Qu’est-ce qu’une preuve zéro connaissance et comment garantit-elle la confidentialité en ligne ? Apprenez ce que c’est et pourquoi c’est important.
Imaginez que vous détenez un secret et que quelqu’un veut vérifier que vous le connaissez, mais vous ne voulez pas révéler ce qu’est réellement le secret. Comment est-ce possible? Entrez les preuves à connaissance nulle (ZKP), un concept cryptographique qui permet exactement cela.
Les preuves sans connaissance, malgré leur nom à consonance complexe, proposent une idée simple mais puissante : prouver la connaissance de quelque chose sans en divulguer les détails.
Introduites dans les années 1980, les preuves sans connaissance sont depuis devenues la pierre angulaire de la cryptographie moderne, ouvrant la voie à des interactions numériques sécurisées et privées dans un monde de plus en plus centré sur les données.
Comprenons ce qu'est la preuve de connaissance nulle, explorons comment elle fonctionne et les divers domaines où elle trouve son application.
Table des matières
Preuve de connaissance zéro (ZKP) expliquée
Comment fonctionnent les preuves sans connaissance ?
Types de preuves sans connaissance
Applications à l'épreuve des connaissances nulles
Avantages et défis des preuves sans connaissance
La route à suivre
Preuve de connaissance zéro (ZKP) expliquée
Les ZKP sont une méthode cryptographique qui permet à une partie, appelée le prouveur, de démontrer à une autre partie, le vérificateur, qu'elle possède des connaissances spécifiques sans pour autant les révéler.
En termes plus simples, les ZKP permettent de vérifier des informations sans divulguer leur contenu réel. L’une des analogies les plus célèbres illustrant les preuves de connaissance nulle est le scénario de la « grotte d’Ali Baba » :
Imaginez une situation dans laquelle un prouveur, appelons-la Peggy, veut prouver à un vérificateur, Victor, qu'elle connaît la phrase secrète pour entrer dans une grotte, sans réellement révéler la phrase secrète elle-même.
Peggy emmène Victor à l'entrée de la grotte, entre, puis ressort par un itinéraire différent. Elle met ensuite Victor au défi de déterminer l'entrée d'origine qu'elle a utilisée.
Si Victor parvient à trouver l'entrée d'origine, Peggy révélera la phrase secrète. Cependant, si Victor ne trouve pas l'entrée d'origine, Peggy réussit à prouver qu'elle connaît la phrase secrète sans la divulguer.
Dans cette analogie, la grotte représente la connaissance secrète (la phrase secrète), et la capacité de Peggy à entrer et sortir de la grotte démontre sa connaissance de la phrase secrète.
Il est important de noter que Victor n'a aucune connaissance de la phrase secrète elle-même, car il ne peut pas voir quelle entrée Peggy a utilisée pour sortir de la grotte.
Cet exemple montre comment les preuves sans connaissance permettent à une partie de prouver la connaissance d'un secret sans révéler le secret lui-même.
Les ZKP ont de nombreuses applications dans des domaines tels que l'authentification, les protocoles de préservation de la confidentialité et la technologie blockchain.
Comment fonctionnent les preuves sans connaissance ?
La preuve sans connaissance est obtenue grâce à une série complexe d’interactions. Au cœur des ZKP se trouvent des algorithmes et des protocoles mathématiques qui permettent cette interaction.
Un type courant de ZKP est le protocole interactif, dans lequel le prouveur et le vérificateur s'engagent dans une série d'étapes pour établir la validité de la déclaration.
Ces étapes sont conçues de manière à ce que le vérificateur puisse être convaincu des connaissances du prouveur sans que celui-ci ait besoin de révéler des informations spécifiques.
Par exemple, considérons un scénario dans lequel Donald veut prouver à Joe qu'il connaît un numéro secret.
Ceci est réalisé grâce à une série de calculs et d’échanges cryptographiques qui permettent à Joe de vérifier l’exactitude de la déclaration de Donald sans rien apprendre du numéro secret lui-même.
Les ZKP ont des applications très diverses. Outre les protocoles d’authentification et de préservation de la confidentialité, les ZKP sont également utilisés dans la technologie blockchain.
Par exemple, dans un réseau blockchain, les ZKP peuvent être utilisés pour prouver la validité des transactions sans révéler aucune information sensible, telle que l’adresse de l’expéditeur ou le montant de la transaction.
