Ce este dovada zero cunoștințe și cum asigură ea confidențialitatea online? Aflați ce este și de ce este important.

Imaginați-vă că dețineți un secret și cineva dorește să verifice că îl cunoașteți, dar nu doriți să dezvăluiți care este de fapt secretul. Cum este posibil? Introduceți zero-knowledge proofs (ZKP), un concept criptografic care permite exact asta.

Dovezile cu cunoștințe zero, în ciuda numelui lor complex, oferă o idee simplă, dar puternică: dovedirea cunoștințelor despre ceva fără a dezvălui specificul.

Introduse în anii 1980, dovezile fără cunoștințe au devenit de atunci o piatră de temelie a criptografiei moderne, oferind o cale către interacțiuni digitale securizate și private într-o lume din ce în ce mai centrată pe date.

Să înțelegem ce este dovada de cunoștințe zero, să explorăm modul în care funcționează și diversele domenii în care își găsesc aplicații.

Cuprins

  • Dovada de cunoștințe zero (ZKP) explicată

  • Cum funcționează dovezile cu cunoștințe zero?

  • Tipuri de dovezi cu cunoștințe zero

  • Aplicații cu dovezi zero cunoștințe

  • Avantajele și provocările dovezilor cu cunoștințe zero

  • Drumul înainte

Dovada de cunoștințe zero (ZKP) explicată

ZKP-urile sunt o metodă criptografică care permite unei părți, cunoscută sub numele de probator, să demonstreze unei alte părți, verificatorului, că posedă cunoștințe specifice fără a dezvălui efectiv aceste cunoștințe.

În termeni mai simpli, ZKP-urile permit verificarea informațiilor fără a dezvălui conținutul real al acestora. Una dintre cele mai faimoase analogii care ilustrează dovezile zero-cunoștințe este scenariul „Peștera Ali Baba”:

Imaginați-vă o situație în care un probator, să-i spunem Peggy, dorește să demonstreze unui verificator, Victor, că cunoaște expresia secretă pentru a intra într-o peșteră, fără să dezvăluie expresia de acces în sine.

Peggy îl duce pe Victor la intrarea în peșteră, intră și apoi iese pe un alt traseu. Apoi îl provoacă pe Victor să determine intrarea inițială pe care a folosit-o.

Dacă Victor poate găsi intrarea originală, Peggy va dezvălui expresia de acces. Cu toate acestea, dacă Victor nu poate găsi intrarea inițială, Peggy își dovedește cu succes cunoașterea expresiei de acces fără a o dezvălui.

În această analogie, peștera reprezintă cunoștințele secrete (fraza de acces), iar capacitatea lui Peggy de a intra și ieși din peșteră demonstrează cunoștințele ei despre expresia de acces.

Important este că Victor nu cunoaște expresia de acces în sine, deoarece nu poate vedea ce intrare a folosit Peggy pentru a ieși din peșteră.

Acest exemplu reflectă modul în care dovezile cu cunoștințe zero permit unei părți să dovedească cunoașterea unui secret fără a dezvălui secretul în sine.

ZKP-urile au aplicații largi în domenii precum autentificarea, protocoalele de păstrare a confidențialității și tehnologia blockchain.

Cum funcționează dovezile cu cunoștințe zero?

Dovada zero-cunoștințe este obținută printr-o serie complexă de interacțiuni. La baza ZKP-urilor se află algoritmii și protocoalele matematice care permit această interacțiune.

Un tip comun de ZKP este protocolul interactiv, în care probatorul și verificatorul se angajează într-o serie de pași pentru a stabili validitatea declarației.

Acești pași sunt proiectați în așa fel încât verificatorul să poată fi convins de cunoștințele doveditorului, fără ca acesta să fie nevoie să dezvăluie vreo informație specifică.

De exemplu, luați în considerare un scenariu în care Donald dorește să-i demonstreze lui Joe că știe un număr secret.

Acest lucru se realizează printr-o serie de calcule criptografice și schimburi care îi permit lui Joe să verifice corectitudinea afirmației lui Donald fără a afla nimic despre numărul secret în sine.

ZKP-urile au o gamă largă de aplicații. Pe lângă protocoalele de autentificare și de păstrare a confidențialității, ZKP-urile sunt utilizate și în tehnologia blockchain.

De exemplu, într-o rețea blockchain, ZKP-urile pot fi folosite pentru a dovedi validitatea tranzacțiilor fără a dezvălui informații sensibile, cum ar fi adresa expeditorului sau suma tranzacționată.

Tipuri de dovezi cu cunoștințe zero

Dovezile cu cunoștințe zero (ZKPs) vin în mai multe tipuri, fiecare servind unor scopuri specifice și oferind avantaje unice.

