全同態加密貨幣（FHE）是1970年代首次提出的高級加密貨幣技術，允許在加密貨幣資料上進行任意計算而無需解密。 2009年，Craig Gentry的研究使得FHE得以實現。 FHE支援無限次加法和乘法，確保計算過程的隱私和安全。其關鍵應用包括區塊鏈的隱私保護和可擴展性，FHE能夠將透明的區塊鏈轉換為部分加密貨幣形式。儘管面臨運算效率和金鑰管理的挑戰，FHE的市場潛力正在迅速增長，預計在未來幾年內將實現重大進展。
關於FHE
全同態加密貨幣（FHE）首次討論是在1970年代，但一直以來都難以實現。其基本思想是加密貨幣數據並在不解密的情況下進行計算。最初，只能在加密貨幣資料上進行簡單的操作，如加法或乘法，這稱為部分同態加密貨幣。突破性進展發生在2009年，當時Craig Gentry展示了可以在加密貨幣資料上進行任何計算，從而導致了全同態加密的發展。
FHE是一種先進的加密貨幣形式，在不需要先解密的情況下對加密貨幣資料進行計算。這意味著可以對密文（加密貨幣資料）進行操作以產生加密貨幣結果，當解密時，該結果與對明文（未加密貨幣資料）進行操作的結果一致。
全同態加密的關鍵特性
同態性
加法：對密文進行加法操作相當於對明文加法。
𝐸(𝑎+𝑏)=𝐸(𝑎)+𝐸(𝑏)
乘法：對密文進行乘法運算法不同於對明文進行乘法運算。
𝐸(𝑎×𝑏)=𝐸(𝑎)×𝐸(𝑏)
噪音管理：當使用FHE加密貨幣資料時，會在密文中加入雜訊以確保安全性。然而，每次操作後，這些噪音都會增加。管理和最小化噪音非常重要，因為如果噪音變得過大，計算可能會變得不準確或失敗。 無限操作：與部分同態加密貨幣（PHE）只支援一種操作（加法或乘法）和有限次數的操作某種同態加密貨幣（SHE）不同，FHE支援無限次的加法和乘法。這使得可以在加密貨幣資料可以進行任何類型的計算。
嚴格來說，全同態加密貨幣是同態加密的一種特殊情況。同態加密貨幣意味著對密文進行加法或乘法運算必須對明文進行相同的操作，即：
𝐸(𝑎+𝑏)=𝐸(𝑎)+𝐸(𝑏)
𝐸(𝑎×𝑏)=𝐸(𝑎)×𝐸(𝑏)
在這個上下文中，a和E(a)，b和E(b)可以被認為是相似的。然而，需要注意兩個重要的挑戰：
明文和密文之間的相似性涉及在進行操作之前向明文添加噪聲一些對照密文。如果雜訊導致較大的偏差，計算可能會失敗。因此，噪音控制對各個演算法關鍵。 加法和乘法的開銷巨大。密文計算可能比明文計算昂貴10,000到1,000,000倍。只有當可以在密文上進行無限次加法和乘法時，才實現了全同態加密貨幣。
不同類型的同態加密貨幣在各自的領域中具有獨特的價值，根據其實現的可分類如下：
同態加密的類型部分同態加密貨幣（PHE）：支援一種操作（加法或乘法）的無限次操作。例如，RSA在乘法方面是部分同態的。 某種同態加密貨幣（SHE）：支援加法和乘法，但次數有限。這對於少量操作的特定應用很有用。 全同態加密貨幣（FHE）：支援無限次的加法和乘法，允許在加密貨幣資料上進行任意計算。這使得FHE極為強大，但計算也密集。
FHE的主要優勢FHE的主要優勢是能夠在加密貨幣資料上進行任何類型的計算，確保整個計算過程的隱私性和安全性。
FHE在區塊鏈中的應用
Vitalik指出，FHE可能成為區塊鏈可擴展性和隱私保護的關鍵技術。目前的區塊鏈預設是透明的，每筆交易和智慧合約設備都是公開的。 FHE可以將完全透明的區塊鏈轉變為部分加密貨幣形式，同時仍受智能合約控制。
例如，Zama正在開發一個FHE虛擬機，允許開發商編寫操作FHE原語的Solidity程式碼。這種方法可以解決區塊鏈上的隱私問題，使加密貨幣支付、老虎機和賭場等例子成為可能，同時保留交易圖，相較於Tornado Cash等解決方案增強了監管友善性。
FHE的另一個關鍵應用是改善隱私項目的可用性。像Zcash、Aztec和Tornado Cash這樣的專案在餘額資訊長的檢索時間和同步延遲等方面存在重大的可用性問題。 FHE透過隱私權訊息檢索（OMR）提供解決方案方案，讓錢包用戶端在不暴露存取內容的情況下同步。
然而，FHE並不能直接解決像Rollup技術這樣的區塊鏈可擴展性問題。將FHE與零知識證明（ZKP）結合可能解決一些可擴展性挑戰。可驗證的FHE可以確保計算正確執行，類似ZK Rollups，為區塊ChainLink境提供可信賴的電腦製造。
FHE和零知識證明（ZKP）之間的關係
FHE和ZKP是互補的技術，但服務於不同的目的。 ZKP允許可驗證的計算和零知識屬性，為私有狀態提供隱私。然而，ZKP不提供共享狀態的隱私，這對於像Uniswap這樣的無許可智能合約平台至關重要。接下來FHE和多方計算（MPC）發揮作用，允許在不暴露資料本身的情況下對加密貨幣資料進行計算。
