Vitalik Buterin, salah satu pendiri Ethereum, pada 28 Juli memublikasikan artikel ke-2 dari rangkaian tulisan resmi tentang obfuscation kriptografi di blog resminya, yang mengurai arsitektur protokol “Diamond iO”. Dibandingkan dengan waktu komputasi “skala galaksi” yang dibutuhkan oleh protokol iO arus utama, Diamond iO berhasil menurunkan kompleksitas menjadi “skala planet”. Vitalik menilai bahwa dengan hanya beberapa optimasi kunci, sebagian kasus penggunaan tertentu berpotensi mencapai penerapan komersial.
Terobosan arsitektur Diamond iO: kekuatan komputasi “skala planet”
(Sumber: Vitalik.eth)
Teknologi iO tradisional biasanya menjalankan operasi Fully Homomorphic Encryption (FHE) di dalam ABE (attribute-based encryption), lalu memastikan evaluator hanya dapat mendekripsi setelah mengeksekusi dengan benar melalui “menara protokol” yang tersusun berlapis-lapis. Arsitektur ini membawa beban komputasi yang menghancurkan. Diamond iO menyelesaikan masalah ini melalui dua modifikasi inti pada skema BGG+14 ABE: memperkenalkan mekanisme dekripsi bersyarat FHE yang baru, serta mekanisme generasi encoding input yang baru, sehingga total kekuatan komputasi turun secara signifikan hingga kira-kira setara dengan Function Encryption (FE).
Dalam alur kerja, evaluator memperoleh bantuan (auxiliary item), enkripsi FHE dari input tersembunyi z, kunci dekripsi FHE untuk bit input publik x, serta nilai parameter rentang kecil (low range) s; protokol secara cerdik memanfaatkan “bucket-wise left shift” untuk menskalakan bobot bit guna menghindari ledakan galat, dan akhirnya mengekstrak hasil melalui “trapdoor”. Trapdoor ini hanya melepas hasil untuk eksekusi operasi yang bentuk sirkuitnya benar.
Asumsi keamanan: Evasive LWE dan All-product LWE untuk mencegah serangan nol-balik (zeroing)
Bagian Diamond iO yang paling kontroversial sekaligus paling inovatif adalah mekanisme generasi encoding input-nya. Ia bergantung pada dua asumsi kriptografi yang relatif baru: Evasive LWE yang diajukan oleh Wee22, serta All-product LWE yang unik untuk Diamond iO. Dua asumsi ini secara efektif mencegah evaluator membocorkan rahasia melalui teknik seperti pengurangan, sehingga menghindari “serangan zeroing” yang berkali-kali menggagalkan protokol obfuscation awal.
Dari sisi keamanan, protokol memakai teknik “PROM bootstrap”: membuat input tersembunyi z memuat rahasia sesungguhnya dan kunci PRF acak, lalu menghitung fungsi baru dengan offset, kemudian memprosesnya melalui XOR hashing. Hasilnya, obfuscation terhadap fungsi pseudo-acak diubah menjadi iO protokol umum.
Vitalik mengakui bahwa asumsi-asumsi ini relatif baru dan memiliki tingkat risiko tertentu; ke depan, komunitas kriptografi masih perlu mencurahkan lebih banyak usaha untuk analisis dan verifikasi keamanan.
Arah optimasi ke depan: PRF yang lebih efisien, protokol FHE tingkat lanjut, dan optimasi integrasi STARK
Diamond iO saat ini menghadapi hambatan performa berikut: biaya evaluasi BGG+ (perkalian ABE dan FHE), pohon Goldreich PRG yang pemakaiannya sangat bergantung pada panjang input (input length), hanya dapat menoleransi sirkuit dengan kedalaman rendah untuk mencegah akumulasi galat, serta kebutuhan menggunakan parameter keamanan sub-eksponensial yang besar. Arah optimasi yang diajukan Vitalik adalah sebagai berikut:
· Menggunakan PRF yang lebih efisien untuk menggantikan pohon Goldreich
· Mengganti ke protokol FHE yang lebih maju (misalnya BGV/CKKS atau packed GSW)
· Menggabungkan lebih lanjut lapisan ABE dan FHE untuk menurunkan biaya
· Mengoptimalkan secara spesifik “program lengkap iO” yang digabungkan dengan pembuktian STARK
Di bagian akhir artikelnya, Vitalik menyatakan bahwa nilai terbesar Diamond iO terletak pada struktur yang relatif sederhana dan mudah dianalisis. Para pengembang tidak perlu menguasai semua konstruksi kompleks dari 20 tahun terakhir untuk memahami inti; ia berharap artikel ini dapat menarik lebih banyak peneliti untuk terjun pada analisis keamanan dan optimasi performa.
Pertanyaan yang sering diajukan
Kompleksitas “skala planet” Diamond iO secara spesifik berarti apa?
Dalam artikelnya, Vitalik menyebut waktu komputasi yang dibutuhkan protokol iO tradisional sebagai “skala galaksi (Galactic)”, yang berarti jumlah komputasi yang lebih lama dari umur alam semesta. Diamond iO berhasil menurunkan kompleksitas menjadi “skala planet (Planetary)”. Walaupun masih tidak mungkin dilakukan dengan kondisi perangkat keras saat ini, hal itu secara signifikan mempersingkat jarak dari teori ke praktik. Vitalik menilai bahwa setelah beberapa optimasi kunci, sebagian kasus penggunaan tertentu berpotensi mencapai penerapan komersial.
Diamond iO bergantung pada dua asumsi kriptografi baru apa, dan masalah apa yang diselesaikannya?
Diamond iO bergantung pada Evasive LWE (dikemukakan oleh Wee22) dan All-product LWE (unik milik Diamond iO). Dua asumsi ini secara efektif mencegah evaluator membocorkan rahasia melalui metode seperti pengurangan, sehingga menghindari “serangan zeroing (Zeroizing attacks)” yang berkali-kali mengalahkan protokol obfuscation awal sebelumnya. Vitalik menyebut bahwa asumsi-asumsi ini relatif baru, sehingga ke depan perlu ada lebih banyak analisis keamanan dari komunitas kriptografi.
Hambatan performa utama apa yang saat ini dihadapi Diamond iO?
Hambatan utama meliputi: biaya evaluasi BGG+ (perkalian ABE dan FHE), pohon Goldreich PRG internal yang kedalamannya bergantung pada panjang input, hanya dapat menoleransi sirkuit dengan kedalaman rendah untuk mencegah ledakan galat, serta kebutuhan menggunakan parameter keamanan sub-eksponensial yang besar. Arah perbaikan yang disarankan Vitalik meliputi PRF yang lebih efisien, protokol FHE tingkat lanjut (seperti BGV/CKKS) serta penggabungan lapisan ABE dan FHE.
