This article is a community submission. The author is Kenny Li, co-founder of Manta Network, a programmable privacy Layer 1 protocol powered by zero-knowledge proof technology.
Poglądy zawarte w tym artykule są poglądami współautora/autora i niekoniecznie odzwierciedlają poglądy Binance Academy.
TL;DR
Dowód wiedzy zerowej (ZKP) to technologia kryptograficzna, która pozwala zweryfikować prawdziwość informacji bez ujawniania samej informacji. Staje się coraz ważniejszą technologią w blockchain, kryptowalutach i zdecentralizowanych finansach (DeFi) w celu zwiększenia prywatności i bezpieczeństwa.
Wiele projektów DeFi wykorzystuje już ZKP, aby zapewnić użytkownikom lepszą prywatność i bezpieczeństwo w przypadku usług takich jak udzielanie pożyczek, pożyczanie i handel. Wiele łańcuchów bloków warstwy 1 dodaje roll-upy oparte na ZKP lub zkEVM. Oczekuje się, że dowody z wiedzą zerową będą odgrywać coraz większą rolę w świecie blockchain i Web3, w miarę jak oczekuje się, że ich zastosowania staną się szerzej przyjęte.
Jak działa dowód z wiedzą zerową?
Dowód z wiedzą zerową to metoda, za pomocą której jedna strona (weryfikator) może udowodnić drugiej stronie (weryfikatorowi), że twierdzenie jest prawdziwe, bez ujawniania jakichkolwiek dodatkowych informacji. Jest to szczególnie przydatne, gdy informacje są wrażliwe, a weryfikator nie chce, aby weryfikator miał do nich dostęp.
Dowód zapewnia dowód matematyczny, który tylko oni mogą wygenerować, a weryfikator może wykorzystać ten dowód do sprawdzenia prawdziwości stwierdzenia. Nie mogą jednak wykorzystać dowodu do zrekonstruowania oryginalnych informacji.
Wyobraź sobie tunel z dwoma wejściami, A i B. Znajdują się tam zamknięte drzwi z tajnym kodem blokującym jedyną ścieżkę i uniemożliwiającym ludziom przejście przez tunel z jednego końca na drugi (A do B). Znasz tajny kod i chcesz go sprzedać pani X, która chce uzyskać dostęp do tunelu.
Chcesz, żeby zapłaciła z góry, zanim ujawnisz jej kod, ale ona najpierw chce, abyś udowodnił, że naprawdę znasz kod. W tym przypadku może to zrobić, stojąc przed tunelem i obserwując, jak wchodzisz jednym z wejść i wychodzisz drugim. W ten sposób będzie miała pewność, że naprawdę znasz tajny kod.
Zaawansowany przykład dowodu z wiedzą zerową
Wyobraź sobie, że masz przyjaciela, który nie potrafi odróżnić koloru czerwonego od niebieskiego. Masz dwie kule na wystawie: jedną czerwoną i jedną niebieską. Twój przyjaciel nie wierzy jednak, że kulki można od siebie odróżnić. Chcesz udowodnić, że są to różne kolory, nie ujawniając, że masz czerwoną i niebieską piłkę. Tak naprawdę nie chcesz w ogóle ujawniać żadnych informacji o tym, jak je rozróżniasz.
Jak zatem udowodnić, że da się je rozróżnić, jednocześnie ujawniając zerową wiedzę na temat procesu identyfikacji i definiowania cech? Odpowiedź jest prosta. Poproś znajomego, aby trzymał dwie piłki za plecami, zanim pokaże jedną. Następnie umieszczają piłkę za plecami i losowo wybierają (50/50) jedną z dwóch, aby ponownie ją pokazać. Pamiętaj, że Twój znajomy zawsze będzie wiedział, czy zamienił piłkę.
Twój przyjaciel zapyta Cię wtedy: „Czy piłka się zmieniła?” zanim potwierdzisz ważność swojej odpowiedzi. Po podaniu prawidłowej odpowiedzi Twój znajomy może nabrać podejrzeń, że zgadłeś. Proszą cię o wykonanie tego pięć razy więcej, co oznacza, że szansa, że odgadniesz poprawnie za każdym razem w eksperymencie będzie wynosić:
The chances look slim! To be sure, you and your friend repeat the process 15 times. The chances then of you correctly guessing would be:
You would be almost certain the proof is correct at this point. If you and the friend repeat the experiment an infinite amount of times, the chance you would correctly guess every time tends to zero.
