Що таке підтвердження нульового знання та як воно забезпечує конфіденційність в Інтернеті? Дізнайтеся, що це таке і чому це важливо.
Уявіть, що у вас є таємниця, і хтось хоче підтвердити, що ви її знаєте, але ви не хочете розкривати, у чому насправді полягає таємниця. Як таке можливо? Введіть докази з нульовим знанням (ZKP), криптографічну концепцію, яка дозволяє саме це.
Докази з нульовим знанням, незважаючи на їх складно звучачу назву, пропонують просту, але потужну ідею: підтвердження знання чогось без розкриття особливостей.
Запроваджені у 1980-х роках підтвердження з нульовим знанням стали наріжним каменем сучасної криптографії, пропонуючи шлях до безпечної та приватної цифрової взаємодії у світі, що все більше орієнтується на дані.
Давайте розберемося, що таке «доказ нульового знання», дослідимо, як вони функціонують і різноманітні сфери, де вони знаходять застосування.
Зміст
Пояснення щодо доказу нульового знання (ZKP).
Як працюють докази з нульовим знанням?
Типи доказів з нульовим знанням
Додатки з нульовим знанням
Переваги та проблеми доказів з нульовим знанням
Попереду дорога
Пояснення щодо доказу нульового знання (ZKP).
ZKP — це криптографічний метод, який дозволяє одній стороні, відомій як перевіряльник, продемонструвати іншій стороні, верифікатору, що вони володіють певними знаннями, фактично не розкриваючи ці знання.
Простіше кажучи, ЗКП дозволяють перевіряти інформацію без розголошення її фактичного змісту. Однією з найвідоміших аналогій, що ілюструють докази нульового знання, є сценарій «печери Алі-Баби»:
Уявіть ситуацію, коли перевіряльник, назвемо її Пеггі, хоче довести верифікатору, Віктору, що вона знає секретну парольну фразу для входу в печеру, фактично не відкриваючи саму парольну фразу.
Пеггі проводить Віктора до входу в печеру, входить, а потім виходить іншим шляхом. Потім вона просить Віктора визначити оригінальний вхід, який вона використовувала.
Якщо Віктор зможе знайти оригінальний вхід, Пеггі відкриє парольну фразу. Однак, якщо Віктор не може знайти оригінальний вхід, Пеггі успішно підтвердить своє знання парольної фрази, не розголошуючи її.
У цій аналогії печера представляє секретні знання (пароль), а здатність Пеггі входити та виходити з печери демонструє її знання парольної фрази.
Важливо, що Віктор не дізнається про саму парольну фразу, тому що він не може побачити, який вхід використала Пеггі, щоб вийти з печери.
Цей приклад показує, як докази з нульовим знанням дозволяють одній стороні довести знання секрету, не розкриваючи сам секрет.
ZKP мають широке застосування в таких сферах, як автентифікація, протоколи збереження конфіденційності та технологія блокчейн.
Як працюють докази з нульовим знанням?
Доказ нульового знання досягається через складну серію взаємодій. В основі ZKPs лежать математичні алгоритми та протоколи, які забезпечують цю взаємодію.
Одним із поширених типів ZKP є інтерактивний протокол, у якому перевіряльник і верифікатор беруть участь у серії кроків для встановлення достовірності твердження.
Ці кроки розроблені таким чином, щоб верифікатор міг переконатися в знаннях перевіряючого без необхідності розкривати будь-яку конкретну інформацію.
Наприклад, розглянемо сценарій, коли Дональд хоче довести Джо, що він знає секретне число.
Це досягається за допомогою ряду криптографічних обчислень і обмінів, які дозволяють Джо перевірити правильність твердження Дональда, не дізнаючись нічого про сам секретний номер.
ЗКП мають широкий спектр застосування. Окрім протоколів автентифікації та збереження конфіденційності, ZKP також використовуються в технології блокчейн.
Наприклад, у мережі блокчейн ZKP можна використовувати для підтвердження дійсності транзакцій без розкриття будь-якої конфіденційної інформації, такої як адреса відправника або сума транзакції.
Типи доказів з нульовим знанням
Докази з нульовим знанням (ZKP) бувають кількох типів, кожен з яких служить певним цілям і пропонує унікальні переваги.
