Principes fondamentaux du chiffrement homomorphe

Introduction à l’encryption homomorphe

L’encryption homomorphe est une technique cryptographique permettant d’effectuer des calculs directement sur des données chiffrées, sans qu’il soit nécessaire de les déchiffrer. Les résultats produits restent chiffrés et ne peuvent être révélés qu’après déchiffrement par le détenteur de la clé appropriée. Cette caractéristique est capitale, car elle donne la possibilité de traiter des informations sensibles tout en assurant leur confidentialité durant l’ensemble du processus de calcul. Si l’idée d’opérer sur des textes chiffrés remonte aux années 1970, c’est la construction en 2009 par Craig Gentry d’un schéma d’encryption entièrement homomorphe (FHE) qui l’a fait passer du stade théorique à une piste de recherche concrète et prometteuse.

Les schémas d’encryption homomorphe se répartissent en trois grandes catégories. L’encryption partiellement homomorphe (PHE) prend en charge soit l’addition, soit la multiplication, mais pas les deux opérations. RSA et ElGamal en sont des exemples. L’encryption quelque peu homomorphe (SHE) permet d’effectuer les deux types d’opérations, mais leur usage devient vite limité pour des calculs longs à cause d’une accumulation excessive de bruit. Enfin, l’encryption entièrement homomorphe offre la possibilité de réaliser n’importe quel calcul sur des données chiffrées ; elle est donc la plus puissante, bien que la plus exigeante en ressources informatiques.

La FHE se distingue par sa capacité à maintenir le chiffrement à toutes les étapes du traitement des données. Les solutions cryptographiques classiques sécurisent les informations pendant leur stockage ou leur transit, mais exigent un déchiffrement lors de leur traitement, ce qui les expose à des risques de fuite ou d’abus. La FHE résout ce problème en garantissant que les données restent toujours chiffrées, même pendant les calculs actifs, ce qui présente un avantage majeur dans des environnements distribués et non fiables comme les blockchains publiques.

Pourquoi l’encryption entièrement homomorphe est essentielle pour la blockchain

La blockchain repose sur la transparence : chaque transaction et chaque exécution de contrat sont accessibles à tous les participants du réseau. Si cette ouverture inspire confiance et facilite la vérification, elle s’avère problématique pour les usages nécessitant de la confidentialité. Transactions financières, données médicales, identités ou archives d’entreprise ne peuvent être rendus publics, tout en exigeant un traitement sécurisé. L’encryption entièrement homomorphe apporte une réponse adaptée, permettant des calculs confidentiels sans compromettre l’exactitude et la vérifiabilité des résultats.

Ce progrès devient particulièrement visible lorsqu’on compare la FHE aux autres méthodes de préservation de la vie privée sur blockchain. Les preuves à divulgation nulle de connaissance (ZKP) permettent à une partie de démontrer la connaissance d’une valeur ou la validité d’un calcul sans en révéler le contenu, mais la séparation des rôles de preuveur et de vérificateur reste nécessaire ; cette solution convient surtout aux preuves ciblées, moins à des workflows complexes. Le calcul multipartite sécurisé (MPC) divise le calcul entre différents participants, ce qui évite qu’une seule entité détienne l’intégralité des données, mais ce mode de fonctionnement exige une coordination supplémentaire et suppose la confiance dans le réseau. La FHE s’affranchit de ces contraintes : elle autorise un calcul unique sur des entrées chiffrées, sans divulgation à aucun intermédiaire, y compris le contrat intelligent lui-même.

Cette distinction influence directement la finance décentralisée (DeFi) et les organisations autonomes décentralisées (DAO). Dans la DeFi, les marchés de prêts et les market makers automatisés affichent en public toutes les positions et enchères, rendant les stratégies avancées transparentes et vulnérables au front-running. Les DAO, quant à elles, exposent les choix et préférences des membres, ce qui peut nuire à la confidentialité des processus de gouvernance. Grâce à l’application de la FHE, les opérations financières et gouvernance peuvent se dérouler de façon privée sur la blockchain, seuls les résultats chiffrés étant dévoilés lorsque cela s’avère nécessaire.

