摘要：同態加密作為實現資料隱私計算的關鍵技術，在雲端計算、區塊鏈、隱私計算等領域均存在著廣泛的應用需求和一些可行的應用方案。
本文分享自華為雲社群《同態加密在聯邦計算中的應用》，作者：生也有涯 知也無涯。
1 什麼是同態加密
同態加密（Homomorphic encryption）是一種加密形式，它允許人們對密文進行特定形式的代數運算得到仍然是加密的結果，將其解密所得到的結果與對明文進行同樣的運算結果一樣。換言之，這項技術令人們可以對加密的資料進行處理，得出正確的結果，而在整個處理過程中無需對資料進行解密。同態加密的實現效果如圖所示。
第一個構造出全同態加密（Fully Homomorphic Encryption）[Gen09]的Craig Gentry給出的定義如下：
A way to delegate processing of your data, without giving away access to it.
由上圖可以看出，同態加密與一般的加密方案的不同之處在於，它關注的是資料處理安全。同態加密提供了一種對加密資料進行處理的功能。
有點抽象？我們舉個實際生活中的例子。有個叫Alice的使用者買到了一大塊金子，她想讓工人把這塊金子打造成一個項鍊。但是工人在打造的過程中有可能會偷金子啊，畢竟就是一克金子也值很多錢的說… 因此能不能有一種方法，讓工人可以對金塊進行加工（delegate processing of your data），但是不能得到任何金子（without giving away access to it）？當然有辦法啦，Alice可以這麼做：
- Alice將金子鎖在一個密閉的盒子裡面，這個盒子安裝了一個手套。
- 工人可以帶著這個手套，對盒子內部的金子進行處理。但是盒子是鎖著的，所以工人不僅拿不到金塊，連處理過程中掉下的任何金子都拿不到。
- 加工完成後。Alice拿回這個盒子，把鎖開啟，就得到了金子。
這個盒子的樣子大概是這樣的：
這裡面的對應關係是：
- 盒子：加密演算法
- 盒子上的鎖：使用者金鑰
- 將金塊放在盒子裡面並且用鎖鎖上：將資料用同態加密方案進行加密
- 加工：應用同態特性，在無法取得資料的條件下直接對加密結果進行處理
- 開鎖：對結果進行解密，直接得到處理後的結果
資料來源：https://www.zhihu.com/question/27645858/answer/37598506
2 同態加密在聯邦計算中的應用
隨著區塊鏈、隱私計算等新興領域的發展及其對隱私保護的更高要求，同態加密也被應用到了更為豐富的領域。華為可信智慧計算TICS在聯邦資料分析中引入同態加密，以保證計算過程的安全。
引入同態加密之前，TICS採用傳統的對稱和非對稱加密相結合的演算法，保證資料傳輸過程的安全。密文資料到聚合器(aggregator)節點進行多方計算時需要先解密，計算完成後再加密傳輸出去，實現了資料傳輸的安全，但是不能保證計算的安全，因此需要引入同態加密。
引入同態加密前的計算過程：
引入同態加密後的計算過程：
在TICS中使用同態加密
聯盟管理頁面，管理員開啟“高階別隱私保護” 。 當開啟之後，sql語句中如果存在Paillier同態加密演算法支援的運算， 則該運算會採用同態密文計算，其他的計算過程不變。
建立作業，執行對應sql作業。
執行作業，可以看到TICS系統的DAG圖中，展示了同態加密的全部過程。 輸出結果與非同態場景一致。
