Доказательства с нулевым разглашением (ZKP). Что это такое?

Доказательства с нулевым разглашением (ZKP) являются ключевой инновацией в области криптографии, предлагая надежные решения конфиденциальности в прозрачных системах, таких как публичные сети блокчейнов. Эти криптографические методы позволяют одной стороне доказать достоверность заявления другой стороне, не раскрывая никакой дополнительной информации, помимо истинности самого заявления. Эта возможность не только повышает конфиденциальность, но и защищает конфиденциальные данные от несанкционированного доступа и манипуляций.

Первоначально представленные в новаторской статье 1985 года под названием «Сложность знаний интерактивных систем доказательств», доказательства с нулевым разглашением претерпели значительную эволюцию, адаптируясь к сложностям современных цифровых транзакций. В приложениях блокчейна ZKP позволяют выполнять смарт-контракты и другие транзакции без раскрытия лежащих в их основе конфиденциальных данных, удовлетворяя как деловые, так и юридические требования к конфиденциальности.

Реализация доказательств с нулевым разглашением отвечает важнейшим критериям — полноте, надежности и нулевого разглашения — которые обеспечивают точность и безопасность криптографических доказательств без ущерба для конфиденциальности задействованных данных. По мере дальнейшего развития этих технологий они расширяют возможности защиты конфиденциальности в цифровой сфере, делая их важным элементом безопасного и конфиденциального цифрового взаимодействия и краеугольным камнем современных криптографических приложений.

Что такое доказательство с нулевым разглашением?

Доказательства с нулевым разглашением (ZKP) — это криптографический метод, который позволяет доказать знание данных, не раскрывая сами данные. Этот метод стал решением для обеспечения конфиденциальности в публичных сетях блокчейнов, где определенную информацию необходимо скрыть по деловым или юридическим причинам, например, использование частных данных для запуска выполнения смарт-контракта.

Впервые представленные в статье 1985 года под названием «Сложность знаний интерактивных систем доказательств», доказательства с нулевым разглашением с тех пор значительно изменились. В современных приложениях блокчейна ZKP позволяют одной стороне (доказывающему) убедить другую (проверяющую) в том, что утверждение верно, не раскрывая никакой дополнительной информации, кроме факта истинности утверждения.

Надежное доказательство с нулевым разглашением должно соответствовать трем основным критериям:

Полнота: проверяющий, скорее всего, примет доказательство, если утверждение верно и обе стороны соблюдают протокол.
Обоснованность: если утверждение ложно, ни один доказывающий не сможет убедить проверяющего в обратном, за исключением крайне маловероятных обстоятельств.
Нулевое разглашение: даже после взаимодействия с доказывающим, проверяющий узнает только истинность утверждения и ничего больше о секрете.

На практике такие технологии, как DECO от Chainlink, используют ZKP для создания сохраняющих конфиденциальность сетей оракулов, которые могут доказывать, что данные получены с определенного веб-сервера, не раскрывая содержание этих данных. Это позволяет более широко интегрировать конфиденциальность в блокчейн-проекты, расширяя их возможности и повышая доверие пользователей к этим системам.

ZKP уже нашли применение в различных реальных сценариях и продолжают развиваться, предлагая новые возможности для защиты конфиденциальности в цифровом мире.

Типы доказательств с нулевым разглашением

Доказательства с нулевым разглашением (ZKP) включают в себя множество криптографических протоколов, предназначенных для обеспечения конфиденциальности и безопасности путем доказательства достоверности заявления без раскрытия какой-либо дополнительной информации. Каждый тип ZKP имеет свой собственный набор характеристик и способов применения, удовлетворяя различные потребности в сфере цифровых транзакций и за ее пределами.

Интерактивные и неинтерактивные доказательства с нулевым разглашением
Интерактивные ZKP включают в себя серию коммуникаций между доказывающим и проверяющим, требуя нескольких обменов данными для установления достоверности доказательства. Напротив, неинтерактивные доказательства с нулевым разглашением (NIZKP) сводят этот процесс к одному этапу, предлагая компактное доказательство, которое упрощает проверку, повышает эффективность и удобство для пользователей.