W ten sposób udowodniłeś swojemu znajomemu, że piłki można rozróżnić, mając zerową wiedzę ze strony znajomego, jak to się robi. Może jednak z ufnością przyjąć to odkrycie.
Dlaczego warto stosować dowody z wiedzą zerową?
Popularność dowodów z wiedzą zerową w blockchain i kryptowalutach wynika z rosnącego zapotrzebowania na prywatność i bezpieczeństwo transakcji cyfrowych. Wraz z rozwojem technologii blockchain i kryptowalut rośnie zapotrzebowanie na sposób weryfikacji transakcji bez ujawniania poufnych informacji – potrzeba, którą ZKP mogą zaspokoić.
Dowody wiedzy zerowej wzbudziły w ostatnich latach większą uwagę i zainteresowanie, ponieważ uruchomiono wiele protokołów wykorzystujących ZKP, a główne łańcuchy bloków zbudowały roll-upy z wiedzą zerową. Wyraźnym sygnałem popularności dowodów z wiedzą zerową była konferencja DevCon 2022, gdzie ponad 20% wszystkich rozmów dotyczyło tej technologii.
Kluczowe wydarzenia
Jednym z kluczowych osiągnięć w dowodach z wiedzą zerową jest zwiększone wykorzystanie zk-SNARK, specyficznego typu ZKP. Zk-SNARK są szeroko stosowane w różnych zastosowaniach DeFi, takich jak transakcje za pomocą tokenów prywatnych oraz zabezpieczone kredyty i pożyczki. Kolejnym ważnym osiągnięciem w zakresie dowodów o wiedzy zerowej jest większy nacisk na skalowalność i wydajność za pośrednictwem pakietów ZK.
zk-SNARK
Zwięzły, nieinteraktywny argument wiedzy o wiedzy zerowej (zk-SNARK) to specyficzny rodzaj dowodu o wiedzy zerowej, który umożliwia weryfikację twierdzenia bez ujawniania jakichkolwiek informacji o samym stwierdzeniu.
Zk-SNARK były już używane w aplikacjach takich jak system płatności oparty na blockchain Zcash i JP Morgan Chase. Jest również używany jako sposób bezpiecznego uwierzytelniania klientów na serwerach.
Zk-Rollupy
Zk-rollupy to skalowalne rozwiązanie dla sieci blockchain, które ułatwia łączenie wielu transakcji w jedną, większą transakcję, która jest następnie rejestrowana w łańcuchu bloków. Na przykład sieć BNB Chain uruchomiła w 2022 r. sieć testową zkBNB zbudowaną na architekturze zk-rollup.
zkBNB może połączyć setki transakcji w jedną partię poza łańcuchem i wygenerować dowód kryptograficzny potwierdzający ważność wszystkich transakcji. Zk-rollupy zapewniają równowagę między skalowalnością a bezpieczeństwem i są odpowiednie dla ustawień o dużej skali i małych opóźnieniach.
Przypadki użycia dowodów z wiedzą zerową
Dowody z wiedzą zerową mają wiele zastosowań, a niektóre z nich zostały już zrealizowane; oczekuje się, że inne staną się rzeczywistością w przyszłości. Niektóre główne przypadki użycia ZKP obejmują:
Weryfikacja tożsamości cyfrowej
Dowody z wiedzą zerową można wykorzystać do weryfikacji tożsamości użytkowników bez ujawniania jakichkolwiek wrażliwych danych osobowych. Może to być przydatne w zastosowaniach takich jak cyfrowe systemy głosowania, w których tożsamość wyborców musi być weryfikowana bez naruszania ich anonimowości.
Transakcje chroniące prywatność
Jednym z najpopularniejszych przypadków użycia dowodów z wiedzą zerową w kryptografii jest umożliwienie transakcji chroniących prywatność. Na przykład zdecentralizowana aplikacja MantaPay (DApp) firmy Manta Network wykorzystuje ZKP, aby umożliwić użytkownikom dokonywanie transakcji na zdecentralizowanej giełdzie (DEX) bez ujawniania ich tożsamości ani szczegółów transakcji. Dzięki temu użytkownicy mogą zachować swoją prywatność, a jednocześnie mogą korzystać z platformy do dokonywania transakcji.
