Pruebas de conocimiento cero (ZKP): criptografía del futuro que preserva la privacidad
Las pruebas de conocimiento cero (PCC), un avance revolucionario en criptografía, permiten que una parte (el demostrador) convenza a otra (el verificador) de la veracidad de una afirmación específica sin revelar la información subyacente ni la metodología empleada para obtener la prueba. Esta capacidad especial para demostrar a otra persona la veracidad de una afirmación sin revelar información privada tiene amplios efectos en las aplicaciones de blockchain, autenticación, seguridad y privacidad.
El concepto de pruebas de conocimiento cero
El innovador artículo de 1985 de Shafi Goldwasser, Silvio Micali y Charles Rackoff, "La complejidad del conocimiento de los sistemas de prueba interactivos", introdujo la idea de las pruebas de conocimiento cero. La estructura fundamental de las pruebas de conocimiento cero se definió en este artículo, que también propuso un sistema de prueba en el que un probador puede persuadir a un verificador de la validez de una afirmación sin revelar nada más que la validez misma. La completitud, la solidez y el conocimiento cero son los elementos esenciales.
La cantidad de información que debe compartirse para establecer un hecho se conoce como la complejidad del conocimiento de los sistemas de prueba interactivos. Reducir esta complejidad es esencial a medida que la tecnología evoluciona. Esta idea es especialmente crucial al crear protocolos que exigen alta fidelidad de prueba con poca interacción.
El funcionamiento de la prueba de conocimiento cero
Un ejemplo de prueba de conocimiento cero puede ser útil para explicar los protocolos de conocimiento cero. Supongamos que Alicia desea demostrar que conoce la contraseña de un sistema sin revelarla. Puede crear una prueba criptográfica que convenza al verificador de que conoce el secreto utilizando un protocolo de conocimiento cero sin revelar la información subyacente.
Los ZKP vienen en dos variedades principales:
- Las pruebas interactivas de conocimiento cero implican una conversación de ida y vuelta entre el probador y el verificador.
- Pruebas de conocimiento cero que no son interactivas, en las que el probador solo transmite un mensaje.
Los modelos de conocimiento cero (NIZK) más escalables y no interactivos se emplean con frecuencia en aplicaciones contemporáneas, especialmente en la tecnología blockchain.
De la teoría a la blockchain
Dado que criptomonedas como Zcash utilizan zk-snarks (pruebas de conocimiento cero, concisas y no interactivas) para proteger la privacidad de las transacciones, las ZKP se han vuelto esenciales para los sistemas blockchain. Los usuarios pueden confirmar la legitimidad de una transacción utilizando estas pruebas de conocimiento cero breves y no interactivas sin revelar información transaccional.
La tecnología ZKP proporciona mayor privacidad y autenticación de datos dentro de blockchain y redes blockchain públicas, lo que permite a las partes interactuar de forma segura con las infraestructuras blockchain públicas. Las ZKP son ideales para sistemas de cadena de suministro y computación multipartita, ya que permiten validar una transacción o un punto de datos sin revelar su contenido.
El uso de ZKP está creciendo rápidamente en los ecosistemas Web3 , DeFi y aplicaciones descentralizadas ( dApps ). Permiten el uso de modelos de seguridad de confianza cero sin necesidad de validación externa.
Usos y ejecuciones
Entre los muchos usos de los ZKP se encuentran:
- Verificación de identidad sin revelar información personal
- Garantizar la privacidad mediante transacciones privadas en blockchain
- Las curvas elípticas se utilizan en la prueba criptográfica para producir firmas seguras.
- Cumplimiento sin revelar información privada
Entre los marcos de trabajo más sofisticados se encuentran los zk-snarks, diseñados para una verificación rápida y concisa, y las pruebas de alcance, eficaces para las pruebas de alcance. Otras construcciones que enfatizan suposiciones mínimas, como una configuración confiable, incluyen el argumento de conocimiento transparente y el argumento de conocimiento conciso y no interactivo.
