完全準同型暗号化は、データが暗号化された状態で計算を実行できる暗号化方式の一種です。その目的は、計算の途中のステップで暗号文を復号化する必要がないような方法で暗号文の計算を可能にすることです。

これにより、大量のデータの処理が必要でありながら、機密情報や独自情報を第三者から非公開にしておく必要があるクラウド コンピューティングやビッグ データ分析などのユース ケースに強力な機能が提供されます。

このアイデアは不可能に思えます。データを復号化せずに、データに対して演算 (加算、乗算など) を実行するにはどうすればよいでしょうか?

問題は、従来の暗号化方式では暗号化と復号化のキーが別々になっており、暗号化されたデータに対して操作を実行するには、まずデータを復号化する必要があることです。

完全準同型暗号化 (FHE) では暗号化キーも使用できますが、従来の方式とは異なり、平文を復号化することなく任意の方法で計算できます。

準同型暗号の有用性

これは非常に便利なプロパティであり、計算を実行するエンティティに機密データを公開することなく、機密データの計算を可能にします。

たとえば、完全に準同型暗号化された医療情報のデータベースを考えてみましょう。暗号化キーを医師に渡すと、医師はデータベースに対してクエリを実行し、特定の症状を持つ患者が治療を受けたかどうかを判断できます。これにより、医師はデータベース内の実際のデータにアクセスしなくても、患者に関する情報を取得できます。

FHE は他の形式の準同型暗号化とどう違うのでしょうか?

暗号化されたデータに対する計算の可能性という点では、準同型暗号には、部分的準同型暗号、ある程度準同型暗号、完全準同型暗号、完全準同型暗号というさまざまなタイプがあります。

部分準同型およびやや準同型では、暗号化されたデータに対して特定の種類の操作のみが許可され、その繰り返しも制限されます。

完全準同型暗号化は、暗号化されたデータに対する無制限の数の操作をサポートします。また、操作は無制限の回数適用できます。

完全準同型暗号化の利点

  • FHE を使用すると、機密性の高いプライベート データをサードパーティのサーバーに保存し、暗号化されたままそのプライベート データに対する計算を実行できます。サーバー管理者は、プライベート データに対してどのような計算が行われたかを知ることはできません (安全な FHE 実装を前提としています)。

  • FHE は、データの使いやすさとプライバシーのトレードオフを排除します。特徴をマスクしたり削除したりすることなく、データのプライバシーが保護されます。

  • 適切な FHE 実装は量子攻撃に対する高度な耐性を意味し、この方式を量子安全にします。

FHE はまだ発展途上であり、商業的に実現不可能とみなされているため、広範囲に使用可能になるまでには多くの研究を行う必要があります。