zk-SNARK: como é usado em criptomoeda

As transações de criptomoeda, embora não estejam diretamente ligadas a identidades pessoais, normalmente podem ser rastreadas devido ao seu registro em uma blockchain pública. Para contornar esta rastreabilidade, é necessária uma categoria especializada de criptomoeda conhecida como moeda de privacidade. As moedas de privacidade empregam vários métodos para garantir o anonimato, sendo uma técnica notável a tecnologia zk-SNARKs.

Esta tecnologia representa um componente chave no ecossistema blockchain, simbolizando os blocos interconectados em um livro digital usado por criptomoedas como Bitcoin ou Ethereum. Enfatiza a segurança e a criptografia de dados, com os nós conectados desempenhando um papel crucial no setor de tecnologia financeira (fintech), criando uma rede digital complexa e abstrata.

Para indivíduos que exploram o uso de moedas de privacidade, seja para transações pessoais ou como investimento em criptomoeda, é crucial compreender a tecnologia subjacente. Os zk-SNARKs, embora complexos, são um aspecto fundamental desta tecnologia. Este guia tem como objetivo desmistificar os zk-SNARKs, explicando seu papel e funcionalidade no domínio das moedas de privacidade.

O que é zk-SNARK?

zk-SNARKs, um acrônimo para Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge, representa uma forma sofisticada de prova criptográfica, permitindo que um provador verifique a veracidade de uma afirmação sem revelar quaisquer detalhes específicos sobre a própria afirmação. Esta tecnologia é uma pedra angular no domínio das aplicações blockchain centradas na privacidade, garantindo a confidencialidade transacional sem comprometer a integridade e a verificabilidade dos dados.

Basicamente, os zk-SNARKs mantêm o princípio do conhecimento zero, o que significa que o provador pode validar uma afirmação sem expor a informação real. Isto é crucial em cenários como provar saldo de conta suficiente para uma transação sem revelar o valor exato ou verificar a identidade sem divulgar dados pessoais.

O aspecto “sucinto” dos zk-SNARKs refere-se ao pequeno tamanho da prova e ao rápido processo de verificação, tornando-os eficientes e práticos para aplicações blockchain. A sua natureza não interactiva simplifica ainda mais o processo, uma vez que não requer comunicação contínua entre o provador e o verificador.

Os zk-SNARKs são essenciais para a privacidade em criptomoedas, especialmente em blockchains públicos, onde os detalhes das transações são geralmente transparentes. Por exemplo, Zcash , uma criptomoeda focada na privacidade, emprega zk-SNARKs para validar transações, mantendo ocultos os detalhes dos participantes, como endereços e valores de transação.

O desenvolvimento dos zk-SNARKs evoluiu desde suas primeiras menções em pesquisas acadêmicas, com contribuições significativas de figuras como Alessandro Chiesa , cofundador da Zcash. Esta evolução reflete-se nas aplicações práticas dos zk-SNARKs, que agora são fundamentais para garantir a privacidade e segurança transacional no espaço blockchain.

Em resumo, os zk-SNARKs oferecem uma ferramenta poderosa para manter a privacidade e a segurança nas transações blockchain, estabelecendo um equilíbrio entre a confidencialidade e a necessidade de verificação nas interações digitais.

O que é conhecimento zero?

Conhecimento zero é um conceito em criptografia com foco no compartilhamento mínimo de informações durante a verificação de declarações. Trata-se de criar provas que limitem a transferência de dados.

O trabalho fundamental nesta área começou com o artigo da década de 1980 "Knowledge Complexity of Interactive Proof Systems". Este artigo explorou como o conhecimento é utilizado em provas entre sistemas interativos, contribuindo para a nossa compreensão do tratamento do conhecimento na ciência da computação.

Esta pesquisa tem suas raízes no influente artigo de Stephen Cook de 1971, "The Completeness of Theorem Proving Procedures", que investigou a complexidade dos algoritmos. Da mesma forma, o artigo sobre complexidade do conhecimento focou na definição dos limites do conhecimento nas provas.

Em termos práticos, o conhecimento zero está relacionado à autenticação na comunicação de software. Quando os sistemas interagem e é necessário provar uma reivindicação a outro, o conhecimento zero oferece métodos para fazer isso de forma segura, com vazamento mínimo de dados.

Por exemplo, numa abordagem básica, um sistema pode provar o conhecimento de uma senha transmitindo-a diretamente. Mas os protocolos de conhecimento zero visam validar afirmações como essas com informações mínimas, evitando a transmissão direta de senhas. Esses protocolos dependem da probabilidade para garantir que a autenticação seja provavelmente precisa.