Tipo ZKP | Interacción | Configuración de confianza | Área de aplicación |
zk-SNARKs | No interactivo | Sí | Transacciones privadas |
zk-STARKs | No interactivo | No | Aplicaciones de blockchain escalables |
A prueba de balas | No interactivo | No | Pruebas de rango confidenciales |
ZKP interactivos | Interactivo | No | Fundamentos teóricos |
Fundamentos de la teoría
Los Zk-snarks y otros sistemas de conocimiento no interactivos argumentan que necesitan una configuración confiable, lo cual puede ser una debilidad. Este es el objetivo de los argumentos de conocimiento sucintos no interactivos (SNARK) y su variante más reciente, los argumentos de conocimiento transparentes y escalables (STARK). No se deben pasar por alto los sistemas a prueba de balas, que son más seguros en algunas situaciones porque no requieren una configuración confiable.
El funcionamiento de los ZKP
La complejidad criptográfica es necesaria para comprender las pruebas de conocimiento cero. Estas pruebas criptográficas, que frecuentemente se basan en curvas elípticas, proporcionan completitud, lo que garantiza que una afirmación válida siempre pueda probarse, y solidez, lo que garantiza que una afirmación falsa no pueda probarse.
El probador crea una prueba de que la afirmación es verdadera según un protocolo estándar. El verificador utiliza mecanismos de verificación para confirmar esta prueba. Para estas pruebas se requieren algoritmos avanzados y un conocimiento de la complejidad del conocimiento de los sistemas interactivos.
El conocimiento cero se define como la capacidad de persuadir a un verificador sin revelar información adicional. Por ejemplo, una de las principales características de las finanzas descentralizadas (DeFi) es la prueba sin fuga de conocimiento. En este sentido, las ZKP son la piedra angular para crear entornos de confianza cero.
Ventajas y dificultades
La implementación de ZKP ofrece numerosas ventajas importantes:
- Privacidad de datos: Conserva la información del usuario mientras se transmite y valida.
- Escalabilidad: particularmente en cadenas de bloques con SNARKs y STARKs
- Minimizar la confianza: reduce la dependencia de las autoridades centralizadas
Sin embargo, las dificultades incluyen:
- Ciertos sistemas requieren una configuración confiable.
- Sobrecarga en el cálculo al crear pruebas
- Conocimiento de la integración segura entre desarrolladores y educadores
Las ZKP son perfectas para su uso en pruebas de conocimiento de conocimiento cero, donde se confirman hechos mientras se intercambia información privada entre el probador y el verificador. Resulta revolucionario proporcionar pruebas sin revelar los datos en aplicaciones extremadamente sensibles como la salud o las finanzas.
Mirando hacia adelante
Los ZKP son esenciales para los protocolos de próxima generación a medida que avanzan las técnicas criptográficas. Están diseñados para que los desarrolladores los utilicen de nuevas maneras, como la entrega de puntos de datos sin revelar el contexto o la garantía de un cálculo verificable en nodos descentralizados.
A medida que las aplicaciones ZKP se vuelven más especializadas y sofisticadas, nuevas investigaciones investigan las bases de Lagrange para argumentos de conocimiento ecuménicos y no interactivos. Las organizaciones buscan mejorar la seguridad y la escalabilidad al implementar pruebas de conocimiento de conocimiento cero.
En resumen, las ZKP son la base de las tecnologías contemporáneas de protección de la privacidad. La adopción de sistemas basados en ZKP requiere las siguientes acciones:
- Considere el caso de uso y la sensibilidad de los datos.
- Seleccione el marco ZKP adecuado (como bulletproofs o zk-snarks).
- Incluir el ZKP en la cadena de bloques o sistema criptográfico más grande.
El campo continúa expandiéndose, permitiendo interacciones entre probadores y verificadores en un mundo consciente de la privacidad, gracias a pioneros como Silvio Micali y Shafi Goldwasser.
En resumen, las ZKP posibilitan interacciones en línea privadas y seguras. Ofrecen una herramienta vital en la criptografía contemporánea, ya sea para la verificación de identidad, la protección de datos en blockchain o la computación privada. Las ZKP serán esenciales para crear futuros digitales seguros a medida que crece su adopción en blockchains y criptomonedas.
