Dieser Artikel ist ein Beitrag der Community. Der Autor ist Kenny Li, Mitbegründer von Manta Network, einem programmierbaren Layer-1-Datenschutzprotokoll auf Basis von Zero-Knowledge-Proof-Technologie.

Die Ansichten in diesem Artikel sind die des Beitragenden/Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten der Binance Academy wider.

TL;DR

Zero-Knowledge Proof (ZKP) ist eine kryptografische Technologie, mit der der Wahrheitsgehalt einer Information überprüft werden kann, ohne die Information selbst preiszugeben. In den Bereichen Blockchain, Kryptowährung und dezentrale Finanzen (DeFi) wird diese Technologie zur Verbesserung von Datenschutz und Sicherheit zunehmend wichtiger.

Viele DeFi-Projekte verwenden bereits ZKPs, um den Benutzern mehr Privatsphäre und Sicherheit bei Diensten wie Kreditvergabe, Kreditaufnahme und Handel zu bieten. Eine Reihe von Layer-1-Blockchains fügen ZKP-basierte Rollups oder zkEVMs hinzu. Es wird erwartet, dass Zero-Knowledge-Proofs in der Welt der Blockchain und des Web3 eine immer wichtigere Rolle spielen werden, da ihre Anwendungen voraussichtlich eine immer größere Verbreitung finden werden.

Wie funktioniert der Zero-Knowledge-Beweis?

Der Zero-Knowledge-Beweis ist eine Methode, mit der eine Partei (der Beweiser) einer anderen Partei (dem Prüfer) beweisen kann, dass eine Aussage wahr ist, ohne zusätzliche Informationen preiszugeben. Dies ist insbesondere dann nützlich, wenn die Informationen vertraulich sind und der Beweiser nicht möchte, dass der Prüfer Zugriff darauf hat.

Der Beweiser liefert einen mathematischen Beweis, den nur er erbringen kann, und der Prüfer kann diesen Beweis verwenden, um die Wahrheit der Aussage zu überprüfen. Er kann den Beweis jedoch nicht verwenden, um die ursprünglichen Informationen zu rekonstruieren.

Stellen Sie sich einen Tunnel mit zwei Eingängen vor, A und B. Eine verschlossene Tür mit einem Geheimcode versperrt den einzigen Weg und verhindert, dass Menschen von einem Ende zum anderen (von A nach B) durch den Tunnel gehen können. Sie kennen den Geheimcode und möchten ihn an Frau X verkaufen, die Zugang zum Tunnel möchte.

Sie möchten, dass sie im Voraus zahlt, bevor Sie ihr den Code verraten, aber sie möchte zuerst, dass Sie beweisen, dass Sie den Code wirklich kennen. In diesem Fall kann sie dies tun, indem sie vor dem Tunnel steht und zusieht, wie Sie durch einen der Eingänge hineingehen und durch den anderen wieder herauskommen. Auf diese Weise wird sie davon überzeugt sein, dass Sie den Geheimcode wirklich kennen.

Erweitertes Zero-Knowledge-Beweisbeispiel

Stellen Sie sich vor, Sie haben einen Freund, der nicht zwischen den Farben Rot und Blau unterscheiden kann. Sie haben zwei Bälle ausgestellt: einen roten und einen blauen. Ihr Freund glaubt jedoch nicht, dass die Bälle voneinander unterschieden werden können. Sie möchten beweisen, dass es sich um unterschiedliche Farben handelt, ohne zu verraten, dass Sie einen roten und einen blauen Ball haben. Tatsächlich möchten Sie überhaupt keine Informationen darüber preisgeben, wie Sie die Bälle unterscheiden.

Wie beweisen wir also, dass sie unterschieden werden können, ohne etwas über den Identifikationsprozess oder die definierenden Merkmale zu wissen? Die Antwort ist einfach. Sie bitten Ihren Freund, die beiden Bälle hinter dem Rücken zu halten, bevor Sie einen zeigen. Dann legt er den Ball hinter seinen Rücken und wählt zufällig (50/50) einen der beiden Bälle aus, um ihn erneut zu zeigen. Beachten Sie, dass Ihr Freund immer weiß, ob er den Ball vertauscht hat.

Ihr Freund wird Sie dann fragen: „Hat sich der Ball getauscht?“, bevor er die Gültigkeit Ihrer Antwort bestätigt. Nachdem Sie Ihre richtige Antwort gegeben haben, könnte Ihr Freund den Verdacht hegen, dass Sie geraten haben. Er wird Sie bitten, dies fünf weitere Male zu tun, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Sie im Experiment jedes Mal richtig geraten haben, wie folgt ist:

Die Chancen stehen schlecht! Um sicherzugehen, wiederholen Sie und Ihr Freund den Vorgang 15 Mal. Die Chancen, dass Sie richtig raten, wären dann:

An diesem Punkt wären Sie fast sicher, dass der Beweis richtig ist. Wenn Sie und Ihr Freund das Experiment unendlich oft wiederholen, tendiert die Wahrscheinlichkeit, dass Sie jedes Mal richtig raten, gegen Null.