Специализированные доказательства с нулевым разглашением

Статистические ZKP обеспечивают надежность вычислений с лишь незначительной вероятностью ошибки, что делает их подходящими для сред, где высокий уровень безопасности имеет первостепенное значение.
Доказательство знаний (PoK) — это подмножество ZKP, направленное на доказательство владения конкретными знаниями, связанными с проверяемым утверждением.
Доказательства перемешивания и диапазона имеют решающее значение в таких сценариях, как электронное голосование и транзакции, сохраняющие конфиденциальность, обеспечивая целостность и конфиденциальность.
Протоколы Sigma и Bulletproofs являются другими известными типами: протоколы Sigma включают трехэтапный процесс (обязательство, вызов и ответ), а Bulletproofs предлагают эффективные доказательства дальности действия без надежной настройки.

Усовершенствованные системы доказательства с нулевым разглашением: ZK-SNARK и ZK-STARK.

ZK-SNARK (краткий неинтерактивный аргумент знания с нулевым разглашением) известны своей лаконичностью, позволяющей осуществлять быструю проверку с минимальным взаимодействием. Они полагаются на криптографию эллиптических кривых и требуют надежной настройки, включающей многосторонние вычисления (MPC) для безопасной генерации общедоступных параметров. Такая настройка гарантирует, что пока один из участников действует честно, протокол остается надежным.
ZK-STARK (масштабируемый прозрачный аргумент знания с нулевым разглашением) устраняет некоторые ограничения SNARK, устраняя необходимость в доверенной настройке и вместо этого используя публично проверяемую случайность. STARK более масштабируемы и прозрачны, что делает их предпочтительными в сценариях, включающих большие наборы данных, хотя они, как правило, предоставляют более крупные доказательства и требуют более высоких затрат на проверку.

Новые технологии и реализации

PLONK представляет собой новое поколение ZKP, использующее универсальную надежную настройку, которая может вместить любую программу и большое количество участников. Он особенно примечателен своей гибкостью и широкой применимостью.
Проекты с нулевым разглашением, такие как StarkNet , zkSync и Loopring, используют эти технологии для расширения возможностей блокчейна, предлагая решения, которые улучшают скорость транзакций, снижают затраты и повышают конфиденциальность.

Эти разнообразные типы ZKP подчеркивают огромный потенциал криптографических доказательств в повышении цифровой конфиденциальности и безопасности. По мере развития этих технологий они продолжают раздвигать границы возможного в безопасных и частных цифровых взаимодействиях, делая их неотъемлемыми компонентами современных криптографических приложений и технологии блокчейн.

Как работают доказательства с нулевым разглашением

Доказательства с нулевым разглашением (ZKP) — это увлекательная криптографическая концепция, которая позволяет одной стороне, доказывающей, продемонстрировать истинность утверждения другой стороне, проверяющей, не раскрывая никакой информации, выходящей за рамки действительности самого утверждения. Это делается посредством серии взаимодействий или одного неинтерактивного шага, в зависимости от типа используемого ZKP.

Как работают доказательства с нулевым разглашением
Интерактивные доказательства с нулевым разглашением. Эти доказательства включают в себя несколько раундов общения между доказывающим и проверяющим. Классическим примером, иллюстрирующим этот процесс, является «Задача трех цветов» или «Задача о раскраске графа». Вот как это происходит:

Настройка: обе стороны согласны с используемой структурой (графом).
Обязательство: Доказывающая тайно выбирает цвета для каждой области графа и фиксирует этот выбор криптографически.
Задача: проверяющий случайным образом выбирает регион и просит проверяющего раскрыть цвет.
Ответ: Доказывающий раскрывает цвет и должен доказать, что он правильно применен в соответствии с установленными правилами (например, соседние регионы не должны иметь один и тот же цвет).
Итерация: раунды запроса и ответа повторяются несколько раз в разных регионах, чтобы укрепить уверенность проверяющего в утверждении проверяющего.

В конечном итоге проверяющий убеждается в утверждении доказывающего, если ответы последовательно верны, но ничего не узнает о конкретных используемых цветах, сохраняя свойство нулевого разглашения.

Неинтерактивные доказательства с нулевым разглашением. В отличие от интерактивных доказательств, неинтерактивные доказательства не требуют двусторонней связи. Доказывающая может сгенерировать единственное доказательство, которое каждый может проверить, используя тот же протокол. Этот тип доказательства особенно полезен в сценариях, где доказательства необходимо несколько раз проверять разными сторонами.

Ключевые характеристики доказательств с нулевым разглашением
Доказательства с нулевым разглашением должны удовлетворять трем фундаментальным свойствам:

Полнота: если утверждение верно и обе стороны следуют протоколу, доказательство всегда должно убедить проверяющего.
Обоснованность: нечестному доказывающему должно быть невозможно убедить проверяющего в ложном утверждении.
Нулевое разглашение: проверяющий не узнает ничего, кроме истинности утверждения, гарантируя, что никакая дополнительная информация не будет раскрыта.

