FHE 智能合約的實際應用

保密智能合約簡介

全同態加密為智能合約帶來全新應用範式，允許合約在不洩露底層資訊的前提下，直接對加密資料進行運算，確保資料本身不會暴露於區塊鏈網路或合約邏輯。傳統智能合約本質透明，所有參數、狀態變數與計算步驟對網路參與者均完全可見。這種透明性雖增強了可稽核性，但使得對高度保密需求的場景無法實現，例如金融交易、醫療紀錄、供應鏈資料以及身份憑證等領域，過度透明反而將產生潛在風險。

融合全同態加密技術後，智能合約能安全運算加密輸入，同時維持分散式應用所要求的可驗證執行特性。這種合約類型稱為「保密智能合約」，其行為與傳統合約類似，但處理過程全無資料外洩。合約以密文作為輸入，直接執行密文計算並回傳加密結果，僅資料擁有者能解密輸出，既保護了隱私，也充分發揮區塊鏈不可竄改性與共識機制的優勢。

FHE 智能合約的架構

支援 FHE 的智能合約在架構上與傳統合約有顯著不同，最大差異在於資料的流轉方式。用戶會以公鑰於本地加密資料後，提交至區塊鏈，這些密文即成為鏈上合約邏輯的輸入。與零知識證明系統僅證明正確性卻不披露內容的模式不同，FHE 技術允許合約直接對加密資料全面運算。

FHE 智能合約多採三層架構：第一層是資料擁有者於鏈下完成的加密與解密程序；第二層為合約執行環境，經同態函數對密文進行算術或邏輯運算；第三層則為驗證機制，確保結果完整且準確。根據不同實作方案，驗證過程可能結合零知識證明等額外加密技術，以確保計算的忠實性。

此種架構需新增傳統智能合約框架中所未具備的原語，例如用同態加法、乘法和布林閘取代傳統算術運算，並需專用金鑰管理系統同時支援加密金鑰（給用戶）及評估金鑰（給合約）。這些元件的高效且安全管理，是讓 FHE 能在去中心化環境下實現實用化的關鍵環節。

FHEVM 模型

在既有區塊鏈生態系整合全同態加密的代表性實踐，就是由 Zama 團隊開發的 FHEVM。FHEVM 對以太坊虛擬機（EVM）進行調整，使其具備處理加密資料的能力，並引入加密狀態變數、加密交易以及專為密文設計的操作碼，讓合約能直接對密文執行邏輯運算而無需解密。該模型不僅保有對現有 EVM 工具的相容性，還增添了一層資料隱私保護。

於 FHEVM 架構下，每個合約都維持加密化的狀態，意味即使數值儲存於鏈上，外界依然無法讀取明文。使用者於交易提交時，會透過公開評估金鑰加密數據後上鏈，智能合約再藉由 FHE（多採 TFHE，因其在邏輯閘運算上的效率）所定義的同態操作處理密文，輸出結果同樣為加密資料，最終由用戶金鑰本地解密。

FHEVM 的最大創新是將加密運算與驗證程序分離。即使區塊鏈無法讀取明文，密文運算的決定性仍可用來驗證合約邏輯正確性。這結合共識機制，使所有節點能在不接觸底層數據下，維持一致的加密狀態。

協同處理器與鏈下執行

直接於鏈上執行全同態計算在計算資源消耗及 gas 費上目前仍十分昂貴。為因應此困難，各種架構引入了鏈下協同處理器。該模型下，區塊鏈僅記錄加密輸入與狀態轉換，而大規模計算則在專為 FHE 最佳化的鏈下環境完成，協同處理器在計算結束後會將加密結果回傳鏈上以更新狀態。

這種分工方式與零知識 Rollup、樂觀 Rollup 等架構類似，能將執行與共識分離以提升可擴展性。對 FHE 智能合約而言，協同處理器可處理包括加密機器學習推論、多方運算等更複雜工作負載，而基礎區塊鏈層則無需承擔沈重加密計算。Fhenix 等專案正積極推進此設計，將 FHE Rollup 整合至以太坊，以打造兼具保密與信任極小化的執行環境。

面臨的主要挑戰在於如何驗證鏈下運算結果的正確性並維持無信任特性。可驗證計算以及零知識證明等技術，能與 FHE 相輔相成，讓區塊鏈能在無法取得明文情況下，驗證加密結果確屬有效。此混合方法融合多種隱私保護技術優勢，推動安全與可擴展的保密合約系統發展。

金鑰管理與存取控制

金鑰管理是部署 FHE 智能合約最重要的關鍵之一。與傳統加密（金鑰均由單一用戶控管）不同，FHE 需嚴謹管理多種金鑰。用戶以公鑰加密資料輸入，合約則用同組金鑰對的評估金鑰進行計算。解密所需的私鑰只掌握在用戶手上，確保區塊鏈在任何時刻都無法觸及明文資料。

這樣的設計帶來若干挑戰。當每位用戶各自持有私鑰時，多用戶如何共同參與一份合約？可行作法包括閾值 FHE，要求多方協作才能解密，避免單一用戶可獨力解密敏感資料；或生成共享評估金鑰，允許群體操作但不影響個別隱私。這兩種模式目前在去中心化領域積極研究，重心放在提升互操作性與信任最小化。

一旦資料已加密，存取控制也變得更複雜。傳統基於明文屬性的權限檢查無法再用，必須改以同態運算方式評估加密政策或加密標籤。此領域仍屬發展早期，現有實驗設計正嘗試將屬性基加密與 FHE 結合，以實現保密智能合約中的精細化權限控管。

FHE 智能合約的應用場景

對加密資料計算的能力，開啟了傳統透明區塊鏈無法達成的全新去中心化應用。於去中心化金融（DeFi）領域，FHE 能實現保密借貸市場，讓抵押品價值與貸款條件皆可保密卻持續執行。自動化做市商可進行交易但無需洩漏流動性部位或策略，有效減輕搶先交易與礦工可提取價值等風險。

治理面向則藉由全同態加密，支援 DAO 內的隱私投票。成員可遞交加密選票，智能合約同態計票後產生既可驗證又具保密性的投票結果。此機制能兼顧投票者隱私與決策過程的公正透明。

除金融及治理外，FHE 亦為去中心化身份管理與健康資料管理提供新可能。個人可證明身份或分享醫療見解而不必揭露敏感資料底層內容。AI 模型能於加密資料上進行運算，促進協作式機器學習，讓資料擁有者與模型供應者都不必外洩自身專有資產。

效能考量與現有限制

即便前景廣闊，全同態加密相較於傳統加密技術甚至零知識證明，計算資源需求仍相當高。同態運算、尤其是乘法與自舉運算的高成本，會嚴重影響交易吞吐量與 gas 支出。現階段應用多集中於交易量低但隱私需求強的場景，如機構級 DeFi 或私密治理機制。

技術與硬體加速的持續突破正在逐步降低這些障礙，TFHE 的亞毫秒級自舉運算技術及專屬同態處理單元已大幅減少延遲，混合型架構則能將運算分流至協同處理器或 Rollup 系統。然而，整體技術尚處早期，廣泛採用仍需仰賴效能持續優化與跨庫標準化。

開發可近性亦是一大門檻。雖然 TFHE-rs、Fhenix 等 SDK 已降低入門難度，但要建構 FHE 應用仍需掌握噪音預算、密文封裝、金鑰管理等專業知識。開發抽象層與成熟工具，對推動保密智能合約成為區塊鏈主流開發選項至關重要。