أعلن مؤسس الإيثيريوم المشارك Vitalik Buterin في 28 يوليو على مدونته الرسمية عن المقال الثاني من سلسلة تعنى بتشويش/خلط تقنيات التشفير، حيث يشرح إطار بروتوكول「Diamond iO」。 وبالمقارنة مع أزمنة التشغيل «المستوى المجري» التي تتطلبها بروتوكولات iO السائدة، نجح Diamond iO في خفض التعقيد إلى «المستوى الكوكبي»، ويعتقد Vitalik أنه بعد إجراء بضع تحسينات محورية، قد تصبح بعض حالات الاستخدام المحددة قابلة للتطبيق التجاري.
اختراقات معمارية في Diamond iO: كثافة تشغيل بمستوى كوكبي
（المصدر: Vitalik.eth）
عادةً ما تنفّذ تقنيات iO التقليدية عمليات التشفير المتماثل الكامل (FHE) داخل التشفير المشفّر بالسمات (ABE)، ثم تستخدم مكدسات متتالية من «أبراج» بروتوكولات لضمان أن يقوم المقيِّمون بفك التشفير فقط بعد تنفيذهم الصحيح. إلا أن هذا النوع من البنية يفرض عبئًا حسابيًا مدمرًا. يعالج Diamond iO هذه المشكلة عبر تعديلين رئيسيين على مخطط BGG+14 ABE: إدخال آلية جديدة لفك تشفير FHE المشروط، وآلية جديدة لتوليد ترميز الإدخال، ما يؤدي إلى خفض كبير في شدة الحساب، لتصبح تقريبًا مساوية لشدة تشفير الوظائف (FE).
في سير العمل، يحصل المقيِّم على قطع/مساعدات، وتشفير FHE للإدخال المخفي z، وبتات الإدخال العامة x ومفتاح فك تشفير FHE ذي مقياس صغير s؛ وتستفيد الاتفاقية بذكاء من «مُشغِّل الإزاحة اليسرى على مستوى الدلاء (Bucket-wise left shift)» لتوسيع أوزان البتات وتفادي الانفجار في الأخطاء، وفي النهاية يتم استخراج النتيجة عبر «الباب الفخّ (Trapdoor)»، حيث لا يتيح هذا الباب إلا عمليات تمرير الحسابات ذات شكل الدارة التي نُفِّذت بشكل صحيح.
افتراضات الأمان: Evasive LWE و All-product LWE لمنع هجمات التصفير
أكثر أجزاء Diamond iO إثارة للجدل لكنها أيضًا الأكثر ابتكارًا هي آلية توليد ترميز الإدخال، والتي تعتمد على افتراضين تشفيريين أحدث نسبيًا: Evasive LWE المقدم من Wee22، و All-product LWE الخاص بـ Diamond iO. تمنع هذان الافتراضان بشكل فعّال قيام المقيِّمين بكشف الأسرار عبر طرائق مثل الطرح/المقارنة، متجنبة «هجمات التصفير (Zeroizing attacks)» التي أُطاحت بها سابقًا عدة بروتوكولات تشويش مبكرة.
في جانب الأمان، تستخدم الاتفاقية تقنية «PROM bootstrap»: بحيث يحتوي الإدخال المخفي z على السر الحقيقي ومفتاح PRF عشوائي، ثم تُحسب دالة جديدة مع إزاحة، وبعدها يتم التعامل معها عبر تجزئة XOR (التجزئة الحصرية-أو)، ما ينجح في تحويل تشويش/خلط الوظيفة شبه العشوائية إلى تشويش/خلط قابل للتعميم ضمن بروتوكول iO.
يعترف Vitalik بأن هذه الافتراضات جديدة نسبيًا وتحتوي على بعض المخاطر، وأنه في المستقبل ما زال يتعين على مجتمع التشفير بذل المزيد من الجهد لإجراء تحليل أمني والتحقق.