Cele două tipuri majore includ ZKP-uri interactive și non-interactive și încă câteva, fiecare cu propriile caracteristici și aplicații.

  1. Dovezi interactive cu cunoștințe zero (ZKIP-uri): ZKP-urile interactive necesită ca doveditorul și verificatorul să se angajeze într-o serie de interacțiuni pentru a valida dovada. Verificatorul prezintă provocări sau întrebări probatorului, care trebuie să răspundă corect pe baza deținerii informațiilor secrete. Un exemplu este protocolul Schnorr, folosit pentru a demonstra cunoașterea unui logaritm discret fără a-l dezvălui.

  2. Probe non-interactive Zero-Knowledge Proofs (NIZK): ZKP-urile non-interactive, introduse în 1988, elimină necesitatea interacțiunii prin utilizarea algoritmilor criptografici bazați pe parametrii conveniți în prealabil. Dovatorii introduc informațiile lor într-un algoritm pentru a genera o dovadă, pe care verificatorul o verifică apoi folosind un alt algoritm. Deși sunt mai eficiente, NIZK-urile sunt intensive din punct de vedere computațional. Exemplele includ zk-SNARK și zk-STARK.

    • zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge): zk-SNARK-urile permit unui verificator să valideze o declarație fără a cunoaște detalii suplimentare despre aceasta. Sunt succinte, neinteractive și îndeplinesc cerința de „corectitudine”, ceea ce face improbabilă înșelăciunea. zk-SNARK-urile sunt folosite în proiecte precum zkSync și Polygon zkEVM.

    • zk-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge): zk-STARK sunt similare cu zk-SNARK, dar oferă scalabilitate și transparență. Ele sunt mai rapide pentru martori de dimensiuni mai mari și se bazează pe aleatorie verificabilă public în loc de o configurație de încredere. StarkNet folosește zk-STARK pentru scalabilitate și transparență în operațiunile sale.

  3. Dovezi statistice cu cunoștințe zero: ZKP-urile statistice permit unui probator să convingă un verificator cu o probabilitate mare, mai degrabă decât cu certitudine. Ele sunt utile atunci când nu este necesară certitudinea absolută, cum ar fi în anumite protocoale criptografice.

  4. Argumente ale cunoașterii: Argumente ale cunoașterii ZKP-urile dovedesc că cel care dovedește cunoaște un secret fără a-l dezvălui. Protocolul Sigma este un exemplu utilizat în semnăturile digitale.

  5. Dovezi Zero-Knowledge non-Black-Box: Aceste dovezi permit verificatorului să inspecteze funcționarea internă a probei pentru informații suplimentare, asigurând transparența în anumite aplicații criptografice.

  6. Dovezi de cunoștințe cu zero cunoștințe: Aceste dovezi nu numai că demonstrează cunoașterea unui secret, dar demonstrează și cunoștințele despre cum să-l obțină. Protocolul de identificare Schnorr, utilizat în semnăturile digitale, este un exemplu.

Aplicații cu dovezi zero cunoștințe

Dovezile cu cunoștințe zero au o gamă largă de aplicații în diverse industrii și tehnologii, datorită capacității lor de a îmbunătăți confidențialitatea, securitatea și eficiența în interacțiunile digitale.

  1. Tehnologia blockchain: Una dintre cele mai proeminente aplicații ale ZKP-urilor este în tehnologia blockchain. ZKP-urile pot fi folosite pentru a dovedi validitatea tranzacțiilor fără a dezvălui informații sensibile, cum ar fi adresa expeditorului sau suma tranzacționată. Acest lucru poate ajuta la îmbunătățirea confidențialității și scalabilității în rețelele blockchain. De exemplu, ZKP-urile sunt folosite în Zcash (ZEC), o criptomonedă axată pe confidențialitate. ZKP-urile le permit utilizatorilor să dovedească deținerea fondurilor fără a dezvălui istoricul tranzacțiilor sau soldul contului.

  2. Verificarea identității: dovezile cu cunoștințe zero pot fi utilizate pentru verificarea identității în siguranță și pentru păstrarea confidențialității. De exemplu, ele pot fi folosite pentru a dovedi că o persoană depășește o anumită vârstă, fără a dezvălui vârsta sau data exactă a nașterii. Organizații precum QEDIT folosesc ZKP-urile pentru a permite companiilor să verifice integritatea datelor lor fără a le expune terților, asigurând astfel confidențialitatea datelor.

  3. Votul digital: ZKP-urile pot fi aplicate în sistemele de vot digital pentru a asigura integritatea procesului de vot, păstrând în același timp confidențialitatea alegătorului. ZKP-urile pot fi folosite pentru a dovedi că un vot a fost exprimat corect fără a dezvălui votul real. Un exemplu este proiectul „CIVITAS”, care utilizează ZKP-uri pentru a permite votul verificabil și anonim în alegeri.

