密碼學技術在人類文明和預防犯罪中扮演重要角色，特別是中本聰創意融合密碼學技術設計出比特幣，開啟了區塊鏈產業新時代。區塊鏈產業中不斷湧現零知識證明、多方計算和全同態加密貨幣等技術，應用廣泛。全同態加密貨幣FHE允許對加密貨幣資料進行任意計算操作，解決隱私計算難題。微軟和Zama開發的FHE庫為持續發展提供了支援。 fhEVM是區塊鏈應用中的關鍵元件，Fhenix則探索FHE-Rollups建構先進的解決方案。 FHE在全鏈遊戲、DeFi和AI等領域具有廣闊應用空間，並展望FHE的未來充滿創新活力。
作者：Ray
前言
過去，密碼學技術在人類文明進步和預防犯罪中發揮了重要作用，尤其在資訊和隱私保護領域發揮了不可替代的作用。它不僅為各領域服務提供者提供了不可替代的保護，而且它的非對稱加密貨幣公私密鑰體系和哈希函數，更重要的是在2008年由中本聰進行創造性地融合，設計出了解決雙花問題的工作量證明機制，從而推動了比特幣這一革命性數位貨幣的誕生，並開啟了區塊鏈產業的新時代。
隨著區塊鏈產業的不斷演進和快速發展，一系列的密碼技術不斷浮現，其中零知識證明（ZKP）、多方計算（MPC）和全同態加密貨幣（FHE）等最為突出。這些技術在多個場景中得到了廣泛的應用，如ZKP結合Rollup方案解決區塊鏈的「不可能三角」問題，MPC結合公私金鑰體系推動用戶入口的大規模應用（Mass Adoption）。至於被視為加密貨幣學聖杯之一的全同態加密貨幣FHE，其獨特的特性使得第三方能夠在不解密的情況下，對加密貨幣資料進行任意次數的計算和操作，從而實現可組合的鏈上隱私計算，為多個領域和場景帶來了新的可能。
快速概覽FHE
當我們提到FHE（全同態）時，我們可以先了解其名稱背後的含義。首先，HE代表同態技術，其核心特性在於允許加密貨幣進行計算和操作，而這些操作能夠轉換為明文，即保持資料的數學屬性不變。而FHE中的「F」則意味著這種同態性達到了全新的高度，允許對資料進行次的計算和操作。
為了幫助理解，我們選用各種線性函數作為加密貨幣演算法，並且結合單次操作說明演算法同態和乘法同態。當然，實際FHE使用的是一系列較為流行的數學演算法，並且，這些演算法對於計算資源（CPU和記憶體）要求極高。
儘管FHE 的數學原理很複雜，但在這裡我們不會對內容做太多的闡述。值得一提的是，在同態的領域中，除了FHE 之外，還有一些同態處理方式不同。它們的區別在於支援的操作類型和允許的運算量不同，但為了保持內容的簡潔性，我們在這裡不做任何討論。
在FHE 產業中，儘管有不少知名企業參與研究和開發，不過，微軟和Zama 憑藉他們卓越的開源產品（程式碼庫），凸顯了他們卓越的可用性和影響力。他們為開發者提供了穩定且我們的FHE 實現，這些貢獻使得FHE 技術的持續發展和廣泛應用。
微軟的SEAL：由微軟研究院精心打造的FHE庫，不僅支援全同加密貨幣，也相容於部分同加密貨幣。 SEAL作為一個C++接口，並整合了眾多的演算法與技術，提升了運算效能與效率。
Zama 的TFHE：是一個致力於高效能、全態加密的開源函式庫。 TFHE 透過C 語言介面提供服務，並運用一系列先進最佳化的技術和演算法，旨在實現更快速的運算速度和更低的資源消耗。
依照最簡化的想法，體驗FHE的操作流程大致如下：
產生金鑰：使用FHE 庫/ 框架產生一對公私金鑰。 加密貨幣資料：使用公鑰對需要進行FHE 計算處理的資料進行加密。 進行同態計算：利用FHE 函式庫提供的同態計算功能，對加密貨幣資料執行各種計算操作，例如加法、乘法等。 結果：當需要查看計算結果時，合法的使用者使用私鑰對計算結果進行操作。
在FHE的實務中，解密金鑰的管理方案（產生、流轉和使用等）尤其關鍵。由於特定時刻和場景下需要解密金鑰，因此我們拒絕使用，解密金鑰可確保加密貨幣資料和防火牆的安全。關於解密金鑰的管理，其方案與傳統金鑰管理有許多相似之處，但鑑於FHE的專業知識，也可以設計更為嚴謹和更易於理解的策略。
