أدلة المعرفة الصفرية (ZKPs): التشفير المستقبلي الذي يحافظ على الخصوصية
تُعدّ أدلة المعرفة الصفرية (ZKPs) تطورًا ثوريًا في مجال التشفير، إذ تسمح لطرف (المُثبِت) بإقناع طرف آخر (المُحقِّق) بصحة ادعاء مُعيَّن دون الكشف عن المعلومات الأساسية أو المنهجية المُستخدمة للوصول إلى الدليل. لهذه القدرة الخاصة على إثبات صحة ادعاء ما لشخص آخر دون الكشف عن معلومات خاصة آثارٌ واسعة النطاق على تقنية البلوك تشين، والمصادقة، وتطبيقات الأمن والخصوصية.
مفهوم إثباتات المعرفة الصفرية
طرحت ورقة شافي جولدواسر وسيلفيو ميكالي وتشارلز راكوف البحثية الرائدة عام ١٩٨٥ بعنوان "تعقيد المعرفة في أنظمة الإثبات التفاعلية" فكرة إثباتات المعرفة الصفرية. وحددت هذه الورقة البنية الأساسية لأنظمة المعرفة الصفرية، واقترحت أيضًا نظام إثبات يُمكّن المُثبت من إقناع المُتحقق بصحة العبارة دون الكشف عن أي شيء سوى صحتها نفسها. وتُعدّ الاكتمال والسلامة والمعرفة الصفرية عناصر أساسية.
تُعرف كمية المعلومات التي يجب مشاركتها لإثبات حقيقة ما بتعقيد المعرفة في أنظمة الإثبات التفاعلية. يُعدّ تقليل هذا التعقيد أمرًا بالغ الأهمية مع تطور التكنولوجيا. وتكتسب هذه الفكرة أهمية خاصة عند إنشاء بروتوكولات تتطلب دقة عالية في الإثبات مع تفاعل محدود.
عملية إثبات عدم المعرفة
يمكن أن يكون مثال على دليل المعرفة الصفرية مفيدًا في توضيح بروتوكولات المعرفة الصفرية. لنفترض أن أليس ترغب في إثبات معرفتها بكلمة مرور نظام ما دون الكشف عنها. يمكنها إنشاء دليل تشفيري يُقنع المُتحقق بأنها على دراية بالسر باستخدام بروتوكول المعرفة الصفرية دون الكشف عن المعلومات الأساسية.
تأتي ZKPs في نوعين رئيسيين:
- تتضمن أدلة المعرفة الصفرية التفاعلية محادثة ذهابًا وإيابًا بين المُثبت والمُتحقق.
- أدلة المعرفة الصفرية التي لا تكون تفاعلية، حيث يقوم المُثبت بإرسال رسالة واحدة فقط.
تُستخدم نماذج المعرفة الصفرية غير التفاعلية (NIZK) الأكثر قابلية للتطوير في التطبيقات المعاصرة، وخاصة في تقنية blockchain.
من النظرية إلى البلوكشين
بما أن العملات المشفرة، مثل Zcash، تستخدم حجج المعرفة المختصرة وغير التفاعلية (zk-snarks) لحماية خصوصية المعاملات، فقد أصبحت حجج المعرفة المختصرة غير التفاعلية (ZKPs) أساسية لأنظمة البلوك تشين. يمكن للمستخدمين التأكد من شرعية المعاملة باستخدام هذه الحجج المختصرة وغير التفاعلية دون الكشف عن أي معلومات خاصة بالمعاملة.
تُحسّن تقنية ZKP خصوصية البيانات والمصادقة عليها ضمن شبكات البلوك تشين وشبكات البلوك تشين العامة، مما يُمكّن الأطراف من التفاعل بشكل آمن مع البنى التحتية العامة للبلوك تشين. تُعدّ ZKPs مثالية لأنظمة سلسلة التوريد والحوسبة متعددة الأطراف، إذ تُتيح التحقق من صحة المعاملة أو نقطة البيانات دون الكشف عن محتواها.
يشهد استخدام ZKP نموًا سريعًا في أنظمة Web3 ، وDeFi ، والتطبيقات اللامركزية ( dApps ). فهي تتيح استخدام نماذج أمان الثقة الصفرية دون الحاجة إلى التحقق الخارجي.
الاستخدامات والتنفيذات
من بين الاستخدامات العديدة لـ ZKPs:
- التحقق من الهوية دون الكشف عن المعلومات الشخصية
- ضمان الخصوصية من خلال معاملات blockchain الخاصة
- يتم استخدام المنحنيات الإهليلجية في الإثبات التشفيري لإنتاج توقيعات آمنة.
- الامتثال دون الكشف عن المعلومات الخاصة
من بين الأطر الأكثر تطورًا، zk-snarks، المصممة للتحقق السريع والموجز، وbulletproofs، وهي فعّالة لإثباتات النطاق. ومن بين البنيات الأخرى التي تُركّز على افتراضات بسيطة، مثل الإعداد الموثوق، الحجة الشفافة للمعرفة والحجة الموجزة غير التفاعلية للمعرفة.
