¿Qué es la prueba de conocimiento cero y cómo garantiza la privacidad en línea? Aprenda qué es y por qué es importante.
Imagina que guardas un secreto y alguien quiere verificar que lo sabes, pero no quieres revelar cuál es realmente el secreto. ¿Cómo es eso posible? Ingrese a las pruebas de conocimiento cero (ZKP), un concepto criptográfico que permite exactamente eso.
Las pruebas de conocimiento cero, a pesar de su nombre que suena complejo, ofrecen una idea simple pero poderosa: demostrar el conocimiento de algo sin revelar los detalles.
Introducidas en la década de 1980, las pruebas de conocimiento cero se han convertido desde entonces en una piedra angular de la criptografía moderna, ofreciendo un camino hacia interacciones digitales seguras y privadas en un mundo cada vez más centrado en los datos.
Entendamos qué es la prueba de conocimiento cero, exploremos cómo funcionan y los diversos campos donde encuentran aplicación.
Tabla de contenido
Prueba de conocimiento cero (ZKP)
¿Cómo funcionan las pruebas de conocimiento cero?
Tipos de pruebas de conocimiento cero
Aplicaciones a prueba de conocimiento cero
Ventajas y desafíos de las pruebas de conocimiento cero
El camino por delante
Prueba de conocimiento cero (ZKP)
Los ZKP son un método criptográfico que permite a una parte, conocida como probador, demostrar a otra parte, el verificador, que posee un conocimiento específico sin revelarlo.
En términos más simples, los ZKP permiten la verificación de información sin revelar su contenido real. Una de las analogías más famosas que ilustran las pruebas de conocimiento cero es el escenario de la “cueva de Ali Baba”:
Imagine una situación en la que una probadora, llamémosla Peggy, quiere demostrarle a un verificador, Víctor, que conoce la contraseña secreta para entrar a una cueva, sin revelar realmente la contraseña misma.
Peggy lleva a Víctor a la entrada de la cueva, entra y luego sale por una ruta diferente. Luego desafía a Víctor a determinar la entrada original que usó.
Si Víctor puede encontrar la entrada original, Peggy revelará la frase de contraseña. Sin embargo, si Víctor no puede encontrar la entrada original, Peggy demuestra con éxito su conocimiento de la frase de contraseña sin revelarla.
En esta analogía, la cueva representa el conocimiento secreto (la frase de contraseña), y la capacidad de Peggy para entrar y salir de la cueva demuestra su conocimiento de la frase de contraseña.
Es importante destacar que Víctor no obtiene conocimiento de la frase de contraseña en sí porque no puede ver qué entrada utilizó Peggy para salir de la cueva.
Este ejemplo refleja cómo las pruebas de conocimiento cero permiten a una parte demostrar el conocimiento de un secreto sin revelar el secreto en sí.
Los ZKP tienen amplias aplicaciones en áreas como la autenticación, los protocolos de preservación de la privacidad y la tecnología blockchain.
¿Cómo funcionan las pruebas de conocimiento cero?
La prueba de conocimiento cero se logra mediante una serie compleja de interacciones. En el centro de los ZKP se encuentran los algoritmos y protocolos matemáticos que permiten esta interacción.
Un tipo común de ZKP es el protocolo interactivo, donde el probador y el verificador participan en una serie de pasos para establecer la validez de la declaración.
Estos pasos están diseñados de tal manera que el verificador pueda estar convencido del conocimiento del probador sin que éste tenga que revelar ninguna información específica.
Por ejemplo, considere un escenario en el que Donald quiere demostrarle a Joe que conoce un número secreto.
Esto se logra mediante una serie de intercambios y cálculos criptográficos que permiten a Joe verificar la exactitud de la afirmación de Donald sin aprender nada sobre el número secreto en sí.
Los ZKP tienen una amplia gama de aplicaciones. Además de los protocolos de autenticación y preservación de la privacidad, los ZKP también se utilizan en la tecnología blockchain.
Por ejemplo, en una red blockchain, los ZKP se pueden utilizar para demostrar la validez de las transacciones sin revelar ninguna información confidencial, como la dirección del remitente o el monto de la transacción.
Tipos de pruebas de conocimiento cero
Las pruebas de conocimiento cero (ZKP) vienen en varios tipos, cada una de las cuales tiene propósitos específicos y ofrece ventajas únicas.