對於區塊鏈而言，由於其去中心化、透明化和不可破解等特性，引入閾值的多方安全計算（Threshold Multi-Parts Computation，TMPC）是極具潛力的選擇。這種方案允許多個參與者共同管理和解密金鑰，達到預設的閾值數量（即參與者數量）時，才能成功解密資料。這樣不僅能夠提高金鑰管理的安全性，還能降低單一節點被攻破的風險，為區塊鏈應用提供了面向未來的解決方案。
底層的fhEVM
從最小侵入性角度出發，實現FHE 在區塊鏈上的應用，最理想的方式是將其封裝為通用的智慧合約程式碼庫，以確保輕巧且複雜。然而，此方案的前提是智慧合約虛擬機器必須預先支援FHE 所需的複雜數學運算和加密貨幣操作相同的指令集。如果虛擬機器無法滿足這些要求，則必須深入虛擬機器核心架構進行客製化和改造，以適應FHE 演算法的需求，從而實現其無縫整合。
作為一個被廣泛採用且經過長時間驗證的虛擬機，EVM 自然而然地能夠實現FHE 的首選。然而，在這個領域的實踐者寥寥無幾，其中，我們再次注意到開源TFHE 的Zama 公司。原來，Zama 不僅提供了基礎的TFHE 庫，而且作為一家在全球將FHE 技術應用於人工智慧和區塊鏈領域的科技公司，還推出了兩款重要開源產品：Concrete ML 和fhEVM。 Concrete ML 沿襲了機器學習隱私計算的概念。透過Concrete ML，資料科學家和ML 從業者可以在保護隱私的前提下，對敏感資料進行機器學習模型的訓練和推斷，從而有效地利用資源而無需擔心隱私洩露。另一款產品fhEVM 充實支援Solidity 實現隱私運算的全同態EVM。
透過閱讀fhEVM 的資料，我們了解到fhEVM 的核心特性是：
fhEVM：在非EVM字節碼平台上，以內嵌函數形式，透過整合Zama開源FHE庫的多個不同狀態的預編譯合約，提供了FHE的一些實際支援。另外，專為FHE打造了一片特定的EVM記憶體和儲存區域，用於儲存、讀寫和驗證FHE的金鑰； 基於分散式閾值協定設計解密機制：支援在多個使用者和多個合約之間混合加密的全域FHE金鑰和鏈上儲存加密貨幣、多個驗證者之間以閾值多方共享解密金鑰的非同步加密貨幣機制；降低開發者使用門檻的Solidity 合約庫：設計了FHE 的加密貨幣類型、操作類型、解密呼叫和加密貨幣輸出等；
Zama 的fhEVM 是區塊鏈應用中FHE 技術提供的起點，但考慮到Zama 主要專注於技術研發，其解決方案更偏向於技術層面，而在工程落地和商業應用方面的思考相對較新。因此，fhEVM 在推向實際應用的過程中，可能會遭遇各種不願意以外的挑戰，包括但不限於技術門檻和效能優化等問題。
建構生態的FHE-Rollups
單純的fhEVM 本身並不能單獨構成一個專案或完整的生態體系，它更像是以太坊生態系統中的一個客戶端。若要以獨立專案建立，fhEVM 必須依託公鏈層級的架構或採用Layer2/Layer3 的解決方案。 FHE 公鏈的發展方向不可避免地要解決如何減少FHE 計算資源在分散式驗證者節點之間的廢棄和浪費。相反，本身作為公鏈執行層存在的Layer2 / Layer3 方案可以將計算工作分配到少數節點，極大減少計算位元組的數量。正因如此，Fhenix 作為先驅者，積極探索將fhEVM 與Rollup 技術結合，提出建構先進的FHE-Rollups 型Layer2 解決方案。
考慮到ZK Rollups 技術涉及流行的ZKP 機制，並且需要龐大的計算資源來產生驗證所需的證明，結合全FHE 本身的特性，直接實現基於ZK Rollups 的FHE-Rollups 方案將面臨諸多的挑戰。因此，在目前階段，相較於ZK Rollups，採用Optimistic Rollups 方案來作為Fhenix 的技術選擇會更為實際且有效率。