Два основних типи включають інтерактивні та неінтерактивні ZKP, а також кілька інших, кожен зі своїми характеристиками та застосуванням.
Інтерактивні докази з нульовим знанням (ZKIP): Інтерактивні ZKP вимагають, щоб перевіряльник і верифікатор брали участь у ряді взаємодій для перевірки доказу. Верифікатор ставить завдання або запитання перевіряючому, який повинен правильно відповісти на основі володіння секретною інформацією. Одним із прикладів є протокол Шнорра, який використовується для підтвердження знання дискретного логарифма без його розкриття.
Неінтерактивні докази з нульовим знанням (NIZK): неінтерактивні ZKP, запроваджені в 1988 році, усувають потребу у взаємодії завдяки використанню криптографічних алгоритмів на основі попередньо узгоджених параметрів. Перевірювачі вводять свою інформацію в алгоритм для створення доказу, який перевіряльник потім перевіряє за допомогою іншого алгоритму. Хоча NIZK більш ефективні, вони потребують обчислень. Приклади включають zk-SNARK і zk-STARK.
zk-SNARK (Короткий неінтерактивний аргумент знань із нульовим знанням): zk-SNARK дозволяють верифікатору підтверджувати твердження, не знаючи додаткових деталей про нього. Вони лаконічні, неінтерактивні та задовольняють вимогу «обґрунтованості», що робить шахрайство малоймовірним. zk-SNARK використовуються в таких проектах, як zkSync і Polygon zkEVM.
zk-STARK (масштабований прозорий аргумент з нульовим знанням): zk-STARK подібні до zk-SNARK, але пропонують масштабованість і прозорість. Вони швидші для більших розмірів свідків і покладаються на випадковість, яку можна перевірити публічно, а не на надійну установку. StarkNet використовує zk-STARK для масштабованості та прозорості своїх операцій.
Статистичні докази з нульовим знанням: статистичні ZKP дозволяють перевіряючому переконати перевіряючого з високою ймовірністю, а не з упевненістю. Вони корисні, коли не потрібна абсолютна впевненість, наприклад, у певних криптографічних протоколах.
Аргументи знання: Аргументи знання ZKP доводять, що той, хто доводить, знає секрет, не розкриваючи його. Протокол Sigma є прикладом використання цифрових підписів.
Докази з нульовим знанням, що не належать до чорної скриньки: ці докази дозволяють верифікатору перевірити внутрішню роботу доказу для отримання додаткової інформації, забезпечуючи прозорість у певних криптографічних програмах.
Докази знань із нульовим знанням: ці докази не лише демонструють знання секрету, але й підтверджують знання того, як його отримати. Прикладом є протокол ідентифікації Schnorr, який використовується в цифрових підписах.
Додатки з нульовим знанням
Докази з нульовим знанням мають широкий спектр застосувань у різних галузях і технологіях завдяки своїй здатності підвищувати конфіденційність, безпеку та ефективність цифрових взаємодій.
Технологія блокчейн: одним із найвидатніших застосувань ZKP є технологія блокчейн. ZKP можна використовувати для підтвердження дійсності транзакцій без розкриття конфіденційної інформації, такої як адреса відправника або сума транзакції. Це може допомогти покращити конфіденційність і масштабованість у мережах блокчейн. Наприклад, ZKP використовуються в Zcash (ZEC), криптовалюті, орієнтованій на конфіденційність. ЗКП дозволяють користувачам підтверджувати право власності на кошти, не розкриваючи історію транзакцій або баланс рахунку.
Перевірка особи: підтвердження особи з нульовим знанням можна використовувати для безпечної та конфіденційної перевірки особи. Наприклад, їх можна використати, щоб довести, що особа перевищує певний вік, не розкриваючи її точний вік чи дату народження. Такі організації, як QEDIT, використовують ZKP, щоб дозволити компаніям перевіряти цілісність своїх даних, не відкриваючи їх третім сторонам, забезпечуючи тим самим конфіденційність даних.