Types de preuves sans connaissance
Les preuves sans connaissance (ZKP) sont de plusieurs types, chacune servant des objectifs spécifiques et offrant des avantages uniques.
Les deux principaux types comprennent les ZKP interactifs et non interactifs, et quelques autres, chacun avec ses propres caractéristiques et applications.
Preuves interactives à connaissance nulle (ZKIP) : les ZKP interactives exigent que le prouveur et le vérificateur s'engagent dans une série d'interactions pour valider la preuve. Le vérificateur présente des défis ou des questions au prouveur, qui doit répondre correctement en fonction de sa possession des informations secrètes. Un exemple est le protocole Schnorr, utilisé pour prouver la connaissance d'un logarithme discret sans le révéler.
Preuves de connaissance nulle non interactives (NIZK) : les ZKP non interactifs, introduits en 1988, éliminent le besoin d'interaction en utilisant des algorithmes cryptographiques basés sur des paramètres préalablement convenus. Les prouveurs saisissent leurs informations dans un algorithme pour générer une preuve, que le vérificateur vérifie ensuite à l'aide d'un autre algorithme. Bien que plus efficaces, les NIZK nécessitent beaucoup de calculs. Les exemples incluent les zk-SNARK et les zk-STARK.
zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) : les zk-SNARK permettent à un vérificateur de valider une déclaration sans connaître de détails supplémentaires à son sujet. Ils sont succincts, non interactifs et satisfont à l’exigence de « solidité », ce qui rend la tricherie improbable. Les zk-SNARK sont utilisés dans des projets comme zkSync et Polygon zkEVM.
zk-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge) : les zk-STARK sont similaires aux zk-SNARK mais offrent évolutivité et transparence. Ils sont plus rapides pour les témoins de plus grande taille et s’appuient sur un caractère aléatoire publiquement vérifiable plutôt que sur une configuration fiable. StarkNet utilise zk-STARK pour l'évolutivité et la transparence de ses opérations.
Preuves statistiques sans connaissance : les ZKP statistiques permettent à un prouveur de convaincre un vérificateur avec une probabilité élevée, plutôt qu'avec une certitude. Ils sont utiles lorsqu’une certitude absolue n’est pas requise, comme dans certains protocoles cryptographiques.
Arguments de connaissance : Les arguments de connaissance ZKP prouvent que le prouveur connaît un secret sans le révéler. Le protocole Sigma est un exemple utilisé dans les signatures numériques.
Preuves sans connaissance nulle sans boîte noire : ces preuves permettent au vérificateur d'inspecter le fonctionnement interne de la preuve pour obtenir des informations supplémentaires, garantissant ainsi la transparence dans certaines applications cryptographiques.
Preuves de connaissance sans connaissance : ces preuves démontrent non seulement la connaissance d'un secret, mais prouvent également la connaissance de la manière de le dériver. Le protocole d'identification Schnorr, utilisé dans les signatures numériques, en est un exemple.
Applications à l'épreuve des connaissances nulles
Les preuves sans connaissance ont un large éventail d'applications dans divers secteurs et technologies, grâce à leur capacité à améliorer la confidentialité, la sécurité et l'efficacité des interactions numériques.
Technologie blockchain : L’une des applications les plus importantes des ZKP est la technologie blockchain. Les ZKP peuvent être utilisés pour prouver la validité des transactions sans révéler d’informations sensibles, telles que l’adresse de l’expéditeur ou le montant de la transaction. Cela peut contribuer à améliorer la confidentialité et l’évolutivité des réseaux blockchain. Par exemple, les ZKP sont utilisés dans Zcash (ZEC), une crypto-monnaie axée sur la confidentialité. Les ZKP permettent aux utilisateurs de prouver la propriété des fonds sans révéler l'historique de leurs transactions ou le solde de leur compte.
Vérification d'identité : des preuves sans connaissance peuvent être utilisées pour une vérification d'identité sécurisée et préservant la confidentialité. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour prouver qu’un individu a dépassé un certain âge sans révéler son âge ni sa date de naissance précis. Des organisations telles que QEDIT exploitent les ZKP pour permettre aux entreprises de vérifier l'intégrité de leurs données sans les exposer à des tiers, garantissant ainsi la confidentialité des données.
