Dimostrazioni a conoscenza zero (ZKP): la crittografia del futuro che preserva la privacy
Uno sviluppo rivoluzionario in crittografia, le dimostrazioni a conoscenza zero (ZKP) consentono a una parte (il dimostratore) di persuadere un'altra parte (il verificatore) della veridicità di una particolare affermazione senza rivelare le informazioni sottostanti o la metodologia utilizzata per giungere alla dimostrazione. Questa speciale capacità di dimostrare a un'altra persona che un'affermazione è accurata senza rivelare informazioni private ha effetti di vasta portata sulle applicazioni blockchain, di autenticazione, di sicurezza e privacy.
Il concetto di prove a conoscenza zero
L'innovativo articolo del 1985 di Shafi Goldwasser, Silvio Micali e Charles Rackoff, "The Knowledge Complexity of Interactive Proof-Systems", introdusse il concetto di dimostrazione a conoscenza zero. La struttura fondamentale delle ZKP fu definita in questo articolo, che proponeva anche un sistema di dimostrazione in cui un dimostratore può persuadere un verificatore della validità di un'affermazione senza rivelare nulla di più della validità stessa. Completezza, solidità e conoscenza zero sono gli elementi essenziali.
La quantità di informazioni che devono essere condivise per stabilire un fatto è nota come complessità di conoscenza dei sistemi di dimostrazione interattivi. Ridurre questa complessità è essenziale con lo sviluppo della tecnologia. L'idea è particolarmente cruciale quando si creano protocolli che richiedono un'elevata fedeltà di dimostrazione con poca interazione.
Il funzionamento della dimostrazione a conoscenza zero
Un esempio di dimostrazione a conoscenza zero può essere utile per chiarire i protocolli a conoscenza zero. Supponiamo che Alice voglia dimostrare di essere a conoscenza della password di un sistema senza rivelarla. Può creare una dimostrazione crittografica che convinca il verificatore di essere a conoscenza del segreto utilizzando un protocollo a conoscenza zero, senza rivelare le informazioni sottostanti.
Gli ZKP si presentano in due varianti principali:
- Le dimostrazioni interattive a conoscenza zero implicano una conversazione reciproca tra chi dimostra e chi verifica.
- Dimostrazioni a conoscenza zero non interattive, in cui il dimostratore trasmette solo un messaggio.
Modelli NIZK (zero-knowledge) non interattivi e più scalabili vengono spesso impiegati nelle applicazioni contemporanee, in particolar modo nella tecnologia blockchain.
Teoria della Blockchain
Poiché criptovalute come Zcash utilizzano gli zk-snarks (argomentazioni di conoscenza succinte e non interattive a conoscenza zero) per proteggere la privacy delle transazioni, gli ZKP sono diventati essenziali per i sistemi blockchain. Gli utenti possono confermare la legittimità di una transazione utilizzando queste brevi prove a conoscenza zero non interattive senza divulgare alcuna informazione transazionale.
La tecnologia ZKP offre una migliore privacy e autenticazione dei dati all'interno di blockchain e reti blockchain pubbliche, consentendo alle parti di interagire in modo sicuro con infrastrutture blockchain pubbliche. Le ZKP sono perfette per i sistemi di supply chain e per il calcolo multi-parte, perché consentono di convalidare una transazione o un punto dati senza divulgarne il contenuto.
L'utilizzo di ZKP sta crescendo rapidamente negli ecosistemi Web3 , nella DeFi e nelle applicazioni decentralizzate ( dApp ). Consentono di utilizzare modelli di sicurezza Zero Trust senza la necessità di validazione esterna.
Usi ed esecuzioni
Tra i numerosi utilizzi degli ZKP troviamo:
- Verifica dell'identità senza rivelare informazioni personali
- Garantire la privacy attraverso transazioni blockchain private
- Le curve ellittiche vengono utilizzate nella crittografia per produrre firme sicure.
- Conformità senza divulgazione di informazioni private
Tra i framework più sofisticati ci sono gli zk-snarks, progettati per una verifica rapida e concisa, e i bulletproof, efficaci per le dimostrazioni di range. Altri costrutti che enfatizzano ipotesi minime, come un'impostazione affidabile, includono l'argomento trasparente della conoscenza e l'argomento conciso e non interattivo della conoscenza.