نوع ZKP | تفاعل | الإعداد الموثوق به | مجال التطبيق |
zk-SNARKs | غير تفاعلي | نعم | المعاملات الخاصة |
zk-STARKs | غير تفاعلي | لا | تطبيقات بلوكتشين قابلة للتطوير |
مضاد للرصاص | غير تفاعلي | لا | أدلة النطاق السرية |
نقاط البيع التفاعلية | تفاعلية | لا | الأسس النظرية |
أسس النظرية
تزعم أنظمة Zk-snarks وأنظمة المعرفة غير التفاعلية الأخرى أنها تحتاج إلى إعداد موثوق، وهو ما قد يُمثل نقطة ضعف. هذا هو هدف حجج المعرفة الموجزة غير التفاعلية (SNARKs) ونسختها الأحدث، حجج المعرفة الشفافة القابلة للتطوير (STARKs). ولا ينبغي إغفال الأنظمة المضمونة، فهي أكثر أمانًا في بعض الحالات لأنها لا تحتاج إلى إعداد موثوق.
آلية عمل ZKPs
يُعدّ التعقيد التشفيري ضروريًا لفهم براهين المعرفة الصفرية. هذه البراهين التشفيرية، التي غالبًا ما تعتمد على منحنيات بيضاوية، تُوفّر الاكتمال، الذي يضمن إمكانية إثبات الادعاء الصحيح دائمًا، والسلامة، التي تضمن استحالة إثبات الادعاء الخاطئ.
يُنشئ المُثبِّت دليلاً على صحة العبارة في بروتوكول قياسي. ثم يستخدم المُتحقق آليات التحقق لتأكيد هذا الدليل. وتتطلب هذه البراهين خوارزميات متقدمة ووعيًا بتعقيد المعرفة في الأنظمة التفاعلية.
تُعرَّف "المعرفة الصفرية" بأنها القدرة على إقناع المُتحقق دون الكشف عن أي معلومات إضافية. على سبيل المثال، من أهم خصائص التمويل اللامركزي (DeFi) الإثبات دون تسريب المعرفة. تُشكِّل نقاط المعرفة الصفرية (ZKPs) حجر الأساس في بناء بيئات ثقة صفرية بهذا المعنى.
المزايا والصعوبات
هناك العديد من المزايا المهمة لتنفيذ ZKPs:
- خصوصية البيانات: الحفاظ على معلومات المستخدم أثناء نقلها والتحقق من صحتها.
- قابلية التوسع: خاصة في سلاسل الكتل مع SNARKs وSTARKs
- تقليل الثقة: تقليل الاعتماد على السلطات المركزية
ومع ذلك، فإن الصعوبات تشمل:
- تتطلب بعض الأنظمة إعدادًا موثوقًا به.
- النفقات العامة في الحساب عند إنشاء الأدلة
- معرفة التكامل الآمن بين المطورين والمعلمين
تُعدّ نقاط المعرفة الصفرية (ZKPs) مثالية للاستخدام في إثباتات المعرفة الصفرية، حيث يتم تأكيد الحقائق مع تبادل المعلومات الخاصة بين المُثبت والمُتحقق. يُعدّ تقديم الإثبات دون الكشف عن البيانات نفسها في التطبيقات شديدة الحساسية، مثل الرعاية الصحية أو المالية، إنجازًا ثوريًا.
النظر إلى الأمام
تُعدّ نقاط المعرفة القريبة (ZKPs) أساسيةً لبروتوكولات الجيل التالي مع تطور تقنيات التشفير. صُممت هذه النقاط ليستخدمها المطورون بطرق جديدة، مثل توفير نقاط بيانات دون الكشف عن سياقها، أو ضمان حوسبة قابلة للتحقق عبر العقد اللامركزية.
مع تزايد تخصص تطبيقات ZKP وتطورها، تبحث أبحاث جديدة في قواعد لاغرانج لحجج المعرفة غير التفاعلية، سواءً كانت عالمية أو عالمية. تسعى المؤسسات إلى تحسين الأمان وقابلية التوسع عند تطبيقها لإثباتات المعرفة الصفرية.
باختصار، تُعدّ أنظمة ZKP أساس تقنيات الحفاظ على الخصوصية المعاصرة. ويتطلب اعتماد الأنظمة القائمة على ZKP الإجراءات التالية:
- خذ بعين الاعتبار حالة الاستخدام وحساسية البيانات.
- حدد إطار عمل ZKP المناسب (مثل bulletproofs أو zk-snarks).
- قم بتضمين ZKP في نظام blockchain أو التشفير الأكبر.
ويستمر هذا المجال في التوسع، مما يتيح التفاعلات بين المُثبت والمُتحقق في عالم يهتم بالخصوصية، وذلك بفضل رواد مثل سيلفيو ميكالي وشافي جولدواسر.
باختصار، تُتيح منصات ZKP تفاعلاتٍ خاصة وآمنة عبر الإنترنت. تُقدم هذه المنصات أداةً حيويةً في التشفير المعاصر، سواءً للتحقق من الهوية، أو لحماية بيانات البلوك تشين، أو للحوسبة الخاصة. ستكون هذه المنصات أساسيةً في بناء مستقبل رقمي آمن مع تزايد اعتمادها عبر البلوك تشين والعملات المشفرة.