Los dos tipos principales incluyen ZKP interactivos y no interactivos, y algunos más, cada uno con sus propias características y aplicaciones.
Pruebas interactivas de conocimiento cero (ZKIP): las ZKP interactivas requieren que el probador y el verificador participen en una serie de interacciones para validar la prueba. El verificador presenta impugnaciones o preguntas al probador, quien debe responder correctamente en función de su posesión de la información secreta. Un ejemplo es el protocolo de Schnorr, utilizado para demostrar el conocimiento de un logaritmo discreto sin revelarlo.
Pruebas de conocimiento cero no interactivas (NIZK): las ZKP no interactivas, introducidas en 1988, eliminan la necesidad de interacción mediante el uso de algoritmos criptográficos basados en parámetros previamente acordados. Los probadores ingresan su información en un algoritmo para generar una prueba, que luego el verificador verifica utilizando otro algoritmo. Si bien son más eficientes, los NIZK requieren un uso intensivo de computación. Los ejemplos incluyen zk-SNARK y zk-STARK.
zk-SNARK (Argumento de conocimiento no interactivo, sucinto y de conocimiento cero): los zk-SNARK permiten a un verificador validar una declaración sin conocer detalles adicionales al respecto. Son concisos, no interactivos y satisfacen el requisito de “solidez”, lo que hace poco probable que se hagan trampas. Los zk-SNARK se utilizan en proyectos como zkSync y Polygon zkEVM.
zk-STARK (Argumento de conocimiento transparente escalable y de conocimiento cero): los zk-STARK son similares a los zk-SNARK pero ofrecen escalabilidad y transparencia. Son más rápidos para testigos de mayor tamaño y dependen de una aleatoriedad verificable públicamente en lugar de una configuración confiable. StarkNet utiliza zk-STARK para lograr escalabilidad y transparencia en sus operaciones.
Pruebas estadísticas de conocimiento cero: las ZKP estadísticas permiten a un probador convencer a un verificador con alta probabilidad, en lugar de certeza. Son útiles cuando no se requiere certeza absoluta, como en ciertos protocolos criptográficos.
Argumentos de conocimiento: Los argumentos de conocimiento ZKP prueban que quien lo demuestra conoce un secreto sin revelarlo. El protocolo Sigma es un ejemplo utilizado en firmas digitales.
Pruebas de conocimiento cero que no son de caja negra: estas pruebas permiten al verificador inspeccionar el funcionamiento interno de la prueba en busca de información adicional, lo que garantiza la transparencia en determinadas aplicaciones criptográficas.
Pruebas de conocimiento de conocimiento cero: estas pruebas no solo demuestran el conocimiento de un secreto, sino también el conocimiento de cómo derivarlo. El protocolo de identificación Schnorr, utilizado en firmas digitales, es un ejemplo.
Aplicaciones a prueba de conocimiento cero
Las pruebas de conocimiento cero tienen una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias y tecnologías, gracias a su capacidad para mejorar la privacidad, la seguridad y la eficiencia en las interacciones digitales.
Tecnología blockchain: una de las aplicaciones más destacadas de las ZKP es la tecnología blockchain. Los ZKP se pueden utilizar para demostrar la validez de las transacciones sin revelar información confidencial, como la dirección del remitente o el monto de la transacción. Esto puede ayudar a mejorar la privacidad y la escalabilidad en las redes blockchain. Por ejemplo, los ZKP se emplean en Zcash (ZEC), una criptomoneda centrada en la privacidad. Los ZKP permiten a los usuarios demostrar la propiedad de los fondos sin revelar su historial de transacciones o el saldo de su cuenta.
Verificación de identidad: se pueden utilizar pruebas de conocimiento cero para una verificación de identidad segura y que preserve la privacidad. Por ejemplo, pueden utilizarse para demostrar que una persona tiene más de cierta edad sin revelar su edad o fecha de nacimiento precisas. Organizaciones como QEDIT aprovechan las ZKP para permitir a las empresas verificar la integridad de sus datos sin exponerlos a terceros, garantizando así la privacidad de los datos.
