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# crypto-lab-fhe-arena ## 1. 它是什么 FHE Arena 展示了 BGV (Brakerski-Gentry-Vaikuntanathan, 2012) 和 BFV (Fan-Vercauteren, 2012) —— 这两种部署最广泛的整数全同态加密 (Fully Homomorphic Encryption) 方案。两者都对整数进行加密，并支持直接在密文上进行加法和乘法，允许服务器在不进行解密的情况下对加密数据进行计算。核心挑战在于噪声预算：每次操作都会给密文增加噪声，当噪声超过阈值时，解密就会失败。BGV 通过模数切换来管理此问题；BFV 则通过重缩放。本演示是 Blind Oracle (TFHE 比特级 FHE) 的整数 FHE 配套项目。 ## 2. 何时使用 - ✅ BFV：加密整数算术，简单到中等的计算深度，最易于上手的起点 (Microsoft SEAL 默认方案) - ✅ BGV：需要更多乘级深度的深度计算，针对加密整数的统计工作负载 - ✅ 两者皆可：加密数据库查询、隐私基因组学、加密投票计票、针对整数数据的隐私机器学习推理 - ❌ 两者都不适用于加密浮点数 / 近似算术 —— 请使用 CKKS (参见 crypto-lab-ckks-lab) - ❌ 如果没有自举，两者都不支持无限的计算深度 (开销极大 —— 请仔细规划您的电路深度) - ❌ 在没有 GPU 加速的情况下，对于深层电路仍无法用于实时应用 (2024 年的最先进水平) ## 3. 在线演示 链接： 演示中的每一个数字都是由真实的 (玩具参数) BFV 引擎通过真正的负循环 环算术计算出来的 —— 绝无造假。该实验室旨在*教学*，因此隐藏的机制被直观地展示出来： - **实时的解密等式。** 展项 2 完全展示了密钥恢复的内容：`c0 + c1·s = Δ·m + e`。您可以看到纯净的信号 `Δ·m`、实际恢复的值以及噪声 `e` —— 从而让“噪声”不再抽象。 - **以比特为单位的噪声预算。** 每个仪表都以*比特*为单位报告预算 (类似于 Microsoft SEAL 的 `invariant_noise_budget`)，采用健康 → 偏低 → 失败的颜色编码，并配有直观的进度条。 - **测量值而非断言。** 展项 3 记录每次操作后*实际测量到*的噪声和预算，并将其绘制在实时图表上 —— 加法步骤平缓延伸，每次乘法则呈现悬崖式下跌。一个“乘至崩溃”按钮生动展示了其向解密失败底线崩塌的过程。 - **坦诚面对失败。** 当预算耗尽时，演示会显示*实际的* (已损坏) 解密结果，并解释预算是对整个密文的保证 —— 单个槽位可能会巧合地幸存，而其余部分全是乱码。绝不会为了看起来像坏了而弄虚作假。 - **展示语义安全性。** 对同一个值加密两次，观察密文如何产生天壤之别，同时两者仍能正确解密 —— 这是 IND-CPA 随机化加密的具体演示。 - **展示自举。** 耗尽预算，然后按下 *Bootstrap*，看着它瞬间恢复满格 —— 并附有一条坦诚的提示：真实的自举是以同态方式 (无需密钥) 刷新噪声，并且必须在溢出*之前*运行，而不是之后。 - **直观体验参数权衡。** 基于真实的同态加密标准 (128 位安全性) 的滑块，展示了更大的度 `n` 如何换取更大的模数 `q` → 更高的乘法深度 → 但操作速度会变慢。 - **实时的隐私计算。** 投出十张秘密的赞成/反对选票，对其进行加密，同态地对密文求和，然后*仅解密总计结果* —— 这是 FHE 的标志性应用，可进行端到端验证，且绝不会透露任何个人投票。 - **验证徽章。** 加密结果会与明文算术进行对比，并带有 ✓/✗ 徽章，让同态的收益一目了然。 六个展项：核心理念 (在锁箱上进行计算，并附带客户端/服务器信任图解)；使用直观的 `Δ·m + e` 揭示和语义安全演示进行加密-加法-解密；带有实时图表、生动的“乘至崩溃”以及自举刷新功能的噪声预算可视化工具；乘法、重线性化 (2→3→2 密文组件) 和 SIMD 批处理；BGV vs BFV vs TFHE 对比表、决策树和交互式参数探索器；以及以现场加密计票为高潮的真实 FHE 部署案例。 ## 4. 如何在本地运行 ``` git clone https://github.com/systemslibrarian/crypto-lab-fhe-arena cd crypto-lab-fhe-arena npm install npm run dev ``` ## 5. Crypto-Lab 套件的一部分 它是 [crypto-lab](https://systemslibrarian.github.io/crypto-lab/) 的一部分 —— 基于浏览器的密码学演示，涵盖了从 2500 年的密码学历史到 NIST FIPS 2024 后量子标准。 你们或吃或喝，无论做什么，一切都要为上帝的荣耀而行。——《哥林多前书》10:31

标签：BFV, BGV, WebAssembly, 全同态加密, 密码学, 手动系统调用, 数据加密, 数据可视化, 暗色界面, 自动化攻击, 隐私计算