As provas interativas envolvem um diálogo contínuo entre o provador e o verificador. Nas provas de conhecimento zero, essa interação é compactada em um pacote único e seguro, permitindo a verificação não interativa.

O conceito de provas não interativas de conhecimento zero foi demonstrado pela primeira vez em um artigo de 1988, levando a desenvolvimentos adicionais como SNARKs (Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge). Esses conceitos foram continuamente refinados desde a sua introdução.

Uma aplicação prática destas ideias é o protocolo Pinóquio, proposto em 2013. Ele permite a verificação pública de cálculos por fontes não confiáveis. Estes conceitos evoluíram para sistemas mais complexos, embora continuem a ser difíceis de compreender devido à sua complexidade matemática e novidade.

zk-SNARK ainda é um campo em desenvolvimento, com pesquisa e implementação em andamento. Suas aplicações estão sendo exploradas em diversos sistemas, tornando-se uma área de interesse significativa em criptografia. Vamos nos aprofundar em como o zk-SNARK funciona, concentrando-nos em suas aplicações práticas, e não na matemática complexa por trás dele.

Como funcionam os zk-SNARKs

No domínio da criptomoeda, os zk-SNARKs desempenham um papel fundamental na validação de transações, mantendo a privacidade. Estas ferramentas criptográficas permitem ao remetente de uma transação demonstrar que cumprem todas as condições necessárias – tais como possuir fundos suficientes e a chave privada correta – sem revelar quaisquer detalhes sensíveis, como endereços ou montantes de transação. Isto é conseguido através da codificação de certas regras de consenso da blockchain em zk-SNARKs.

O zk-SNARK verifica fundamentalmente se ocorreu um cálculo específico, transformando o cálculo original em um formato matemático muito específico por meio de uma série de transformações. Por exemplo, ao provar a posse de uma senha, a afirmação real é alterada para um equivalente funcional, como executar a senha em texto simples por meio de um algoritmo de hash. Este processo de transformação é crucial, pois converte uma função num formato que pode ser verificado de forma eficiente sem revelar os dados originais.

Para produzir um zk-SNARK, o provador gera equações polinomiais que atuam como quebra-cabeças criptográficos. Essas equações são essenciais para zk-SNARKs, criando um método seguro para transmitir a verdade sem divulgação. A aleatoriedade é crucial neste processo, acrescentando um aspecto único a cada prova e evitando a engenharia reversa.

As assinaturas digitais também desempenham um papel crítico no funcionamento dos zk-SNARKs. O provador gera um par de chaves (pública e privada) e usa a chave privada para assinar uma transação. Esta transação é então codificada em um zk-SNARK, fornecendo prova matemática de sua validade. Quando esta prova, juntamente com a chave pública, é enviada ao verificador, este pode confirmar a validade da transação de forma rápida e eficiente, sem obter qualquer informação adicional sobre a mesma.

Em resumo, os zk-SNARKs combinam transformações matemáticas complexas, equações polinomiais e assinaturas digitais para permitir a verificação segura e privada de transações em redes blockchain. Esta tecnologia não só aumenta a privacidade nas transações de criptomoedas, mas também abre novas possibilidades na computação segura e sem confiança.

Principais aplicações de zk-SNARKs

Os zk-SNARKs estão a desempenhar um papel crucial no reforço da privacidade e da segurança no cenário digital, com o seu impacto sentido em vários campos. Aqui está uma olhada em algumas das principais áreas onde os zk-SNARKs estão fazendo uma diferença significativa:

Blockchain e contratos inteligentes

No mundo do blockchain, os zk-SNARKs são fundamentais para facilitar transações privadas, mas verificáveis, em livros públicos. Esta tecnologia é a joia escondida que permite transações anônimas em redes blockchain, garantindo privacidade e integridade.

Verificação de Identidade

Os zk-SNARKs têm o potencial de revolucionar a forma como verificamos a identidade. Eles permitem cenários onde você pode comprovar sua idade ou nacionalidade sem precisar divulgar detalhes específicos como data de nascimento ou número de passaporte, garantindo privacidade na identificação pessoal.

Transações financeiras seguras

Com a crescente ameaça de violações de dados, os zk-SNARKs permanecem como um bastião de privacidade para atividades financeiras online. Eles protegem as transações financeiras, garantindo que os dados financeiros confidenciais permaneçam confidenciais.