Votación digital: las ZKP se pueden aplicar en sistemas de votación digital para garantizar la integridad del proceso de votación y al mismo tiempo mantener la privacidad de los votantes. Los ZKP se pueden utilizar para demostrar que un voto se emitió correctamente sin revelar el voto real. Un ejemplo es el proyecto “CIVITAS”, que utiliza ZKP para permitir una votación verificable y anónima en las elecciones.
Intercambio de datos y colaboración: los ZKP pueden permitir el intercambio y la colaboración de datos seguros y privados. Por ejemplo, las ZKP se pueden utilizar para demostrar que se cumplen ciertas condiciones sin revelar los datos subyacentes, lo que permite a las partes colaborar sin comprometer información confidencial.
Autenticación y control de acceso: los ZKP pueden mejorar los mecanismos de autenticación y control de acceso. Los ZKP se pueden utilizar para demostrar la propiedad de un activo digital sin revelar el activo en sí, lo que mejora la seguridad en las transacciones digitales. Por ejemplo, los ZKP se utilizan en la red "Sovrin" para permitir que las personas demuestren atributos sobre sí mismos, como la edad o las calificaciones, sin revelar información personal innecesaria.
Tecnologías que preservan la privacidad: las ZKP también se utilizan en tecnologías que preservan la privacidad, como credenciales anónimas y protocolos de intersección de conjuntos privados. Estas tecnologías permiten interacciones seguras sin revelar información confidencial.
Ventajas y desafíos de las pruebas de conocimiento cero
Las pruebas de conocimiento cero (ZKP) ofrecen varias ventajas.
Ventajas
Privacidad: una de las ventajas clave de las ZKP es su capacidad de brindar privacidad al permitir que una de las partes demuestre el conocimiento de algo sin revelar la información real. Esto es crucial en aplicaciones donde la confidencialidad de los datos es primordial, como la verificación de identidad.
Seguridad: los ZKP mejoran la seguridad al permitir cálculos verificables sin exponer datos confidenciales. Esto es particularmente importante en aplicaciones de blockchain y criptomonedas, donde las transacciones deben validarse sin revelar detalles de la transacción.
Eficiencia: los ZKP pueden reducir significativamente la sobrecarga computacional y de comunicación asociada con la prueba de la validez de una declaración. Esta eficiencia los hace adecuados para su uso en entornos con recursos limitados.
Transparencia: en algunos casos, como los ZKP no interactivos que utilizan aleatoriedad verificable públicamente, los ZKP pueden ofrecer transparencia en la generación y verificación de pruebas, lo que mejora la confianza en el sistema.
Escalabilidad: ciertos tipos de ZKP, como zk-STARK, ofrecen ventajas de escalabilidad, lo que permite una generación y verificación de pruebas eficientes incluso con grandes cantidades de datos.
Desafíos
Las ZKP también presentan ciertos desafíos que deben abordarse para una adopción generalizada:
Complejidad: implementar y comprender las ZKP puede ser complejo y requiere experiencia en criptografía y matemáticas. Esta complejidad puede obstaculizar la adopción e implementación generalizadas.
Intensidad computacional: generar y verificar ZKP puede ser un proceso computacional intensivo. Esto puede generar problemas de escalabilidad, especialmente en aplicaciones con grandes volúmenes de transacciones.
Configuración confiable: algunos ZKP requieren una fase de configuración confiable para generar parámetros públicos. Garantizar la integridad de esta configuración y prevenir posibles ataques puede resultar un desafío.
Conocimiento del probador: los ZKP se basan en el supuesto de que el probador posee la información secreta que dice conocer. Verificar esta suposición sin revelar el secreto puede resultar complicado en determinados escenarios.
Interoperabilidad: diferentes sistemas ZKP pueden tener una interoperabilidad limitada, lo que dificulta el uso fluido de ZKP en diferentes plataformas y aplicaciones.
El camino por delante
A día de hoy, las pruebas de conocimiento cero se han convertido en una tecnología crucial para mejorar la privacidad y la escalabilidad en diversas aplicaciones digitales.
Las cadenas de bloques impulsadas por ZK lanzadas recientemente, como Polygon zkEVM, zkSync Era y StarkNet, son muy prometedoras. Sus posibles aplicaciones e impacto apenas están comenzando a explorarse.
Será fascinante ver cómo evolucionan estas tecnologías y qué nuevas posibilidades abren en los próximos años.