Fhenix 的技術主要包括以下幾個關鍵元件：Arbitrum Nitro 的詐欺證明器，它可以在WebAssembly 進行詐欺證明，因此，FHE 邏輯可以先編譯成WebAssembly 進行安全運作。核心庫fheOS 提供了將FHE 邏輯整合到智能合約中所需的所有功能。閾值服務網路（TSN）是另一個重要元件，它託管著秘密共享的社交網路金鑰，使用特定演算法的秘密共享技術將其分割成多份來確保安全性，在必要時，負責解密資料等任務。
基於上述的技術，Fhenix開發了公開版本Fhenix Frontier。儘管它有不少且功能尚不清楚的早期版本，但它已經提供了智慧合約程式碼庫、Solidity API、合約開發工具（如Hardhat/Remix）、前端互動JavaScript庫等使用說明。對此有興趣的開發者和方可以參考官方文件進行探索。
與鏈無關的FHE 協處理器
在FHE-Rollups 的基礎上，Fhenix 巧妙地引入了Relay 模組，旨在賦能各類公鏈、L2 和L3 網絡，使得它們能夠使用FHE 功能接入FHE 協處理器。這意味著，即便最初的Host Chain 並不支援FHE，現在也能間接享受FHE 的強大功能。然而，由於FHE-Rollups 的證明挑戰期通常長達7 天，這限制了FHE 的廣泛應用。為了克服這項挑戰，Fhenix 聯手EigenLayer，透過EigenLayer 的Restaking 機制，為FHE 協處理器服務提供了更快速方便的通道，大大提升了整個FHE 協處理器的效率和靈活性。
FHE 協處理器的使用流程簡單說明了：
應用合約在Host Chain 上呼叫FHE Coprocessor 執行加密貨幣計算操作中繼合約比特幣請求Relay 節點監聽Relay 合約將會呼叫轉發至專用的Fhenix Rollup FHE Rollup 執行FHE 計算操作閾值網路解密輸出接力節點將結果和樂觀輸出接力節點將結果和樂觀輸出接力節點將結果和樂觀輸出接力節點將結果和樂觀輸出接力節點將結果和樂觀輸出接力節點將結果和樂觀輸出接力節點將結果和樂觀輸出接力節點將結果和樂觀證明回傳給合約委託驗證樂觀估計向對方提出質詢應用合約結合條款繼續執行
Fhenix參與指南
如果你是一位開發者，你可以深入研究Fhenix 的資料文檔，並基於這些文檔開發屬於你自己的FHE 型應用，以探索其在實際應用中的潛力。
如果你是用戶，並嘗試體驗Fhenix 的FHE-Rollups 並成為dApps，感受FHE 的資料安全性和隱私保護。
如果你是研究員，並邀請你仔細閱讀Fhenix的資料文檔，其中包括FHE的原理、技術細節和應用前景，並希望你能為你的研究領域做出更目標的貢獻。
FHE最佳應用場景
FHE 技術展現了廣泛的應用前景，專注於全鏈遊戲、DeFi 以及AI，我們堅定地相信其潛力領域擁有巨大的發展潛力和廣闊的應用空間：
隱私保護的全鏈遊戲：FHE技術為遊戲努力的金融交易和玩家操作提供了強大的加密貨幣保護和操縱行為，確保遊戲的公平性和公正性。同時，FHE也能夠化玩家活動，吸引和控制玩家金融資產和個人資訊外洩的風險，從而全方位保護玩家的隱私安全。 DeFi/MEV：隨著DeFi活動不斷發展，不少DeFi操作在黑暗森林中達成MEV攻擊的目標。為了解決這個挑戰，FHE能夠保證業務邏輯計算處理的前提下，有效地保護DeFi中不願洩露的敏感數據，如持倉數量、清算線、交易滑點等。透過應用FHE，鏈上DeFi的健康狀況可以顯著提升，從而大幅降低不良MEV行為的發生頻率。 AI：AI模型的訓練依賴資料集，當涉及使用個別資料進行訓練時，確保個體隱私資料的安全性成為首要前提。為此，FHE將AI模型訓練個體隱私資料的理想方案，它允許AI在加密貨幣資料上進行處理，從而在不洩露任何個體資訊的情況下完成訓練過程。
FHE 的社區認可
