Mis on homomorfne krüptimine?

Homomorfse krüptimisena tuntud kontseptsiooni, milles šifriteksti saab manipuleerida ja sellega töötada ilma dekrüpteerimata, esitasid Ronald Rivest, Leonard Adleman ja Michael Dertouzos esmakordselt teadusringkondadele 1978. aastal kui privaatsushomomorfismi. Semantiliselt turvalise homomorfse krüpteerimisskeemi töötasid välja ja pakkusid välja Shafi Goldwasser ja Silvio Micali 1982. aastal. 2009. aastal tõestas Craig Gentry, et täiesti homomorfne krüpteerimisskeem on võimalik.

Rivest, Aldeman ja Dertouzos arendasid oma teooriat selle ümber, et olemasolevad turva- ja krüptimissüsteemid piiravad tõsiselt võimalust andmetega pärast krüpteerimist ja šifritekstiks muutmist midagi ette võtta. Ilma homomorfse lahenduseta on andmete saatmine ja vastuvõtmine sisuliselt ainus funktsioon, mida saab krüpteeritud andmetega teostada. Suurim mure oli krüptitud andmete krüpteeritud päringu töötlemiseks vajaliku andmetöötluse tase ja see, kas seda laadi krüpteerimisskeem võiks olla praktiliseks kasutamiseks piisavalt turvaline.

Pilvandmetöötluse tuleku ja pideva laienemisega on elujõulise homomorfse krüpteerimismeetodi leidmine ülioluline. Vastasel juhul on risk liiga suur, et usaldada andmeid pilvandmetöötluse pakkujale, kui need andmed peavad jääma turvaliseks. Kui teenusepakkujal on dekrüpteeritud kujul andmetele mingil viisil juurdepääs, võivad andmed liiga kergesti ohtu sattuda. Gentry on tõestanud, et see on elujõuline teooria, kuigi muret tekitavad arvutuste tegemiseks kuluv aeg ja krüptimise võimalik lihtsus.

Gentry süsteem kirjeldab, kuidas luua krüpteerimisskeemi, mis võimaldab andmeid turvaliselt salvestada pilvekeskkonnas, kus andmete omanik saab kasutada pilveteenuse pakkuja arvutusvõimsust püsivalt krüptitud andmetega seotud funktsioonide täitmiseks. Ta teeb seda kolmeastmelise protsessina. Loodud on krüpteerimisskeem, mis on alglaaditav või koosneb mõnevõrra homomorfsest krüpteerimisskeemist, mis võib töötada koos oma dekrüpteerimisahelaga. Järgmisena ehitatakse ideaalsete võre abil peaaegu alglaaditav avaliku võtme krüpteerimisskeem. Lõpuks muudetakse skeeme lihtsamaks, võimaldades neil olla alglaaditav, säilitades samal ajal nende sügavuse.

See meetod loob täiesti homomorfse krüpteerimisskeemi, kuid see jääb suhteliselt ebapraktiliseks. Homomorfne krüptimine on arenenud nii, et see oleks enamasti kaitstud valitud lihtteksti rünnakute vastu, kuid valitud šifrirünnakute vastu kaitsmine on endiselt probleem. Lisaks turvaprobleemile on täielikult homomorfsed skeemid nii suured ja keerulised, et ajafaktor on välistanud nende kasutamise enamikus rakendustes. Mõnevõrra homomorfsed krüpteerimissüsteemid on välja töötatud vähemalt ajafaktori käsitlemiseks, kasutades täielikult homomorfse krüpteerimisskeemi kõige tõhusamaid osi.