Privacidade de dados na área da saúde

No setor de saúde, onde os registros dos pacientes são vulneráveis a ameaças cibernéticas, os zk-SNARKs fornecem uma solução robusta. Eles criptografam registros médicos, garantindo que essas informações confidenciais sejam acessíveis apenas aos pacientes e aos seus profissionais de saúde autorizados.

Estas aplicações destacam a natureza transformadora e versátil dos zk-SNARKs na proteção da privacidade e da segurança em vários setores, demonstrando a sua importância na construção de um mundo digital mais seguro.

Quais moedas usam zk-SNARKs?

A criptografia SNARK, comumente chamada de moeda de privacidade, utiliza a tecnologia zk-SNARKs para aumentar a privacidade do usuário no espaço da criptomoeda. Este tipo de criptomoeda inclui exemplos bem conhecidos como:

Zcash (ZEC)
Verge (XVG)
Monero (XMR)
Traço (TRAÇO)
Feixe (FEIXE)
Horizen (ZEN)
Bitcoin (BCN)

A principal preocupação dos zk-SNARKs é a vulnerabilidade da chave privada. Se comprometido, pode levar à criação de provas fraudulentas, permitindo potencialmente a produção e o uso indevido de moedas de privacidade falsificadas.

Além da criptomoeda, os zkSNARKs encontram aplicação em vários domínios:

Verificação de identidade : permitem a verificação das credenciais do usuário sem a necessidade de senhas ou documentos tradicionais como passaportes ou certidões de nascimento, protegendo assim informações pessoais confidenciais.
Sistemas de votação : os zkSNARKs podem validar as identidades dos eleitores enquanto mantêm o anonimato, garantindo a privacidade dos eleitores mesmo que as informações das cédulas sejam divulgadas.
Compressão de dados : Esta aplicação é particularmente fascinante e merece uma exploração mais aprofundada.

Um exemplo prático de zkSNARKs em uso éo Filecoin , uma rede de armazenamento descentralizada semelhante a um Dropbox baseado em blockchain. Neste ecossistema, os fornecedores de armazenamento (ou “provadores”) devem demonstrar o armazenamento adequado de dados em cadeia aos nós da rede (os “verificadores”). Este processo, crucial para garantir a integridade e segurança dos dados, pode consumir muitos recursos.

Filecoin explica que o volume de provedores de armazenamento de dados que precisam validar é substancial e aumenta constantemente. Para manter operações eficientes e escalabilidade, a rede requer uma solução para verificação rápida e robusta. Os zk-SNARKs oferecem esta solução reduzindo significativamente o tempo e os dados necessários para verificação de armazenamento.

Para provedores de armazenamento na rede Filecoin, os zk-SNARKs diminuem o volume de transferência de dados necessário para a prova de armazenamento, reduzindo assim os custos operacionais e melhorando a eficiência geral da rede.

Críticas aos zk-SNARKs

Os zk-SNARKs, embora revolucionários, apresentam seu próprio conjunto de desafios. Uma grande preocupação é a vulnerabilidade potencial relacionada à chave privada usada na configuração do protocolo de prova. Se esta chave fosse comprometida, poderia levar à criação de provas falsas, mas aparentemente válidas, permitindo atividades de falsificação, como a geração não autorizada de tokens Zcash. Para mitigar este risco, a Zcash implementou um protocolo de prova complexo, envolvendo múltiplas partes para minimizar as chances de falsificação.

Outra questão que foi levantada com Zcash diz respeito ao seu modelo económico. Em seus estágios iniciais, o Zcash introduziu o que é conhecido como “imposto do fundador”, onde 20% dos tokens minerados eram alocados aos desenvolvedores. Este aspecto suscitou críticas, com alguns sugerindo que poderia levar à criação de um número não divulgado de tokens Zcash, tornando assim difícil determinar o número total de tokens em circulação.

Em resposta a essas preocupações, e particularmente à questão da configuração confiável nos zk-SNARKs, esforços foram feitos para aprimorar a tecnologia. Desde 2019, uma equipe de desenvolvimento chamada Suterusu trabalha em uma variante chamada zK-ConSNARK. Esta inovação pretende eliminar a necessidade de uma configuração confiável, reforçando assim o aspecto da segurança. Seu objetivo é estender a proteção da privacidade aos blockchains convencionais, como o Bitcoin, e se orgulha de ter a menor taxa de inflação entre as criptomoedas atuais, representando um avanço significativo na evolução da tecnologia zk-SNARK.

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