اتجاهات تحسين مستقبلية: PRF أكثر كفاءة وبروتوكولات FHE متقدمة وتحسينات تكامل STARK
تواجه Diamond iO حاليًا اختناقات في الأداء تشمل: تكلفة التقييم BGG+ (حاصل ضرب ABE و FHE)، وإعتماد استخدام PRF الداخلي بشكل عميق على طول الإدخال عبر شجرة Goldreich PRG، والقدرة على تحمل دوائر منخفضة العمق فقط لمنع تراكم الأخطاء، والحاجة إلى استخدام معاملات أمان كبيرة على مستوى شبه أسّي. وتتمثل اتجاهات التحسين المستقبلية التي طرحها Vitalik فيما يلي:
· استخدام PRF أكثر كفاءة بدلًا من شجرة Goldreich
· تبديلها ببروتوكولات FHE أكثر تقدمًا (مثل BGV/CKKS أو packed GSW)
· دمج طبقتَي ABE و FHE بشكل أكبر لتقليل التكلفة
· تحسين مخصص لـ「iO البرنامج الكامل」 المرتبط بإثباتات STARK
وفي نهاية المقال، قال Vitalik إن أكبر قيمة في Diamond iO تكمن في أن بنيته بسيطة نسبيًا وسهلة التحليل؛ إذ لا يحتاج المطورون إلى الإحاطة بكل التراكيب المعقدة التي ظهرت خلال الـ 20 عامًا الماضية لفهم جوهرها. كما يأمل أن تجذب هذه المقالة المزيد من الباحثين إلى تحليل الأمان وتحسين الكفاءة.
الأسئلة الشائعة
ماذا تعني درجة التعقيد «بمستوى كوكبي» في Diamond iO بشكل ملموس؟
وصف Vitalik في المقال أزمنة التشغيل التي تتطلبها بروتوكولات iO التقليدية بمستوى «مجرّي (Galactic)»، مشيرًا إلى كمية حسابية تستغرق وقتًا أطول من عمر الكون. وقد نجح Diamond iO في خفض التعقيد إلى «مستوى كوكبي (Planetary)»، ومع أن هذا لا يزال غير قابل للتحقيق في ظل ظروف الأجهزة الحالية، فإنه قد اختصر بوضوح المسافة من النظرية إلى التطبيق العملي. ويعتقد Vitalik أنه بعد إجراء بضع تحسينات محورية، قد تصبح بعض حالات الاستخدام المحددة قابلة للتطبيق التجاري.
على أي افتراضين تشفيريين يعتمد Diamond iO، وما المشكلات التي يحلانها؟
يعتمد Diamond iO على Evasive LWE (المقدم من Wee22) و All-product LWE (الخاص بـ Diamond iO). تمنع هذه الافتراضات بشكل فعّال المقيِّمين من تسريب الأسرار عبر طرق مثل الطرح/المقارنة، متجنبة «هجمات التصفير (Zeroizing attacks)» التي أُطاحت بها سابقًا مرارًا في بروتوكولات تشويش مبكرة. ويقر Vitalik بأن هذه الافتراضات جديدة نسبيًا، وأنه في المستقبل يلزم مجتمع التشفير بإجراء المزيد من التحليل الأمني.
ما أبرز اختناقات الأداء التي يواجهها Diamond iO حاليًا؟
تشمل أبرز الاختناقات: تكلفة تقييم BGG+ (حاصل ضرب ABE و FHE)، واعتماد استخدام PRF الداخلي على عمق شديد على طول الإدخال عبر شجرة Goldreich PRG، والقدرة على احتواء دوائر منخفضة العمق فقط لتجنب انفجار الأخطاء، والحاجة إلى استخدام معاملات أمان شبه أسّية كبيرة؛ وتشمل اتجاهات التحسين التي اقترحها Vitalik استخدام PRF أكثر كفاءة، وبروتوكولات FHE متقدمة (مثل BGV/CKKS)، ودمج طبقتَي ABE و FHE.
