zk-SNARK: Wie es in Kryptowährungen verwendet wird

Kryptowährungstransaktionen sind zwar nicht direkt mit persönlichen Identitäten verbunden, können aber aufgrund ihrer Registrierung in einer öffentlichen Blockchain typischerweise zurückverfolgt werden. Um diese Rückverfolgbarkeit zu umgehen, ist eine spezielle Kategorie von Kryptowährungen erforderlich, die als Privacy Coin bekannt ist. Privacy Coins verwenden verschiedene Methoden, um Anonymität zu gewährleisten. Eine bemerkenswerte Technik ist die zk-SNARKs-Technologie.

Diese Technologie stellt eine Schlüsselkomponente im Blockchain-Ökosystem dar und symbolisiert die miteinander verbundenen Blöcke in einem digitalen Hauptbuch, das von Kryptowährungen wie Bitcoin oder Ethereum verwendet wird. Der Schwerpunkt liegt auf Datensicherheit und Verschlüsselung, wobei verbundene Knoten im Finanztechnologiesektor (Fintech) eine entscheidende Rolle spielen und ein komplexes und abstraktes digitales Netzwerk schaffen.

Für Personen, die den Einsatz von Privacy Coins erforschen, sei es für persönliche Transaktionen oder als Investition in Kryptowährungen, ist es von entscheidender Bedeutung, die zugrunde liegende Technologie zu verstehen. zk-SNARKs sind zwar komplex, aber ein zentraler Aspekt dieser Technologie. Ziel dieses Leitfadens ist es, zk-SNARKs zu entmystifizieren und seine Rolle und Funktionalität im Bereich der Privacy Coins zu erläutern.

Was ist zk-SNARK?

zk-SNARKs, ein Akronym für Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge, stellen eine hochentwickelte Form des kryptografischen Beweises dar, der es einem Prüfer ermöglicht, die Wahrheit einer Aussage zu überprüfen, ohne spezifische Details über die Aussage selbst preiszugeben. Diese Technologie ist ein Eckpfeiler im Bereich datenschutzorientierter Blockchain-Anwendungen und gewährleistet die Vertraulichkeit von Transaktionen, ohne die Integrität und Überprüfbarkeit der Daten zu beeinträchtigen.

Im Kern wahren zk-SNARKs das Prinzip des Nullwissens, was bedeutet, dass der Prüfer einen Anspruch validieren kann, ohne die tatsächlichen Informationen preiszugeben. Dies ist in Szenarien wie dem Nachweis eines ausreichenden Kontostands für eine Transaktion ohne Offenlegung des genauen Betrags oder der Überprüfung der Identität ohne Offenlegung persönlicher Daten von entscheidender Bedeutung.

Der „prägnante“ Aspekt von zk-SNARKs bezieht sich auf die geringe Beweisgröße und den schnellen Verifizierungsprozess, was sie effizient und praktisch für Blockchain-Anwendungen macht. Ihre nicht interaktive Natur vereinfacht den Prozess zusätzlich, da keine ständige Kommunikation zwischen dem Prüfer und dem Prüfer erforderlich ist.

zk-SNARKs sind ein wesentlicher Bestandteil des Datenschutzes in Kryptowährungen, insbesondere in öffentlichen Blockchains, wo Transaktionsdetails normalerweise transparent sind. Beispielsweise verwendet Zcash , eine datenschutzorientierte Kryptowährung, zk-SNARKs, um Transaktionen zu validieren, während Teilnehmerdetails wie Adressen und Transaktionswerte geheim gehalten werden.

Die Entwicklung von zk-SNARKs hat sich seit ihrer ersten Erwähnung in der akademischen Forschung weiterentwickelt, mit bedeutenden Beiträgen von Persönlichkeiten wie Alessandro Chiesa , Mitbegründer von Zcash. Diese Entwicklung spiegelt sich in den praktischen Anwendungen von zk-SNARKs wider, die heute eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Privatsphäre und Sicherheit von Transaktionen im Blockchain-Bereich spielen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass zk-SNARKs ein leistungsstarkes Tool zur Wahrung der Privatsphäre und Sicherheit bei Blockchain-Transaktionen bieten und ein Gleichgewicht zwischen Vertraulichkeit und der Notwendigkeit der Verifizierung bei digitalen Interaktionen herstellen.

Was ist Nullwissen?

