Homomorf kryptering – grunderna

Organisationer lagrar och utför numera beräkningar på data i molnet istället för att hantera den själva. Molntjänstleverantörer (CSP:er) tillhandahåller dessa tjänster till en överkomlig kostnad och med lågt underhållsbehov. Men för att säkerställa efterlevnad och bibehålla integritet måste organisationer överföra data i ett krypterat format, vilket garanterar datakonfidentialiteten. Men när data når molnet måste CSP:n dekryptera data för att utföra en operation eller beräkning.

Att dekryptera data till CSP:n förlorar datas sekretess, vilket kan oroa organisationen för att inte följa dataskyddsregler som GDPR , FIPS , PCI DSS , CCPA, etc.

Vad är homomorf kryptering?

Homomorf kryptering gör det möjligt att utföra beräkningar medan data förblir krypterade. Detta säkerställer att data förblir konfidentiella medan de bearbetas, vilket ger CSP:er och andra otillförlitliga miljöer möjlighet att uppnå sina mål. Samtidigt behåller vi datakonfidentialiteten.

Liksom andra asymmetriska krypteringar krypteras homomorf kryptering med en offentlig nyckel och kan endast dekrypteras med respektive privata nyckel. Men även om informationen är krypterad kan operationer utföras på informationen, vilket bibehåller sekretessen och hjälper organisationer att uppnå efterlevnad även när de använder otillförlitliga miljöer.

Varför behöver vi homomorf kryptering?

Dataskapandet har ökat enormt på senare tid, och skickas/lagras i flera miljöer som tillhör andra parter, såsom CSP:er eller andra tredjepartsorganisationer. Från startups till stora organisationer använder alla CSP:er för att lagra eller bearbeta data, där verktyg som BigQuery används för databehandling.
CSP:er ger visserligen viss kontroll över den data som kunderna lagrar i sina miljöer, men dessa kontroller är beroende av CSP:er. Även om användare kan kryptera och lagra data på CSP:er, skulle det vara begränsat att utföra beräkningar på informationen. Standardkryptering är därför begränsad till datalagring och ger ingen meningsfull analys som kan användas.
För att kunna bearbeta data samtidigt som datasekretess säkerställs fokuserar forskare på integritetsaktiverad beräkning. Homomorf kryptering är en av de lovande metoderna i denna riktning.

Typer av homomorf kryptering

Homomorf kryptering möjliggör beräkningar på krypterad data utan dekryptering. Matematiska operationer som kan utföras på chiffertexten skiljer typerna av homomorf kryptering åt.
De är huvudsakligen av två typer:

1. Partiell homomorf kryptering (PHE) (stöder antingen addition/multiplikation, men inte båda)
2. Fullständig homomorf kryptering (FHE) (stöder både addition och multiplikation)

Partiell homomorf kryptering, såsom RSA- och Paillier-kryptosystem, stöder additiv och multiplikativ homomorfism. År 2009 föreslog Craig Gentry för första gången ett FHE-schema baserat på gitter. Ett FHE-schema stöder vanligtvis addition och multiplikation av chiffertexter enligt följande:

Addition/multiplikation av klartext är lika med addition/multiplikation av två chiffertexter.

Tillämpningar

Homomorf kryptering gör det möjligt att uppnå integritetsbevarande beräkningar i nästan alla scenarier. Några av dessa inkluderar:

1. SjukvårdMöjliggör analys av krypterade patientdata för forskning utan att avslöja personlig information.
2. Cloud ComputingMöjliggör säker databehandling av krypterad information utan att exponera den för molnleverantörer.
3. Finans Stöder krypterade transaktioner och riskanalys samtidigt som finansiella data hålls konfidentiella.
4. MaskininlärningMöjliggör träning och inferens på krypterade datauppsättningar för att säkerställa sekretess för både data och modeller.

Begränsningar och nackdelar

Beräkningar med homomorf kryptering är långsamma, och endast ett begränsat antal operationer kan utföras på krypterad data. FHE-baserad beräkning är minst 106 gånger långsammare än beräkning på klartext.

Homomorf kryptering är inte heller genomförbar för flera användare. Om vi ​​har en databas som vi behöver flera användare för att komma åt, skulle vi behöva skapa en separat databas för varje användare, som är krypterad med användarens publika nyckel. Detta skulle bli opraktiskt om antalet användare ökar eller databasens storlek ökar.

Slutsats

Homomorf kryptering är i nuvarande skick beräkningsmässigt dyrt och praktiskt ineffektivt. Det kan säkerligen användas för att kryptera data, samtidigt som vi kan utföra olika beräkningar på informationen. Homomorf kryptering möjliggör integritetsbevarande beräkningar, vilket hjälper oss att arbeta med opålitliga miljöer samtidigt som informationens konfidentialitet bibehålls. Kolla in Format Preserving Encryption om du är intresserad av integritetsbevarande beräkningar.