Практическое применение и примеры
Доказательства с нулевым разглашением — это не просто теоретические конструкции, они имеют практическое применение в различных областях, таких как криптография, безопасные коммуникации и технология блокчейна. Они обеспечивают конфиденциальность транзакций, безопасные системы голосования и многое другое, где конфиденциальность информации имеет первостепенное значение.

Хорошо известным повествованием, объясняющим интерактивные доказательства с нулевым разглашением, является история Жан-Жака Кискатера «Пещера Али-Бабы», где один персонаж доказывает знание секретной фразы, чтобы открыть волшебную дверь, фактически не раскрывая саму фразу.

Случаи использования доказательства с нулевым разглашением

Доказательства с нулевым разглашением (ZKP) — это криптографические протоколы, которые повышают конфиденциальность и безопасность в различных приложениях, от технологии блокчейна до децентрализованных систем идентификации. Эти доказательства позволяют доказывающему продемонстрировать истинность утверждения, не раскрывая никакой информации, выходящей за рамки действительности самого утверждения.

Повышение конфиденциальности в криптовалютах и финансовых транзакциях
Одно из основных применений ZKP находится в сфере криптовалют, особенно с монетами, ориентированными на конфиденциальность, такими как Zcash и Monero. Эти криптовалюты используют ZKP для обеспечения анонимных транзакций, которые скрывают такие детали, как сумма транзакции, адреса отправителя и получателя. Эта технология гарантирует, что, хотя транзакции проверяются сетью на достоверность, подробности остаются скрытыми, что обеспечивает финансовую конфиденциальность.

Более того, ZKP играют важную роль в разработке таких протоколов, как Tornado Cash, которые облегчают частные транзакции в публичных блокчейнах, таких как Ethereum. Эти протоколы используют нулевое разглашение для сокрытия деталей транзакций, повышая конфиденциальность пользователей даже в прозрачных сетях блокчейна.

Аутентификация и проверка личности
В области аутентификации и контроля доступа ZKP предоставляют средства для подтверждения владения криптографическим ключом или паролем без раскрытия фактических учетных данных. Этот подход особенно полезен в децентрализованных системах идентификации, часто называемых самосуверенной идентификацией. Эти системы позволяют людям подтверждать аспекты своей личности (например, гражданство) без раскрытия конфиденциальной личной информации (например, идентификационного номера налогоплательщика или паспортных данных), тем самым повышая как безопасность, так и конфиденциальность пользователей.

Поддающиеся проверке вычисления и масштабируемость блокчейна
Доказательства с нулевым разглашением также играют решающую роль в проверяемых вычислениях, что важно для улучшения масштабируемости и безопасности блокчейна. Такие методы, как объединение с нулевым разглашением и валидиумы, используют ZKP для выполнения транзакций вне цепочки, сохраняя при этом их достоверность в основном блокчейне. Этот метод значительно снижает перегрузку сети и повышает скорость транзакций без ущерба для модели безопасности блокчейна.

Например, решения масштабируемости Ethereum, такие как zk-Rollups, используют ZKP, чтобы обеспечить массовую обработку транзакций вне сети. После обработки эти транзакции затем проверяются в цепочке с помощью доказательств с нулевым разглашением, гарантируя, что в блокчейне записываются только действительные транзакции.

Механизмы безопасного голосования и предотвращения сговора
Доказательства с нулевым разглашением также имеют решающее значение в безопасных системах голосования, где они обеспечивают целостность и конфиденциальность голосов. Например, MACI (минимальная инфраструктура борьбы с сговором) использует ZKP для предотвращения взяточничества и сговора в механизмах голосования по цепочке, таких как квадратичное финансирование. Эта система позволяет избирателям голосовать, не раскрывая публично свой выбор, тем самым защищая процесс голосования от манипуляций и гарантируя, что распределение средств будет основано на подлинных предпочтениях сообщества.

Более широкие применения и будущие возможности
Универсальность ZKP выходит за рамки этих конкретных случаев использования и затрагивает такие области, как безопасная передача данных, где они повышают точность вычислений над частными данными, не раскрывая сами данные. Это имеет глубокие последствия для таких областей, как медицинские исследования и финансовый анализ, где конфиденциальность данных имеет первостепенное значение.

