redes de área local más típicos.

Al mismo tiempo, Mind Network también utilizará Arseeding como un servicio de nodo ligero para mejorar la eficiencia de carga de la red. Arseeding puede admitir directamente transacciones de paquetes y wallets compatibles con EVM como Metamask. También puede permitir el pago flexible de tarifas de gas utilizando varios criptoactivos, eliminando procesos interactivos complejos.

Zama

Ya hemos visto que uno de los dilemas en blockchain es mantener la aplicación y los datos del usuario onchain, permitiendo que todos puedan verlos, o mantenerlos de forma privada offchain y perder la componibilidad del contrato.

Gracias a un avance en el cifrado homomórfico, fhEVM de Zama permite ejecutar smart contracts confidenciales sobre datos cifrados, garantizando tanto la confidencialidad como la componibilidad.

La implementación de fhEVM por parte de Zama es a través de un hard fork de Ethereum y actualmente tienen varias herramientas disponibles:

• TFHE-rs: Implementación Pure Rust de TFHE para aritmética booleana y de enteros pequeños sobre datos cifrados

• fhEVM: smart contracts privados en EVM que utilizan cifrado homomórfico

Hay algunos desafíos con el enfoque fhEVM de ZAMA que aún deben mejorarse. Las redes que utilizan fhEVM de ZAMA están limitadas a aproximadamente 2 transacciones FHE por segundo (tps). En comparación con los 15 tps de Ethereum, esto no está muy lejos; sin embargo, será necesario mejorarlo mucho para muchas aplicaciones urgentes.

Escucha a Luis Montero uno de los ingenieros de Zama.

Privasea

Privasea proporciona recursos informáticos distribuidos para las operaciones de FHE con inteligencia artificial. Todo el sistema está respaldado por el ML concreto de ZAMA y el crowdsourcing de incentivos mediante tokens $PRVA.

Phenix

Fhenix, un equipo que trabaja en una “blockchain FHE” modular, planea lanzar su testnet en Q1 2024. También publicaron recientemente su documento técnico sobre FHE-Rollups. También Fhenix recaudó recientemente 7 millones de dólares de Multicoin Capital y otros ventures capital.

Fhenix ya usa una extensión de la máquina virtual Ethereum (EVM) que introduce operaciones sobre datos cifrados mediante cifrado totalmente homomórfico (FHE) con precompilaciones especiales al EVM que permiten cálculos sobre datos cifrados sin necesidad de descifrarlos. Aqui tienes su documentación técnica oficial.

Aquí tienes una entrevista con Guy Itzhaki director ejecutivo de Phenix.

Sunscreen

Sunscreen  es otro proyecto que trabaja activamente en FHE; tienen un compilador FHE basado en Rust que utiliza el esquema BFV con un playground. Han implementado una  prueba de concepto en SepoliaETH.

Inco

Inco Network es un EVM Layer-1, que utiliza cifrado totalmente homomórfico (FHE) para permitir estados confidenciales componibles y operables. El fhEVM (FHE + EVM) permite escribir smart contracts privados y realizar cálculos sobre datos cifrados sin necesidad de descifrarlos. Esta innovación desbloquea una amplia gama de casos de uso con componentes de confidencialidad, como juegos de cartas, DID, votación privada, dark pools, etc, allanando el camino para una nueva era de posibilidades.

sher locked

Los desarrollaodres del proyecto SherLOCKED quedaron finalistas en el hackaton de ETHglobal. Esa es una infraestructura completa construida desde cero para que los desarrolladores pueden utilizar para escribir sus smart contract personalizados capaces de operar con datos cifrados a través de blockchain. Cuando el usuario envía la transacción al smart contract, antes de llamar a la función onchain, primero es cifrada por la red de nodos que utiliza MPC para cifrar los datos y el cifrado llega al SDK.

Luego, el SDK llama a la función de smart contract con datos cifrados como parámetros de función. Por lo tanto, el smart contract opera con datos cifrados. Como ahora los datos cifrados se pasan a los parámetros de la función, los datos visibles onchain son en sí mismos un cifrado.

Básicamente, todas las operaciones de smart contract se realizan con datos cifrados. Además, dado que estas operaciones se realizan con datos cifrados, requieren bastante gas. Para facilitar esta operación, usan la infraestructura informática de zkVM Bonsai.

Conclusiones

La tecnología FHE tiene un gran potencial, especialmente en el contexto de la tecnología blockchain (debido a su transparencia) liderará un cambio de paradigma, redefiniendo el panorama descentralizado. Esto a medio plazo. Entonces eso significa que veremos surgir un nuevo estándar de cifrado de datos en Web3.

Una de las innovaciones más importantes para implementar esta tecnología es el mecanismo FHE-Rollups que permitirá el cálculo cifrado onchain de aplicaciones basadas en Ethereum.

Mantente despierto.

Si te interesa todo lo relacionado con PHE, la tercera conferencia anual de FHE.org sobre cifrado totalmente homomórfico se celebrará junto con Real World Crypto 2024 en Toronto (Canadá) el 24 de Marzo de 2024.

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