將ZKP和FHE結合會顯著增加計算複雜性，除非特定情況需要，否則是不切實際的。
FHE的當前階段和未來前景
FHE在開發方面大約落後於ZKP三到四年，但正在迅速趕上。第一代FHE專案正在啟動測試網，主網預計將在今年稍後發布。儘管FHE仍然比ZKP具有更高的運算能力頭部，但其大規模採用的潛力迫在眉睫。一旦FHE進入生產和規模化，預計將像ZK Rollups那樣成長。
挑戰和瓶頸
FHE的採用面臨一些挑戰，包括運算效率和金鑰管理。 FHE中的自舉操作計算密集，但隨著演算法改進和工程最佳化正在改善。對於像機器學習（ML）這樣的特定場景，不使用自舉操作的替代方案可能更有效。
密鑰管理也帶來挑戰。像是Zama的fhEVM、Inco或Phoenix專案等需要閾值金鑰管理問題，涉及具有解密能力的一組驗證者。該方法需要進一步發展以克服單點故障。
例:
FHE市場現狀
像1kx這樣的加密貨幣創投公司一直在積極投資FHE領域，認識到其潛力。 1kx領導者投資了基於Zama構建的Inco項目，重點關注fhEVM的例子。 Inco正在與合作夥伴開發老虎機、賭場、商業支付和遊戲等應用程式。
閾值FHE（TFHE）將FHE與MPC和區塊鏈結合，特別有前景，開啟了新的例子。 FHE的開發者友善性，使得可以使用Solidity進行編程，在介面應用開發中既實用又可行。
競爭格局Arcium（前身為Elusiv）
Arcium 是Solana 上的一個DePIN 網絡，用於生日計算。由Yannik Schrade、Julian Deschler、Nicolas Schapeler 和Lukas Steiner 創建，於2024 年5 月8 日基於zk 的合規隱私協議Elusiv 更名為Arcium。
Arcium支援DeFi、DePIN、AI等開發者和應用，透過底層區塊鏈的DA層和共識層調用，提供靈活的無信任、可驗證、高效能
機密運算能力。它不是區塊鏈，但允許開發者在不同的區塊鏈上部署機密智慧合約，也為非區塊鏈用戶提供配置區塊鏈層信任模型的能力。
2024年5月，Arcium完成了驚人的550萬美元的策略性融資，由Greenfield Capital領投，Coinbase Ventures、Heartcore Capital、Longhash VC、L2 Iterative Ventures、Stake Facilities、Smape Capital、Everstake、Solenkoana聯合創始人Anatoly Yakov和Monad共同創辦人Keone Han參投。
囊性
Cysic是一家專注於即時產生和驗證零知識（ZK）證明的硬體加速公司。他們提供基於FPGA、FPGA和GPU晶片的ZK運算即服務（ZK-CaaS）。 Cysic已經開發了FPGA硬件，計劃已經開發了FPGA硬件，推出名為ZK Air和ZK Pro的ZK DePIN晶片/設備，將組成DePIN的Prover Network。
2023年2月，Cysic完成了由Polychain Capital領投的600萬美元融資，HashKey、SNZ Holding、ABCDE、A&T Capital和Web3.com基金參投。
座間
Zama是一家開源密碼學公司，開發用於區塊鏈和AI的FHE解決方案。由Hindi和著名密碼學家、FHE發明者Pascal Paillier於2020年初共同創立，Zama為Web3專案的FHE提供解決方案，如TFHE-re庫、TFHE編譯器Concrete、隱私保護機器學習Concrete ML和機密智能合約fhEVM。
Zama專注於TFHE（閾值全同態加密貨幣），TFHE-re以純Rust實現，用於加密貨幣布林和整數計算，允許開發者和研究人員對TFHE進行細粒度控制以實現高級功能。 fhEVM將TFHE-re整合修改到EVM中，使同操作作為預付款合約消耗的付款工具。
2024年3月7日，Zama完成了由Multicoin Capital和Protocol Labs領投的7300萬美元A輪融資，Metaplanet、Blockchange Ventures、Vsquared Ventures、Stake Capital、Filecoin創始人Juan Benet、Solana聯合創始人Anatoly Yakovenko和以太坊聯合創始人Gavin Wood參投。資金將用於繼續研究和開發他們的FHE工具。
防曬乳
Sunscreen是一家隱私巨頭公司，幫助工程師使用加密貨幣技術，如FHE建置和私人應用程式。他們開源了FHE編譯器，一個Web3原始編譯器，將標準Rust函數轉換為對應的FHE函數，提供最佳效能的計算開銷而消耗硬體加速。編譯器也支援BFV FHE方案，正在開發相容ZKP的編譯器，以確保與FHE時的運算缺陷。