Zero Knowledge ist ein Konzept in der Kryptographie, das sich auf den minimalen Informationsaustausch während der Kontoauszugsüberprüfung konzentriert. Es geht darum, Beweise zu erstellen, die den Datentransfer einschränken.

Die grundlegende Arbeit in diesem Bereich begann mit der Arbeit „Knowledge Complexity of Interactive Proof Systems“ aus den 1980er Jahren. In diesem Artikel wurde untersucht, wie Wissen in Beweisen zwischen interaktiven Systemen verwendet wird, und so zu unserem Verständnis des Umgangs mit Wissen in der Informatik beigetragen.

Diese Forschung geht auf Stephen Cooks einflussreiche Arbeit „The Completeness of Theorem Proving Procedures“ aus dem Jahr 1971 zurück, in der er sich mit der Komplexität von Algorithmen befasste. In ähnlicher Weise konzentrierte sich das Papier zur Wissenskomplexität auf die Definition der Grenzen des Wissens in Beweisen.

In der Praxis bezieht sich Zero Knowledge auf die Authentifizierung in der Softwarekommunikation. Wenn Systeme interagieren und eines gegenüber einem anderen einen Anspruch nachweisen muss, bietet Zero Knowledge Methoden, um dies sicher und mit minimalem Datenverlust zu tun.

In einem einfachen Ansatz könnte ein System beispielsweise die Kenntnis eines Passworts dadurch nachweisen, dass es es direkt übermittelt. Aber Zero-Knowledge-Protokolle zielen darauf ab, Behauptungen wie diese mit minimalen Informationen zu validieren und eine direkte Passwortübertragung zu vermeiden. Diese Protokolle basieren auf Wahrscheinlichkeiten, um sicherzustellen, dass die Authentifizierung wahrscheinlich korrekt ist.

Interaktive Beweise erfordern einen kontinuierlichen Dialog zwischen dem Prüfer und dem Prüfer. Bei wissensfreien Beweisen wird diese Interaktion in einem einzigen, sicheren Paket zusammengefasst, was eine nicht interaktive Überprüfung ermöglicht.

Das Konzept der nicht-interaktiven Zero-Knowledge-Beweise wurde erstmals 1988 in einer Arbeit demonstriert und führte zu weiteren Entwicklungen wie SNARKs (Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge). Diese Konzepte wurden seit ihrer Einführung kontinuierlich weiterentwickelt.

Eine praktische Anwendung dieser Ideen ist das 2013 vorgeschlagene Pinocchio-Protokoll. Es ermöglicht die öffentliche Überprüfung von Berechnungen durch nicht vertrauenswürdige Quellen. Diese Konzepte haben sich zu komplexeren Systemen entwickelt, obwohl es aufgrund ihrer mathematischen Komplexität und Neuheit immer noch schwierig ist, sie vollständig zu verstehen.

zk-SNARK ist immer noch ein sich entwickelndes Feld mit laufender Forschung und Umsetzung. Seine Anwendungen werden in verschiedenen Systemen erforscht, was es zu einem wichtigen Interessengebiet in der Kryptographie macht. Lassen Sie uns tiefer in die Funktionsweise von zk-SNARK eintauchen und uns dabei auf seine praktischen Anwendungen und nicht auf die komplexe Mathematik dahinter konzentrieren.

Wie zk-SNARKs funktionieren

Im Bereich der Kryptowährung spielen zk-SNARKs eine zentrale Rolle bei der Validierung von Transaktionen unter Wahrung der Privatsphäre. Mit diesen kryptografischen Tools kann der Absender einer Transaktion nachweisen, dass er alle notwendigen Bedingungen erfüllt – wie etwa den Besitz ausreichender Mittel und des richtigen privaten Schlüssels –, ohne sensible Details wie Adressen oder Transaktionsbeträge preiszugeben. Dies wird durch die Kodierung bestimmter Konsensregeln der Blockchain in zk-SNARKs erreicht.

zk-SNARK überprüft grundsätzlich, ob eine bestimmte Berechnung stattgefunden hat, indem es die ursprüngliche Berechnung durch eine Reihe von Transformationen in ein ganz bestimmtes mathematisches Format umwandelt. Um beispielsweise den Besitz eines Passworts nachzuweisen, wird der tatsächliche Anspruch in ein funktionales Äquivalent umgewandelt, etwa indem das Klartext-Passwort durch einen Hashing-Algorithmus laufen gelassen wird. Dieser Transformationsprozess ist von entscheidender Bedeutung, da er eine Funktion in ein Format umwandelt, das effizient überprüft werden kann, ohne die Originaldaten preiszugeben.