Sie haben Ihrem Freund also bewiesen, dass die Kugeln unterscheidbar sind, ohne dass er selbst weiß, wie das funktioniert. Er kann das Ergebnis jedoch getrost akzeptieren.

Warum Zero-Knowledge-Beweise verwenden?

Die Popularität von Zero-Knowledge-Proofs in Blockchain und Krypto wird durch die steigende Nachfrage nach Datenschutz und Sicherheit bei digitalen Transaktionen vorangetrieben. Mit dem Aufstieg der Blockchain-Technologie und der Kryptowährung besteht ein wachsender Bedarf an einer Möglichkeit, Transaktionen zu verifizieren, ohne vertrauliche Informationen preiszugeben – ein Bedarf, den ZKPs erfüllen können.

Zero-Knowledge-Proofs haben in den letzten Jahren mehr Aufmerksamkeit und Interesse auf sich gezogen, da viele Protokolle, die ZKPs verwenden, eingeführt wurden und große Blockchains Zero-Knowledge-Rollups erstellt haben. Ein klares Zeichen für die Popularität von Zero-Knowledge-Proofs war auf der DevCon 2022-Konferenz zu sehen, wo über 20 % aller Vorträge dieser Technologie gewidmet waren.

Wichtige Entwicklungen

Eine wichtige Entwicklung bei Zero-Knowledge-Proofs ist die zunehmende Verwendung von zk-SNARKs, einem bestimmten ZKP-Typ. zk-SNARKs werden in verschiedenen DeFi-Anwendungen weithin übernommen, beispielsweise bei privaten Token-Transaktionen und geschützten Kreditvergaben und -aufnahmen. Eine weitere wichtige Entwicklung bei Zero-Knowledge-Proofs ist der verstärkte Fokus auf Skalierbarkeit und Leistung durch zk-Rollups.

zk-SNARKs

Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge (zk-SNARKs) ist ein spezieller Typ von Zero-Knowledge-Beweis, der die Überprüfung einer Aussage ermöglicht, ohne Informationen über die Aussage selbst preiszugeben.

zk-SNARKs wurden bereits bei Anwendungen wie Zcash und dem Blockchain-basierten Zahlungssystem von JP Morgan Chase verwendet. Es wurde auch verwendet, um Clients sicher gegenüber Servern zu authentifizieren.

Zk-Rollups

Zk-Rollups sind eine Skalierungslösung für Blockchain-Netzwerke, die die Bündelung mehrerer Transaktionen zu einer einzigen, größeren Transaktion erleichtert, die dann in der Blockchain aufgezeichnet wird. Beispielsweise hat BNB Chain 2022 sein auf der Zk-Rollup-Architektur basierendes zkBNB-Testnetz gestartet.

zkBNB kann Hunderte von Transaktionen außerhalb der Kette in einem einzigen Stapel bündeln und einen kryptografischen Beweis generieren, um die Gültigkeit aller Transaktionen nachzuweisen. zk-Rollups bieten ein Gleichgewicht zwischen Skalierbarkeit und Sicherheit und eignen sich für Einstellungen mit hohem Maßstab und geringer Latenz.

Anwendungsfälle für Zero-Knowledge-Beweise

Für Zero-Knowledge-Beweise gibt es viele Anwendungsfälle, von denen einige bereits umgesetzt wurden, andere werden voraussichtlich in der Zukunft Realität. Einige wichtige Anwendungsfälle für ZKP sind:

Digitale Identitätsüberprüfung

Zero-Knowledge-Beweise können verwendet werden, um die Identität von Benutzern zu überprüfen, ohne sensible persönliche Informationen preiszugeben. Dies kann in Anwendungen wie digitalen Wahlsystemen nützlich sein, bei denen die Identität der Wähler überprüft werden muss, ohne ihre Anonymität zu gefährden.

Datenschutzwahrende Transaktionen

Einer der beliebtesten Anwendungsfälle für Zero-Knowledge-Beweise in der Kryptowelt ist die Ermöglichung datenschutzfreundlicher Transaktionen. So verwendet beispielsweise die dezentrale Anwendung (DApp) MantaPay von Manta Network ZKPs, um Benutzern Transaktionen an der dezentralen Börse (DEX) zu ermöglichen, ohne ihre Identität oder Transaktionsdetails preiszugeben. Auf diese Weise können Benutzer ihre Privatsphäre wahren und gleichzeitig die Plattform für Transaktionen nutzen.