2022年7月，Sunscreen完成了由Polychain Capital領投的465萬美元融資，Northzone、Coinbase Seed Ventures、dao5和Naval Ravikan、Tux Pacific等個人參投。
奧克特拉
Octra是一個支援隔離執行環境的FHE區塊鏈網絡，提出了一種稱為HFHE（同態全同態加密貨幣）的新型FHE，在超圖上運作。可以根據官方文檔，HFHE與任何項目相容並獨立運行。 Octra的程式碼庫大部分是用OCaml、AST、ReasonML（用於智慧合約和與Octra交易的應用程式）和C++開發的。這種方法相對較新，學術討論有限。解決方案的安全性尚未驗證，需要進一步驗證。
鳳凰城
Fhenix是一個由FHE Rollups和FHE Coprocessors支援的以太坊Layer 2（L2），完全相容於EVM和Solidity，使用FHE實現鏈上機密智能合約。 Fhenix不使用zkFHE，而是採用Optimistic Rollup和Zama的FHE，透過fhEVM實現鏈上機密性，專注於TFHE（閾值FHE）。
2023年9月，Fhenix完成了由Sora Ventures、Multicoin Capital和Collider Ventures領投的700萬美元種子輪融資，Node Capital、Bankless、HackVC、TaneLabs和Metaplanet參投。公共測試網將於2024年初發布，支援生態系統應用開發。
思維網絡
Mind Network是一個用於DePIN和AI的FHE重質押層，由Zama支持，旨在實現「HTTPZ」（端對端加密貨幣互聯網）。產品包括FHE重質押方案MindLayer、FHE授權的隱形位址協定MindSAP，以及透過MindLayer的FHE驗證網路建構FHE DataLake MindLake。用戶可以將BTC和ETH LST代幣重質押到Mind Network，引入FHE增強的驗證器，確保AI和DePIN網路驗證和計算過程中的端對端加密貨幣。用於AI機器學習任務的智慧型PoI（Proof of Intelligence）共識機制確保FHE驗證器之間的公平和安全分配。 FHE計算可以進行硬體加速。 MindLake是用於鏈上加密貨幣資料運算的資料儲存Rollup。
2023年6月，Mind Network完成了250萬美元融資，獲得Binance Labs、Comma3 Ventures種子、SevenX Ventures、HashKey Capital、Big Brain Holdings、Arweave SCP Ventures、Mandala Capital等參投。
國際礦業公司
Inco Network是一個機密機密運算Layer 1區塊鏈和Web3通用隱私層，為鏈上應用提供隱私保護。它結合了以太坊EVM和FHE，由EigenLayer保護，允許程式在不解密的情況下對加密貨幣進行保護資料進行操作和計算，使用鏈上本地隨機性。 Inco推出了Gentry測試網，解決Web3隱私保護挑戰，支援礦池遊戲、DeFi（包括黑色、私人借貸和盲拍）、企業解決方案（如機密幣穩定） 、私人RWA和私人投票）等應用。
2024年2月，Inco Network完成由1kx領投的450萬美元融資，Circle Ventures、種子Robot Ventures、Portal VC、Alliance DAO、Big Brain Holdings、Symbolic、GSR、Polygon Ventures、Daedalus、Matter Labs和分部參投。
法規環境隱私技術如FHE的法規環境
在不同地區各不同。資料隱私廣受支持，金融隱私仍是一個灰色地帶。 FHE有潛力增強資料隱私，允許使用者保留資料循環並可能實現成長，同時保持如定向廣告等社會效益。
展望未來，理論、軟體、硬體和演算法的改進預計將使FHE越來越實用。 FHE的發展目前正從理論研究過渡到實際應用，預計在未來三到五年內將會有顯著進展。
結論
全同態加密貨幣（FHE）是一個革命性的變革加密貨幣領域的邊緣，提供先進的隱私和安全解決方案。隨著持續的進步和風險資本的迫切關注，FHE有望實現大規模普及，解決區塊鏈可擴展性和隱私保護是關鍵問題。隨著技術的成熟，它有望釋放新的可能性，推動加密貨幣生態系統中各類應用的創新。
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