Цифрове голосування: ZKP можна застосовувати в цифрових системах голосування, щоб забезпечити цілісність процесу голосування, зберігаючи конфіденційність виборців. ЗКП можна використовувати, щоб довести, що голосування було проведено правильно, не розкриваючи фактичне голосування. Прикладом є проект «CIVITAS», який використовує ЗКП для забезпечення перевіреного та анонімного голосування на виборах.
Обмін даними та співпраця: ZKP можуть забезпечити безпечний та приватний обмін даними та співпрацю. Наприклад, ZKP можна використовувати для підтвердження дотримання певних умов без розкриття базових даних, що дозволяє сторонам співпрацювати без шкоди для конфіденційної інформації.
Автентифікація та контроль доступу: ZKP можуть покращити механізми автентифікації та контролю доступу. ZKP можна використовувати для підтвердження права власності на цифровий актив, не розкриваючи сам актив, покращуючи безпеку цифрових транзакцій. Наприклад, ЗКП використовуються в мережі «Соврін», щоб дозволити особам підтвердити свої ознаки, такі як вік або кваліфікація, не розкриваючи зайвої особистої інформації.
Технології збереження конфіденційності: ZKP також використовуються в технологіях збереження конфіденційності, таких як анонімні облікові дані та протоколи перетину приватних наборів. Ці технології забезпечують безпечну взаємодію без розкриття конфіденційної інформації.
Переваги та проблеми доказів з нульовим знанням
Докази з нульовим знанням (ZKPs) пропонують кілька переваг.
Переваги
Конфіденційність: однією з ключових переваг ZKP є їх здатність забезпечувати конфіденційність, дозволяючи одній стороні довести знання чогось, не розкриваючи фактичну інформацію. Це надзвичайно важливо в програмах, де конфіденційність даних має першочергове значення, наприклад підтвердження особи.
Безпека: ZKP підвищують безпеку, уможливлюючи перевірені обчислення без розкриття конфіденційних даних. Це особливо важливо в програмах блокчейну та криптовалюти, де транзакції потрібно перевіряти без розкриття деталей транзакцій.
Ефективність: ZKP можуть значно зменшити витрати на обчислення та зв’язок, пов’язані з підтвердженням дійсності твердження. Така ефективність робить їх придатними для використання в середовищах з обмеженими ресурсами.
Прозорість: у деяких випадках, як-от неінтерактивні ZKP, які використовують випадковість, яку можна публічно перевірити, ZKP можуть запропонувати прозорість у створенні та перевірці доказів, підвищуючи довіру до системи.
Масштабованість: певні типи ZKP, такі як zk-STARK, пропонують переваги масштабованості, дозволяючи ефективно генерувати докази та перевіряти навіть великі обсяги даних.
Виклики
ЗКП також мають певні проблеми, які необхідно вирішити для широкого впровадження:
Складність: впровадження та розуміння ZKP може бути складним, вимагаючи досвіду в криптографії та математиці. Ця складність може перешкодити широкому прийняттю та впровадженню.
Обчислювальна інтенсивність: Створення та перевірка ZKP може бути обчислювально інтенсивною. Це може призвести до проблем масштабованості, особливо в програмах із великим обсягом транзакцій.
Довірене налаштування: деякі ZKP вимагають етапу довіреного налаштування для створення загальнодоступних параметрів. Забезпечення цілісності цього налаштування та запобігання потенційним атакам може бути складним завданням.
Знання перевіряючого: ZKP покладаються на припущення, що перевіряючий володіє секретною інформацією, яку він стверджує, що знає. Перевірити це припущення без розкриття секрету може бути складно в певних сценаріях.
Взаємодія: різні системи ZKP можуть мати обмежену сумісність, що ускладнює безперебійне використання ZKP на різних платформах і програмах.
Попереду дорога
На сьогодні докази з нульовим знанням стали важливою технологією для підвищення конфіденційності та масштабованості в різних цифрових програмах.
Нещодавно запущені блокчейни на базі ZK, такі як Polygon zkEVM, zkSync Era та StarkNet, демонструють великі перспективи. Їхнє потенційне застосування та вплив тільки починають досліджувати.
Буде цікаво спостерігати, як розвиватимуться ці технології та які нові можливості вони відкриватимуть у найближчі роки.