Abgeschirmte Transaktionen

Zcash ist eine Kryptowährung, die Zero-Knowledge-Beweise verwendet, um geschützte Transaktionen zu ermöglichen. Bei solchen Transaktionen werden Absender- und Empfängeradressen sowie Transaktionsbeträge aus der öffentlichen Blockchain heraus verborgen, was den Benutzern zusätzliche Privatsphäre bietet.

Tokenisierung und Eigentumsüberprüfung

Zero-Knowledge-Beweise können auch verwendet werden, um Vermögenswerte zu tokenisieren und ihren Eigentumsnachweis zu verifizieren. Beispielsweise kann eine Immobilie tokenisiert werden und jede Partei kann ihren Besitz verifizieren, ohne andere Informationen öffentlich preiszugeben.

Globale Compliance

In einigen Ländern gelten strenge Vorschriften für die Erhebung und Weitergabe von Finanzinformationen, die für dezentrale Plattformen schwer einzuhalten sein können. Zero-Knowledge-Beweise können verwendet werden, um die erforderlichen Informationen mit den Aufsichtsbehörden zu teilen und sie gleichzeitig vor anderen Parteien geheim zu halten.

Dies kann dazu beitragen, die Lücke zwischen dezentralen Plattformen und traditionellen Finanzinstituten zu schließen und es DeFi zu erleichtern, die Vorschriften in verschiedenen Rechtsräumen einzuhalten.

Die Zukunft von Zero-Knowledge-Proofs in Blockchain

Zero-Knowledge-Beweise werden in Zukunft wahrscheinlich neue technologische Innovationen hervorbringen. Einige ZKP-bezogene zukünftige Entwicklungen, die es wert sind, beachtet zu werden, sind:

Kettenübergreifende Datenschutzebenen

Da die Blockchain- und DeFi-Ökosysteme weiter wachsen und sich weiterentwickeln, besteht ein zunehmender Bedarf an Interoperabilität zwischen verschiedenen Blockchain-Netzwerken. Cross-Chain-Datenschutzebenen ermöglichen die Durchführung von Transaktionen in verschiedenen Blockchain-Netzwerken unter Wahrung der Privatsphäre der beteiligten Parteien.

zk-STARKs

Ein weiterer Bereich, auf den man achten sollte, ist die zunehmende Verwendung von zk-STARKs (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge), einer neueren Art von Zero-Knowledge-Beweisen, die als effizienter und sicherer als zk-SNARKs gelten. Ein weiterer Vorteil von zk-STARKs gegenüber zk-SNARKs besteht darin, dass erstere schneller zu verifizieren sind und kein vertrauenswürdiges Setup erfordern.

Benutzerfreundliche Toolkits 

Zero-Knowledge-Proof-Technologie kann komplex sein und nicht jedes Entwicklungsteam verfügt über Fachwissen auf diesem speziellen Gebiet der Kryptografie. Benutzerfreundliche ZKP-Toolkits können helfen, diese Lücke zu schließen und Entwicklern mit unterschiedlichem Hintergrund die Nutzung der Technologie zu erleichtern.

Einschränkungen von Zero-Knowledge-Beweisen

Zero-Knowledge-Beweise stellen eine einzigartige Methode dar, die Wahrheit von Informationen unter Wahrung der Privatsphäre zu überprüfen, bieten jedoch keine 100%ige Garantie. Während die Wahrscheinlichkeit einer Überprüfung, wenn der Beweiser lügt, vernachlässigbar ist, sollten sich Benutzer darüber im Klaren sein, dass ZKPs nicht kugelsicher sind.

Darüber hinaus benötigen die von Zero-Knowledge-Beweisen verwendeten Algorithmen intensive Rechenressourcen. Bei einigen Arten von ZKPs ist intensives Rechnen notwendig, da sie viele Interaktionen zwischen Prüfern und Beweisern erfordern. Bei anderen sind die Algorithmen extrem rechenintensiv, was die Anwendungsmöglichkeiten von ZKPs möglicherweise einschränken könnte.

Abschließende Gedanken

Zero-Knowledge-Proofs gewinnen aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften der Wahrung der Privatsphäre und ihres Skalierungspotenzials schnell an Aufmerksamkeit. Die zunehmende Anwendung dieser Technologie in Blockchain, Kryptowährung und DeFi wird wahrscheinlich zu innovativeren Diensten führen, die den Benutzern große Vorteile bringen. Es wird erwartet, dass Zero-Knowledge-Proofs eine entscheidende Rolle bei der Schaffung sichererer, privaterer und effizienterer DApp-Ökosysteme spielen werden.

Weitere Informationen

• zk-SNARKs und zk-STARKs erklärt

• Blockchain Layer 1 vs. Layer 2 Skalierungslösungen