Évolution historique et jalons majeurs

Le développement de l’encryption entièrement homomorphe a commencé des décennies avant de devenir un sujet pratique de recherche. Les premières publications cryptographiques évoquaient la possibilité d’effectuer des calculs sur des données chiffrées, mais faisaient face à des limitations techniques. La véritable avancée est survenue en 2009 lorsque Craig Gentry a proposé le premier schéma FHE, bâti sur la cryptographie des réseaux et une approche nommée « bootstrapping ». Ce processus permettait de rafraîchir les textes chiffrés bruités, autorisant ainsi une profondeur de calcul illimitée. Toutefois, la construction initiale de Gentry s’avérait très coûteuse en ressources, nécessitant plusieurs heures pour des calculs simples.

La recherche a ensuite permis d’accroître l’efficacité et la praticité des schémas FHE. Les schémas BGV et BFV ont optimisé les calculs sur les entiers, tandis que CKKS a introduit l’arithmétique approximative, utile notamment pour les applications d’apprentissage automatique sur données chiffrées. Les modèles TFHE et FHEW ont accéléré la vitesse de traitement en se concentrant sur les opérations au niveau du bit et sur le bootstrapping rapide. Couplées à l’accélération matérielle des GPU et FPGA, ces innovations ont progressivement levé les barrières de performance, transformant la FHE d’un concept académique en une technologie prêt à l’usage.

L’émergence de la technologie blockchain, parallèlement à la recherche sur la FHE, a permis une intersection naturelle ; les blockchains offrent une exécution ouverte et vérifiable, la FHE préserve la confidentialité des données au sein de ces systèmes. Dès 2023, des projets comme fhEVM de Zama et les rollups confidentiels de Fhenix ont prouvé que la FHE pouvait être intégrée dans les environnements de smart contracts. Ces prototypes comblent le fossé entre théorie cryptographique et pratique blockchain, ouvrant une nouvelle ère pour les applications décentralisées confidentielles.

Pertinence et moteurs de l’adoption

Différents facteurs contribuent à l’engouement pour la FHE dans les smart contracts blockchain. L’intensification des exigences réglementaires en matière de protection des données, à travers des cadres comme le RGPD européen ou la législation américaine émergente, impose des standards stricts quant à la gestion des données personnelles. Les entreprises souhaitant utiliser la blockchain dans des domaines tels que la chaîne logistique, la santé ou la finance ne peuvent se conformer à ces obligations avec des registres complètement transparents. La FHE leur offre une solution conforme, permettant des traitements sur chaîne tout en préservant la confidentialité des données.

La progression de la tokenisation d’actifs tangibles et de la DeFi institutionnelle renforce également la demande de confidentialité. Les grandes institutions financières exigent que la taille des transactions, les contreparties et les stratégies restent secrètes, y compris lors du règlement sur des réseaux publics. Les smart contracts s’appuyant sur la FHE répondent à cette exigence en autorisant la négociation et le règlement privés, tout en garantissant l’auditabilité grâce aux preuves cryptographiques.

Par ailleurs, l’essor de l’IA et du machine learning on-chain accentue la nécessité de calculs chiffrés. Former ou interroger des modèles sur des ensembles de données sensibles, comme des dossiers médicaux ou des algorithmes propriétaires, suppose un maintien constant de la confidentialité. Grâce à la FHE, de tels traitements sont envisageables, et ouvrent la voie à des agents IA capables d’opérer de façon sécurisée sur des données chiffrées stockées directement sur la blockchain.

Place dans l’écosystème des technologies de confidentialité

L’encryption entièrement homomorphe ne remplace pas toutes les solutions de protection de la vie privée, mais agit en complément. Les preuves à divulgation nulle de connaissance restent les plus performantes lorsqu’il s’agit de prouver des faits ponctuels, comme la vérification d’un solde ou d’une appartenance sans révéler la donnée. Le calcul multipartite sécurisé excelle dans les situations où plusieurs entités doivent collaborer sans divulguer leurs entrées. La FHE se démarque lorsque les calculs doivent être continus, arbitraires et effectués sur des données chiffrées, sans coordination entre les parties.

Cet équilibre laisse envisager des architectures hybrides pour les futurs smart contracts soucieux de confidentialité. On pourra ainsi utiliser les preuves à divulgation nulle pour authentifier les résultats calculés par FHE, ou combiner la FHE au MPC pour répartir la gestion des clés. Maîtriser la place de la FHE dans ce paysage est un enjeu clé pour les développeurs et architectes qui conçoivent les systèmes de confidentialité dans l’univers décentralisé.