Um ein zk-SNARK zu erstellen, generiert der Prüfer Polynomgleichungen, die als kryptografische Rätsel dienen. Diese Gleichungen sind für zk-SNARKs von wesentlicher Bedeutung und schaffen eine sichere Methode, um Wahrheit ohne Offenlegung zu vermitteln. In diesem Prozess ist die Zufälligkeit von entscheidender Bedeutung, da sie jedem Beweis einen einzigartigen Aspekt verleiht und Reverse Engineering verhindert.

Digitale Signaturen spielen auch eine entscheidende Rolle für die Funktionsweise von zk-SNARKs. Der Prüfer generiert ein Schlüsselpaar (öffentlicher und privater) und verwendet den privaten Schlüssel zum Signieren einer Transaktion. Diese Transaktion wird dann in einem zk-SNARK kodiert, was einen mathematischen Beweis für ihre Gültigkeit liefert. Wenn dieser Nachweis zusammen mit dem öffentlichen Schlüssel an den Prüfer gesendet wird, kann dieser die Gültigkeit der Transaktion schnell und effizient bestätigen, ohne zusätzliche Informationen darüber zu erhalten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass zk-SNARKs komplexe mathematische Transformationen, Polynomgleichungen und digitale Signaturen kombinieren, um eine sichere und private Transaktionsüberprüfung in Blockchain-Netzwerken zu ermöglichen. Diese Technologie verbessert nicht nur den Datenschutz bei Kryptowährungstransaktionen, sondern eröffnet auch neue Möglichkeiten für sicheres, vertrauenswürdiges Computing.

Hauptanwendungen von zk-SNARKs

zk-SNARKs spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung von Datenschutz und Sicherheit in der digitalen Landschaft und haben Auswirkungen auf verschiedene Bereiche. Hier ist ein Blick auf einige der Schlüsselbereiche, in denen zk-SNARKs einen erheblichen Unterschied machen:

Blockchain und Smart Contracts

In der Welt der Blockchain tragen zk-SNARKs maßgeblich dazu bei, private und dennoch überprüfbare Transaktionen in öffentlichen Hauptbüchern zu ermöglichen. Diese Technologie ist das versteckte Juwel, das anonyme Transaktionen in Blockchain-Netzwerken ermöglicht und dabei sowohl Privatsphäre als auch Integrität gewährleistet.

Identitätsprüfung

zk-SNARKs haben das Potenzial, die Art und Weise, wie wir Identität überprüfen, zu revolutionieren. Sie ermöglichen Szenarien, in denen Sie Ihr Alter oder Ihre Nationalität nachweisen können, ohne bestimmte Details wie Ihr Geburtsdatum oder Ihre Passnummer preisgeben zu müssen, wodurch die Privatsphäre bei der persönlichen Identifizierung gewährleistet wird.

Sichere Finanztransaktionen

Angesichts der zunehmenden Gefahr von Datenschutzverletzungen gelten zk-SNARKs als eine Bastion der Privatsphäre für Online-Finanzaktivitäten. Sie schützen Finanztransaktionen und stellen sicher, dass sensible Finanzdaten vertraulich bleiben.

Datenschutz im Gesundheitswesen

Im Gesundheitswesen, wo Patientenakten anfällig für Cyber-Bedrohungen sind, bieten zk-SNARKs eine robuste Lösung. Sie verschlüsseln Krankenakten und stellen so sicher, dass diese sensiblen Informationen nur den Patienten und ihren autorisierten Gesundheitsdienstleistern zugänglich sind.

Diese Anwendungen unterstreichen den transformativen und vielseitigen Charakter von zk-SNARKs beim Schutz von Privatsphäre und Sicherheit in einer Reihe von Sektoren und verdeutlichen ihre Bedeutung für den Aufbau einer sichereren digitalen Welt.

Welche Münzen verwenden zk-SNARKs?

SNARK-Krypto, allgemein als Datenschutzmünze bezeichnet, nutzt die zk-SNARKs-Technologie, um die Privatsphäre der Benutzer im Kryptowährungsbereich zu verbessern. Zu dieser Art von Kryptowährung zählen bekannte Beispiele wie:

Zcash (ZEC)
Verge (XVG)
Monero (XMR)
Strich (DASH)
Strahl (STRAHL)
Horizen (ZEN)
Bytecoin (BCN)

Ein Hauptanliegen bei zk-SNARKs ist die Anfälligkeit des privaten Schlüssels. Bei einer Kompromittierung kann es zur Erstellung betrügerischer Beweise kommen, die möglicherweise die Herstellung und den Missbrauch gefälschter Privacy Coins ermöglichen.