Transakcje chronione
Zcash to kryptowaluta, która wykorzystuje dowody wiedzy zerowej, aby umożliwić transakcje chronione. W przypadku takich transakcji adresy nadawcy i odbiorcy, a także kwoty transakcji są ukrywane przed publicznym blockchainem, zapewniając użytkownikom dodatkową prywatność.
Tokenizacja i weryfikacja własności
Dowody wiedzy zerowej można również wykorzystać do tokenizacji aktywów i weryfikacji dowodu ich własności. Na przykład nieruchomość można tokenizować, a każda strona może zweryfikować jej własność bez publicznego ujawniania jakichkolwiek innych informacji.
Globalna zgodność
W niektórych krajach obowiązują rygorystyczne przepisy dotyczące gromadzenia i udostępniania informacji finansowych, których przestrzeganie może być trudne dla zdecentralizowanych platform. Dowody wiedzy zerowej można wykorzystać do udostępnienia wymaganych informacji organom regulacyjnym, zachowując jednocześnie ich prywatność przed innymi stronami.
Może to pomóc wypełnić lukę między zdecentralizowanymi platformami a tradycyjnymi instytucjami finansowymi, ułatwiając DeFi przestrzeganie przepisów obowiązujących w różnych jurysdykcjach.
Przyszłość dowodów z wiedzą zerową w Blockchain
Dowody z wiedzą zerową prawdopodobnie zaowocują w przyszłości nowymi innowacjami technologicznymi. Warto zwrócić uwagę na przyszłe wydarzenia związane z ZKP:
Międzyłańcuchowe warstwy prywatności
W miarę ciągłego rozwoju i ewolucji ekosystemów blockchain i DeFi rośnie zapotrzebowanie na interoperacyjność pomiędzy różnymi sieciami blockchain. Międzyłańcuchowe warstwy prywatności umożliwią przeprowadzanie transakcji w różnych sieciach blockchain, przy jednoczesnym zachowaniu prywatności zaangażowanych stron.
zk-STARK
Innym obszarem, na który należy zwrócić uwagę, jest zwiększone wykorzystanie zk-STARK (skalowalny, przejrzysty argument wiedzy o wiedzy zerowej), nowszy typ dowodu z wiedzą zerową, uważany za bardziej wydajny i bezpieczny niż zk-SNARK. Kolejną zaletą zk-STARK w porównaniu z zk-SNARK jest to, że te pierwsze można szybciej zweryfikować i nie wymagają zaufanej konfiguracji.
Przyjazne dla użytkownika zestawy narzędzi
Technologia oparta na wiedzy zerowej może być złożona i nie każdy zespół programistów posiada wiedzę specjalistyczną w tej konkretnej dziedzinie kryptografii. Przyjazne dla użytkownika zestawy narzędzi ZKP mogą pomóc wypełnić tę lukę i ułatwić programistom z różnych środowisk korzystanie z tej technologii.
Ograniczenia dowodów z wiedzą zerową
Dowody z wiedzą zerową stanowią unikalną metodę weryfikacji prawdziwości informacji przy jednoczesnym zachowaniu prywatności, ale nie dają 100% gwarancji. O ile prawdopodobieństwo weryfikacji w przypadku, gdy dowodzący kłamie jest znikome, o tyle użytkownicy powinni mieć świadomość, że ZKP nie są kuloodporne.
Ponadto algorytmy stosowane w dowodach o wiedzy zerowej wymagają intensywnych zasobów obliczeniowych. W niektórych typach ZKP konieczne są intensywne obliczenia, ponieważ wymagają one wielu interakcji pomiędzy weryfikatorami i dowodzącymi. W innych algorytmy są niezwykle intensywne obliczeniowo, co może potencjalnie ograniczyć zastosowania ZKP.
Zamykające myśli
Dowody wiedzy zerowej szybko zyskują na popularności ze względu na ich unikalne właściwości w zakresie ochrony prywatności i potencjału skalowania. Rosnące zastosowanie tej technologii w blockchain, kryptowalutach i DeFi prawdopodobnie przyniesie więcej innowacyjnych usług, które przyniosą ogromne korzyści użytkownikom. Oczekuje się, że dowody z wiedzą zerową odegrają kluczową rolę w tworzeniu ekosystemów DApp, które będą bezpieczniejsze, prywatne i wydajne.
Dalsze czytanie
Wyjaśnienie zk-SNARK i zk-STARK
Rozwiązania skalujące Blockchain Layer 1 i Layer 2
