什麼是全同態加密？

全同態加密屬於密碼學領域。由於全同態加密支援無需解密，就能夠對密文進行任意計算，因此可以立竿見影的解決資料隱私安全問題，有很大的應用需求。例如，在雲環境下，使用者加密資料後儲存在雲端，由於資料加密使得雲端無法獲得資料的內容，從而保證了資料的隱私。此外，由於是全同態加密，雲端可以對密文資料進行任意計算。總而言之，全同態加密不但通過加密保護了資料，而且沒有喪失計算性。

全同態加密的概念早在1978年就提出，然後一找就是30多年過去了。當然這30多年也沒閒著，30年間人們提出的方案隨後就被證明是不安全的。

當然在這30年間，人們也退而求其次，能做一次加法和一次乘法的也可以，例如c1c2+c3c4，即一個二次多項式。這樣的方案稱為BGN方案。

當然再退而求其次，就是隻能做加法，或者只能做乘法，這種方案稱為單同態。例如，RSA就是乘法同態，Paillier就是加法同態。這些方案在有些地方大放異彩，儘管只能做一種同態計算。

直到2009年，Gentry，一個斯坦福大學的博士生，基於理想格提出一個全同態加密方案。Craig Gentry. Fully Homomorphic Encryption Using Ideal Lattices. In the 41st ACM Symposium on Theory of Computing (STOC), 2009. 這篇論文是來自於他的博士論文：Craig Gentry. A Fully Homomorphic Encryption Scheme (Ph.D. thesis).

世界譁然。各大報紙頭條，密碼學界的突破（Breakthrough），計算機界的突破。英文中Breakthrough可不是隨便用的。

最為湊巧的是，09年左右恰好是雲端計算概念火熱的時候。而所有介紹全同態加密的文章開頭都會來一句，全同態加密用在雲端計算中可以保護資料隱私安全。誰催化了誰，真的不知道。

Gentry的全同態加密方案是基於理想格構造的。理想格為何物？通俗的說就是一種困難問題，就像大整數難題一樣。

說到這裡，不得不說兩句格密碼。很多人只知道RSA,ECC，但是提起格密碼一臉的茫然與恐懼，覺得格密碼一定是一個很難理解的問題。事實上，恰好相反，所謂的格（Lattice）就是整係數基的線性組合構成的點，通俗地說就是一個空間中的一些離散有規律的點。既然是離散的點，那麼點之間一定有距離，距離產生美，從而產生了一些困難問題，例如：最短向量問題(SVP)。

如果是一個二維平面，那麼尋找在格上尋找最短向量問題是簡單的，但是當維數變大的時候，例如200多維，尋找格上的最短向量問題就變的異常困難，稱之為格上標準困難問題，是一個指數級的困難問題。你可以想象一下，當你在迷宮裡時（現實世界是3維的），找出口還不算很困難，但是當在一個200多維的迷宮裡時，困難程度立刻指數級上升。

最令人感興趣的是，格上標準困難問題至今沒有量子演算法可以破解或者撼動它，因此格上標準困難問題被認為是抗量子的。

格上的加密方案最大特徵：是一個含有噪音的方案。加密時往裡新增噪音，主要是為了進一步提高安全性。然而恰好是這個噪音，導致加密的形式與解密形式比較簡單。這種特性為構造全同態加密埋下了伏筆。

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