Über die Kryptowährung hinaus finden zkSNARKs in verschiedenen Bereichen Anwendung:

Identitätsüberprüfung : Sie ermöglichen die Überprüfung von Benutzeranmeldeinformationen, ohne dass Passwörter oder herkömmliche Dokumente wie Reisepässe oder Geburtsurkunden erforderlich sind, und schützen so vertrauliche persönliche Daten.
Wahlsysteme : zkSNARKs können Wähleridentitäten validieren und gleichzeitig die Anonymität wahren, wodurch die Privatsphäre der Wähler gewährleistet wird, selbst wenn Stimmzettelinformationen offengelegt werden.
Datenkomprimierung : Diese Anwendung ist besonders faszinierend und verdient eine weitere Erforschung.

Ein praktisches Beispiel für den Einsatz von zkSNARKs istFilecoin , ein dezentrales Speichernetzwerk, das einer Blockchain-basierten Dropbox ähnelt. In diesem Ökosystem müssen Speicheranbieter (oder „Prüfer“) den Knoten des Netzwerks (den „Prüfern“) eine ordnungsgemäße On-Chain-Datenspeicherung nachweisen. Dieser Prozess, der für die Gewährleistung der Datenintegrität und -sicherheit von entscheidender Bedeutung ist, kann ressourcenintensiv sein.

Filecoin erklärt, dass das Volumen der zu validierenden Datenspeicheranbieter erheblich ist und ständig zunimmt. Um effiziente Abläufe und Skalierbarkeit aufrechtzuerhalten, benötigt das Netzwerk eine Lösung für eine schnelle und robuste Verifizierung. zk-SNARKs bieten diese Lösung, indem sie den Zeit- und Datenaufwand für die Speicherüberprüfung erheblich reduzieren.

Für Speicheranbieter im Filecoin-Netzwerk verringern zk-SNARKs das für den Speichernachweis erforderliche Datenübertragungsvolumen, wodurch die Betriebskosten gesenkt und die Gesamteffizienz des Netzwerks verbessert werden.

Kritik an zk-SNARKs

zk-SNARKs sind zwar revolutionär, bringen jedoch ihre eigenen Herausforderungen mit sich. Ein großes Problem ist die potenzielle Schwachstelle im Zusammenhang mit dem privaten Schlüssel, der beim Einrichten des Beweisprotokolls verwendet wird. Sollte dieser Schlüssel kompromittiert werden, könnte dies zur Erstellung falscher, aber scheinbar gültiger Beweise führen, was Fälschungsaktivitäten wie die unbefugte Generierung von Zcash-Tokens ermöglichen würde. Um dieses Risiko zu mindern, hat Zcash ein komplexes Prüfprotokoll implementiert, an dem mehrere Parteien beteiligt sind, um das Fälschungsrisiko zu minimieren.

Ein weiteres Problem, das bei Zcash angesprochen wurde, betrifft sein Wirtschaftsmodell. In seiner Anfangsphase führte Zcash eine sogenannte „Gründersteuer“ ein, bei der 20 % der geschürften Token den Entwicklern zugeteilt wurden. Dieser Aspekt hat Kritik hervorgerufen, wobei einige vermuten, dass er zur Schaffung einer nicht genannten Anzahl von Zcash-Tokens führen könnte, wodurch es schwierig wird, die Gesamtzahl der im Umlauf befindlichen Token zu ermitteln.

Als Reaktion auf diese Bedenken und insbesondere auf die Frage des vertrauenswürdigen Aufbaus in zk-SNARKs wurden Anstrengungen unternommen, um die Technologie zu verbessern. Seit 2019 arbeitet ein Entwicklungsteam namens Suterusu an einer Variante namens zK-ConSNARK. Diese Innovation soll die Notwendigkeit einer vertrauenswürdigen Einrichtung überflüssig machen und so den Sicherheitsaspekt stärken. Ziel ist es, den Schutz der Privatsphäre auf Mainstream-Blockchains wie Bitcoin auszuweiten, und rühmt sich mit der niedrigsten Inflationsrate unter den aktuellen Kryptowährungen, was einen bedeutenden Fortschritt in der Entwicklung der zk-SNARK-Technologie darstellt.

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