Tipo ZKP | Interazione | Configurazione attendibile | Area di applicazione |
zk-SNARK | Non interattivo | SÌ | Transazioni private |
zk-STARK | Non interattivo | NO | App Blockchain scalabili |
Protezioni a proiettile | Non interattivo | NO | Prove di portata riservate |
ZKP interattivi | Interattivo | NO | Fondamenti teorici |
Fondamenti della teoria
Gli Zk-snark e altri sistemi di conoscenza non interattivi sostengono di aver bisogno di un'impostazione affidabile, il che può rappresentare un punto debole. Questo è l'obiettivo degli argomenti di conoscenza non interattivi succinti (SNARK) e della loro variante più recente, gli argomenti di conoscenza trasparenti scalabili (STARK). Da non trascurare sono i bulletproof, che sono più sicuri in alcune situazioni perché non necessitano di un'impostazione affidabile.
Il funzionamento degli ZKP
La complessità crittografica è necessaria per comprendere le dimostrazioni a conoscenza zero. Queste dimostrazioni crittografiche, spesso basate su curve ellittiche, garantiscono completezza, che garantisce che un'affermazione valida possa sempre essere dimostrata, e solidità, che garantisce che un'affermazione falsa non possa essere dimostrata.
Il dimostratore crea una dimostrazione che l'affermazione è vera in un protocollo standard. Il verificatore utilizza quindi meccanismi di verifica per confermare tale dimostrazione. Per tali dimostrazioni sono necessari algoritmi avanzati e la consapevolezza della complessità della conoscenza dei sistemi interattivi.
La conoscenza zero è definita come la capacità di persuadere un verificatore senza rivelare informazioni aggiuntive. Ad esempio, una delle caratteristiche principali della finanza decentralizzata (DeFi) è la dimostrazione senza fuga di informazioni. Le ZKP costituiscono il fondamento per la creazione di ambienti a fiducia zero in questo senso.
Vantaggi e difficoltà
L'implementazione degli ZKP presenta numerosi vantaggi importanti:
- Privacy dei dati: preserva le informazioni dell'utente durante la trasmissione e la convalida.
- Scalabilità: in particolare nelle blockchain con SNARK e STARK
- Ridurre al minimo la fiducia: riduce la dipendenza dalle autorità centralizzate
Tuttavia, le difficoltà includono:
- Alcuni sistemi richiedono una configurazione affidabile.
- Sovraccarico di calcolo durante la creazione di prove
- Conoscenza dell'integrazione sicura tra sviluppatori ed educatori
Le ZKP sono perfette per l'uso nelle dimostrazioni di conoscenza a conoscenza zero, in cui i fatti vengono confermati mentre informazioni private vengono scambiate tra chi prova e chi verifica. È rivoluzionario fornire una prova senza rivelare i dati stessi in applicazioni estremamente sensibili come la sanità o la finanza.
Guardando avanti
Le ZKP sono essenziali per i protocolli di nuova generazione, con l'avanzare delle tecniche crittografiche. Gli ZKP sono progettati per essere utilizzati in nuovi modi dagli sviluppatori, come la distribuzione di punti dati senza rivelarne il contesto o la garanzia di calcoli verificabili su nodi decentralizzati.
Con l'aumentare della specializzazione e della sofisticazione delle applicazioni ZKP, nuove ricerche indagano le basi di Lagrange per argomenti di conoscenza ecumenici e non interattivi. Le organizzazioni cercano di migliorare la sicurezza e la scalabilità nell'implementazione di dimostrazioni di conoscenza a conoscenza zero.
In sintesi, le ZKP sono il fondamento delle moderne tecnologie a tutela della privacy. L'adozione di sistemi basati su ZKP richiede le seguenti azioni:
- Considerare il caso d'uso e la sensibilità dei dati.
- Selezionare il framework ZKP appropriato (ad esempio bulletproofs o zk-snarks).
- Includere lo ZKP nel più ampio sistema blockchain o crittografico.
Il settore è in continua espansione, consentendo interazioni tra dimostratori e verificatori in un mondo attento alla privacy, grazie a pionieri come Silvio Micali e Shafi Goldwasser.
In sintesi, le ZKP consentono interazioni online private e sicure. Le ZKP offrono uno strumento fondamentale nella crittografia contemporanea, che si tratti di verifica dell'identità, protezione dei dati blockchain o elaborazione privata. Le ZKP saranno essenziali per creare futuri digitali sicuri, man mano che l'adozione di blockchain e criptovalute crescerà.