В целом, широкая применимость и надежные функции безопасности доказательств с нулевым разглашением делают их ключевой технологией в постоянном развитии безопасных и частных цифровых систем. Ожидается, что по мере развития этих технологий они откроют еще больше приложений, особенно в областях, требующих конфиденциальной обработки и проверки информации.

Интеграция доказательств с нулевым разглашением в блокчейн-платформы

Доказательства с нулевым разглашением (ZK-доказательства) действительно могут быть интегрированы в платформы блокчейнов, и они уже успешно реализованы в различных сетях блокчейнов. ZK-доказательства предлагают мощный метод повышения эффективности, безопасности и конфиденциальности систем блокчейна.

Ключевые преимущества ZK-доказательств в блокчейне:

Конфиденциальность и конфиденциальность:
ZK-доказательства позволяют осуществлять частные транзакции, позволяя пользователям выполнять транзакции, не раскрывая конфиденциальных деталей, таких как суммы транзакций и личности отправителя и получателя. Эта возможность имеет решающее значение для повышения конфиденциальности пользователей в публичных блокчейнах.

Проверка и аудит:
ZK-доказательства могут подтвердить правильность определенных вычислений или утверждений, не раскрывая фактических данных. Эта функция обеспечивает целостность данных и обеспечивает эффективные процессы аудита, что имеет решающее значение для поддержания доверия к системам блокчейна.

Масштабируемость:
Предоставляя краткие доказательства для сложных вычислений, ZK-доказательства могут значительно снизить вычислительную нагрузку и нагрузку на хранилище в блокчейне, тем самым увеличивая его масштабируемость. Это улучшение жизненно важно для блокчейнов, поскольку они расширяются и обрабатывают больше транзакций.

Идентификация и аутентификация:
Приложения блокчейна могут использовать ZK-доказательства для безопасных процессов проверки личности и аутентификации, сохраняя при этом конфиденциальность пользователей. Это приложение особенно важно в сценариях, требующих строгих мер безопасности без ущерба для личной жизни.

Межсетевое взаимодействие:
ZK-доказательства облегчают взаимодействие между различными сетями блокчейнов, обеспечивая безопасную и конфиденциальную межцепочную связь и передачу активов. Эта возможность обеспечивает более плавное и безопасное взаимодействие между различными системами блокчейна.

В целом, доказательства с нулевым разглашением не только возможны для интеграции в технологии блокчейна, но и являются преобразующими, предлагая существенные преимущества с точки зрения конфиденциальности, безопасности и операционной эффективности.

Проблемы и соображения по реализации доказательств с нулевым разглашением

Доказательства с нулевым разглашением (ZK-доказательства) обеспечивают существенные улучшения конфиденциальности и безопасности в различных приложениях, особенно в технологии блокчейн. Однако они также создают ряд проблем и недостатков, которые необходимо тщательно рассмотреть перед интеграцией.

Вычислительная сложность и масштабируемость
Одним из основных недостатков ZK-доказательств является их трудоемкость вычислений. Разработка и проверка этих доказательств, особенно более сложных, может быть ресурсоемкой, что приводит к увеличению времени обработки транзакций. Этот вычислительный спрос может препятствовать масштабируемости систем блокчейна, что затрудняет поддержание эффективности по мере роста сети.

Проблемы внедрения и аудита
ZK-доказательства могут значительно усложнить системы, усложняя процессы аудита и проверки. Эта сложность потенциально может привести к появлению уязвимостей или ошибок в системе безопасности, вызывая обеспокоенность по поводу общей надежности системы. Кроме того, непрозрачный характер ZK-доказательств, хотя и полезен для конфиденциальности, также может затруднить для регулирующих органов мониторинг и контроль незаконной деятельности, осуществляемой с помощью этих технологий.

Экономические и аппаратные соображения
Для реализации доказательств с нулевым разглашением часто требуется специализированное оборудование, способное эффективно выполнять сложные вычисления. Эти машины обычно дороги и могут быть недоступны обычному пользователю или небольшому предприятию. Более того, проверка этих доказательств, особенно в таких системах, как ZK-rollups Ethereum, влечет за собой высокие затраты из-за необходимой вычислительной мощности, что может привести к более высоким комиссиям для конечных пользователей.

