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Was ist vollständig homomorphe Verschlüsselung?

Bei der vollständig homomorphen Verschlüsselung handelt es sich um eine Form der Verschlüsselung, die es ermöglicht, Berechnungen mit den Daten durchzuführen, während diese verschlüsselt sind. Sein Ziel ist es, Berechnungen mit verschlüsseltem Text so zu ermöglichen, dass dieser bei Zwischenschritten während der Berechnung niemals entschlüsselt werden muss.
Dies bietet leistungsstarke Funktionen für Anwendungsfälle wie Cloud-Computing und Big-Data-Analysen, bei denen große Datenmengen verarbeitet werden müssen, sensible oder geschützte Informationen jedoch vor Dritten geheim gehalten werden müssen.

Diese Idee scheint unmöglich. Wie können Operationen (Addition, Multiplikation usw.) mit Daten durchgeführt werden, ohne sie zu entschlüsseln?

Das Problem besteht darin, dass bei herkömmlichen Verschlüsselungsverfahren die Schlüssel für die Ver- und Entschlüsselung getrennt sind und die Durchführung von Operationen mit verschlüsselten Daten zunächst eine Entschlüsselung erfordert.

Bei der vollständig homomorphen Verschlüsselung (Fully Homomorphic Encryption, FHE) haben Sie ebenfalls einen Verschlüsselungsschlüssel, aber im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren können Sie mit dem Klartext beliebig viele Berechnungen durchführen, ohne ihn jemals zu entschlüsseln.

Die Nützlichkeit der vollständig homomorphen Verschlüsselung

Dies ist eine äußerst nützliche Eigenschaft, die Berechnungen mit sensiblen Daten ermöglicht, ohne dass die Entität, die die Berechnung durchführt, davon erfährt.

Nehmen wir zum Beispiel eine Datenbank mit medizinischen Informationen, die vollständig homomorph verschlüsselt ist. Einem Arzt kann ein Verschlüsselungscode übergeben werden, mit dem er die Datenbank abfragen kann, um festzustellen, ob Patienten mit bestimmten Symptomen behandelt worden sind. Auf diese Weise kann der Arzt Informationen über seine Patienten einholen, ohne Zugriff auf die eigentlichen Daten in der Datenbank zu haben.

Wie unterscheidet sich FHE von anderen Formen der vollständig homomorphen Verschlüsselung?

Hinsichtlich der Berechnungsmöglichkeiten für die verschlüsselten Daten gibt es bei der vollständig homomorphen Verschlüsselung mehrere Arten: teilweise, einigermaßen, vollständig nivelliert und vollständig homomorph.

Teilweise homomorph und einigermaßen homomorph erlauben nur eine bestimmte Art von Operationen an den verschlüsselten Daten, auch mit begrenzter Wiederholung.

Die vollständig homomorphe Verschlüsselung unterstützt eine unbegrenzte Anzahl von Operationen mit den verschlüsselten Daten. Darüber hinaus kann der Vorgang unbegrenzt oft durchgeführt werden.

Vorteile der vollständig homomorphen Verschlüsselung

FHE kann verwendet werden, um sensible private Daten auf Servern von Drittanbietern zu speichern und dennoch Berechnungen mit diesen privaten Daten zu ermöglichen, während sie verschlüsselt bleiben. Serveradministratoren können nicht herausfinden, welche Berechnungen mit den privaten Daten durchgeführt wurden (eine sichere Implementierung von FHE vorausgesetzt).

FHE beseitigt den Zielkonflikt zwischen Datenverwendbarkeit und Datenschutz. Der Datenschutz bleibt gewahrt, ohne dass irgendwelche Merkmale maskiert oder entfernt werden müssen.

Eine ordnungsgemäße Implementierung von FHE bedeutet eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Quantenangriffe und macht dieses Verfahren quantensicher.

FHE befindet sich noch im Anfangsstadium und gilt als kommerziell nicht praktikabel, so dass noch viel Forschungsarbeit geleistet werden muss, bevor es allgemein eingesetzt werden kann.

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