  4. Partajarea și colaborarea datelor: ZKP-urile pot permite partajarea și colaborarea datelor securizate și private. De exemplu, ZKP-urile pot fi folosite pentru a dovedi că anumite condiții sunt îndeplinite fără a dezvălui datele subiacente, permițând părților să colaboreze fără a compromite informațiile sensibile.

  5. Autentificare și control al accesului: ZKP-urile pot îmbunătăți mecanismele de autentificare și control al accesului. ZKP-urile pot fi folosite pentru a dovedi deținerea unui activ digital fără a dezvălui activul în sine, îmbunătățind securitatea tranzacțiilor digitale. De exemplu, ZKP-urile sunt folosite în rețeaua „Sovrin” pentru a le permite persoanelor să dovedească atribute despre ei înșiși, cum ar fi vârsta sau calificările, fără a dezvălui informații personale inutile.

  6. Tehnologii de păstrare a confidențialității: ZKP-urile sunt, de asemenea, utilizate în tehnologiile de păstrare a confidențialității, cum ar fi acreditările anonime și protocoalele de intersecție private. Aceste tehnologii permit interacțiuni sigure fără a dezvălui informații sensibile.

Avantajele și provocările dovezilor cu cunoștințe zero

Dovezile cu cunoștințe zero (ZKPs) oferă mai multe avantaje.

Avantaje

  1. Confidențialitate: Unul dintre avantajele cheie ale ZKP-urilor este capacitatea lor de a oferi confidențialitate, permițând uneia dintre părți să demonstreze cunoștințele despre ceva fără a dezvălui informațiile reale. Acest lucru este crucial în aplicațiile în care confidențialitatea datelor este primordială, cum ar fi verificarea identității.

  2. Securitate: ZKP-urile îmbunătățesc securitatea permițând calcule verificabile fără a expune date sensibile. Acest lucru este deosebit de important în aplicațiile blockchain și criptomonede, unde tranzacțiile trebuie validate fără a dezvălui detaliile tranzacției.

  3. Eficiență: ZKP-urile pot reduce semnificativ cheltuielile de calcul și de comunicare asociate cu dovedirea validității unei declarații. Această eficiență le face potrivite pentru utilizare în medii cu resurse limitate.

  4. Transparență: în unele cazuri, cum ar fi ZKP-urile non-interactive care utilizează aleatoriu verificabil public, ZKP-urile pot oferi transparență în generarea și verificarea dovezilor, sporind încrederea în sistem.

  5. Scalabilitate: Anumite tipuri de ZKP, cum ar fi zk-STARK, oferă avantaje de scalabilitate, permițând generarea și verificarea eficientă a dovezilor chiar și cu cantități mari de date.

Provocări

ZKP-urile vin, de asemenea, cu anumite provocări care trebuie abordate pentru adoptarea pe scară largă:

  1. Complexitate: Implementarea și înțelegerea ZKP-urilor poate fi complexă, necesitând expertiză în criptografie și matematică. Această complexitate poate împiedica adoptarea și implementarea pe scară largă.

  2. Intensitate de calcul: generarea și verificarea ZKP-urilor poate fi intensivă din punct de vedere computațional. Acest lucru poate duce la probleme de scalabilitate, în special în aplicațiile cu volume mari de tranzacții.

  3. Configurare de încredere: unele ZKP necesită o fază de configurare de încredere pentru a genera parametri publici. Asigurarea integrității acestei configurații și prevenirea potențialelor atacuri poate fi o provocare.

  4. Cunoașterea doveditorului: ZKP se bazează pe presupunerea că probatorul deține informațiile secrete pe care pretind că le cunoaște. Verificarea acestei presupuneri fără a dezvălui secretul poate fi o provocare în anumite scenarii.

  5. Interoperabilitate: Diferite sisteme ZKP pot avea o interoperabilitate limitată, ceea ce face dificilă utilizarea ZKP-urilor pe diferite platforme și aplicații fără probleme.

Drumul înainte

Începând de astăzi, dovezile fără cunoștințe au apărut ca o tehnologie crucială pentru îmbunătățirea confidențialității și scalabilității în diverse aplicații digitale.

Blockchain-urile bazate pe ZK lansate recent, cum ar fi Polygon zkEVM, zkSync Era și StarkNet, sunt foarte promițătoare. Aplicațiile lor potențiale și impactul abia încep să fie explorate.

Va fi fascinant să vedem cum evoluează aceste tehnologii și ce noi posibilități deblochează în următorii ani.