: 技術的發展並非僅靠其硬派特性就能實現。要實現技術的成熟與持續進步，必須依賴持續完善的學術研發與積極建立的社區力量。有鑑於此，FHE 被稱為加密貨幣學界的聖杯，其潛力與價值早已被廣泛認可。 2020 年，Vitalik Buterin 在《探索完全同態加密貨幣》一文中，對FHE 技術給予了高度的認可與支持。近期，他的社群媒體上再次發聲，無疑地再次加強了這一立場，有問題FHE 技術的發展呼籲了更多的資源和力量。與之相關的是，不斷湧現的新項目、非營利研究和教育組織，持續注入的市場資金，這一切似乎都在預示著一場技術爆發的序曲即將奏響。
潛力的FHE 春季生態
在FHE生態的發展初期，除了核心基礎技術服務公司Zama和重視目的Fhenix這項優質專案外，還有一系列同樣出色的專案值得我們進一步關注與關注：
Sunscreen：透過自助研發建構的FHE編譯器，支援傳統瀏覽器進行FHE轉換，設計對應FHE加密貨幣中心化存儲，最後以SDK形式為Web3 應用輸出FHE特性Mind Network：結合EigenLayer的Retaking機制，專為AI和DePIN網路擴展安全性的FHE網路PADO Labs：推出融合ZKP 和FHE 的zkFHE，並在其上建構去中心化運算網路**Arcium：** 前身是Solana 的隱私協定Elusiv，近期的轉型成為結合了FHE 的隱私協議和機密計算網絡Inco Network：基於Zama 的fhEVM，致力於優化FHE 的計算成本和效率，全方位的合作夥伴網絡的Layer1 Treat：由Shiba團隊與Zama聯手打造，致力於延展Shiba生態的FHE Layer3 octra：基於OCaml、AST、ReasonML 和C++ 開發支援隔離執行環境的FHE 網路BasedAI：支援為LLM 模型引入FHE 技術的分散式網路加密貨幣：前身為BananaHQ，現更名為Rize Labs，正圍繞著FHE做FHEML Privasea：NuLink核心團隊打造的FHE 網絡，採用Zama的Concrete ML框架，旨在在AI領域的ML推理過程中實現資料隱私保護
對於非贏利性研究和教育機構，我們堅持FHE.org和FHE Onchain，它們為整個生態的學術研究和教育普及提供了寶貴的資源。
由於篇幅有限，我們的一一摘要FHE中所有優秀的項目。但請相信，這個中蘊含的潛力與機遇，值得我們持續探索與發展。
總結
我們對FHE 的技術前景充滿樂觀，符號Fhenix 課題抱持著極高的期待。 一旦Fhenix 主網發布和正式上線，我們預計在不同領域的應用將因為FHE 技術而得到提升。 我們堅信，這個充滿創新與活力的未來，已經近在咫尺。
參考文獻https://zama.ai/https://github.com/microsoft/SEAL
https://www.fhenix.io/https://mindnetwork.xyz/
https://www.inco.org/https://x.com/treatsforShib
https://docs.octra.org/https://x.com/encifherio
https://www.getbased.ai/
https://www.privasea.ai/
https://x.com/fhe_org
https://x.com/FHEOnchain
https://vitalik.eth.limo/general/2020/07/20/homomorphic.html
https://x.com/MessariCrypto/status/1720134959875457352
https://foresightnews.pro/article/detail/59947
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