Vote numérique : les ZKP peuvent être appliqués dans les systèmes de vote numérique pour garantir l'intégrité du processus de vote tout en préservant la confidentialité des électeurs. Les ZKP peuvent être utilisés pour prouver qu’un vote a été exprimé correctement sans révéler le vote réel. Un exemple est le projet « CIVITAS », qui utilise les ZKP pour permettre un vote vérifiable et anonyme lors des élections.
Partage de données et collaboration : les ZKP peuvent permettre un partage et une collaboration de données sécurisés et privés. Par exemple, les ZKP peuvent être utilisés pour prouver que certaines conditions sont remplies sans révéler les données sous-jacentes, permettant ainsi aux parties de collaborer sans compromettre les informations sensibles.
Authentification et contrôle d'accès : les ZKP peuvent améliorer les mécanismes d'authentification et de contrôle d'accès. Les ZKP peuvent être utilisés pour prouver la propriété d'un actif numérique sans révéler l'actif lui-même, améliorant ainsi la sécurité des transactions numériques. Par exemple, les ZKP sont utilisés dans le réseau « Sovrin » pour permettre aux individus de prouver des attributs les concernant, tels que leur âge ou leurs qualifications, sans révéler d’informations personnelles inutiles.
Technologies de préservation de la confidentialité : les ZKP sont également utilisés dans les technologies de préservation de la confidentialité, telles que les informations d'identification anonymes et les protocoles d'intersection d'ensembles privés. Ces technologies permettent des interactions sécurisées sans révéler d’informations sensibles.
Avantages et défis des preuves sans connaissance
Les preuves sans connaissance (ZKP) offrent plusieurs avantages.
Avantages
Confidentialité : l'un des principaux avantages des ZKP est leur capacité à garantir la confidentialité en permettant à une partie de prouver qu'elle a connaissance de quelque chose sans révéler les informations réelles. Ceci est crucial dans les applications où la confidentialité des données est primordiale, comme la vérification d’identité.
Sécurité : les ZKP améliorent la sécurité en permettant des calculs vérifiables sans exposer les données sensibles. Ceci est particulièrement important dans les applications blockchain et crypto-monnaie, où les transactions doivent être validées sans révéler les détails de la transaction.
Efficacité : les ZKP peuvent réduire considérablement les frais de calcul et de communication associés à la preuve de la validité d'une déclaration. Cette efficacité les rend adaptés à une utilisation dans des environnements aux ressources limitées.
Transparence : dans certains cas, comme les ZKP non interactifs utilisant un caractère aléatoire vérifiable publiquement, les ZKP peuvent offrir de la transparence dans la génération et la vérification des preuves, renforçant ainsi la confiance dans le système.
Évolutivité : certains types de ZKP, tels que les zk-STARK, offrent des avantages en matière d'évolutivité, permettant une génération et une vérification efficaces des preuves, même avec de grandes quantités de données.
Défis
Les ZKP présentent également certains défis qui doivent être relevés pour une adoption généralisée :
Complexité : la mise en œuvre et la compréhension des ZKP peuvent être complexes, nécessitant une expertise en cryptographie et en mathématiques. Cette complexité peut entraver une adoption et une mise en œuvre généralisées.
Intensité de calcul : la génération et la vérification de ZKP peuvent nécessiter beaucoup de calculs. Cela peut entraîner des problèmes d’évolutivité, en particulier dans les applications avec des volumes de transactions élevés.
Configuration fiable : certains ZKP nécessitent une phase de configuration fiable pour générer des paramètres publics. Garantir l’intégrité de cette configuration et prévenir les attaques potentielles peut s’avérer difficile.
Connaissance du prouveur : les ZKP partent de l’hypothèse que le prouveur possède les informations secrètes qu’il prétend connaître. Vérifier cette hypothèse sans révéler le secret peut s’avérer difficile dans certains scénarios.
Interopérabilité : différents systèmes ZKP peuvent avoir une interopérabilité limitée, ce qui rend difficile l'utilisation transparente des ZKP sur différentes plates-formes et applications.
La route à suivre
À l’heure actuelle, les preuves sans connaissance sont apparues comme une technologie cruciale pour améliorer la confidentialité et l’évolutivité de diverses applications numériques.
Les blockchains ZK récemment lancées, comme Polygon zkEVM, zkSync Era et StarkNet, sont très prometteuses. Leurs applications potentielles et leur impact commencent tout juste à être explorés.
Il sera fascinant de voir comment ces technologies évoluent et quelles nouvelles possibilités elles ouvrent dans les années à venir.