Допущения доверия и безопасности
В случае ZK-SNARK генерация общедоступных параметров с помощью доверенной установки предполагает предположения о честности участников. Пользователи должны полагаться на честность этих участников, что вносит элемент риска. Хотя ZK-STARK устраняют это предположение о доверии, используя публично проверяемую случайность, они, наряду с другими доказательствами с нулевым разглашением, все еще могут столкнуться с угрозами со стороны достижений квантовых вычислений. Модели безопасности, основанные на криптографии с эллиптическими кривыми, подобные тем, которые используются в ZK-SNARK, потенциально могут быть скомпрометированы квантовыми технологиями, тогда как ZK-STARK полагаются на устойчивые к коллизиям хэш-функции, которые считаются более устойчивыми к квантовым атакам.

Более широкие последствия для усыновления
Специализированные знания, необходимые для внедрения и поддержки ZK-доказательств, могут ограничить их внедрение в различных секторах. Без широкого распространения опыта эти доказательства могут остаться нишевыми, ограничивая их преимущества областями с достаточными техническими возможностями.

В заключение отметим, что, хотя доказательства с нулевым разглашением обладают значительным потенциалом для повышения конфиденциальности и безопасности в цифровых транзакциях и за их пределами, связанные с ними проблемы — от технических и экономических до проблем доверия и безопасности — требуют тщательной оценки и стратегического планирования для снижения рисков и обеспечения надежных, масштабируемые реализации.

Преимущества доказательств с нулевым разглашением

Доказательства с нулевым разглашением (ZKP) представляют собой значительный прогресс в прикладной криптографии, предлагая мощное решение для сохранения конфиденциальности в системах, которым традиционно не хватает конфиденциальности, таких как общедоступные сети блокчейнов. Эти криптографические методы позволяют проверять претензии или транзакции без раскрытия каких-либо скрытых личных данных, решая важные проблемы безопасности и конфиденциальности в различных цифровых взаимодействиях.

Повышение конфиденциальности в сетях блокчейна
Технология блокчейн известна своей прозрачностью: все данные в реестре видны любому, кто управляет узлом. Эта характеристика, хотя и полезна для проверки и доверия, создает проблемы для конфиденциальности, особенно для предприятий и традиционных учреждений, таких как банки, компании цепочки поставок и поставщики медицинских услуг. Этим организациям часто приходится взаимодействовать с технологией блокчейна, сохраняя при этом свою коммерческую тайну и личную информацию клиентов (PII) конфиденциальными, чтобы соответствовать строгим правилам, таким как GDPR в Европе и HIPAA в США.

Доказательства с нулевым разглашением позволяют этим учреждениям использовать технологию блокчейна для выполнения смарт-контрактов и транзакций без раскрытия конфиденциальных данных. Эта возможность не только помогает соблюдать законы о конфиденциальности, но и позволяет этим учреждениям получать выгоду от обширного сетевого эффекта блокчейна во всем мире, не жертвуя контролем над своей частной информацией. В результате ZKP способствуют созданию новых институциональных вариантов использования блокчейна, стимулируя инновации и повышая эффективность глобальной экономики.

Решение проблем конфиденциальности при обмене информацией
В практических приложениях доказательства с нулевым разглашением позволяют людям доказывать определенные утверждения, такие как гражданство или возраст, без необходимости раскрывать какую-либо дополнительную информацию, которая может поставить под угрозу их конфиденциальность. Традиционно для доказательства таких утверждений требовалось предъявить такие документы, как паспорта или водительские права, которые содержат обширные личные данные, уязвимые для кражи и неправильного использования.

Доказательства с нулевым разглашением решают эти проблемы конфиденциальности, позволяя доказывающему продемонстрировать обоснованность утверждения с помощью криптографического метода, который не требует фактической передачи данных о самом утверждении. Например, человек может доказать свой статус гражданства поставщику услуг, используя доказательство с нулевым разглашением, которое подтверждает, что у него есть действующий паспорт, даже не раскрывая паспорт или какие-либо детали, содержащиеся в нем.

Заключение

Доказательства с нулевым разглашением (ZKP) стали краеугольным камнем технологии в сфере криптографии, предоставляя надежный метод обеспечения конфиденциальности и безопасности во множестве приложений, от блокчейна до защищенных коммуникаций. Это криптографическое нововведение позволяет доказывающему подтвердить истинность утверждения, не раскрывая ничего, кроме его достоверности, тем самым сохраняя конфиденциальность лежащих в его основе данных.

Представленные в знаковой статье 1985 года, ZKP значительно развились, найдя практическое применение, выходящее далеко за рамки их первоначальных академических условий. Сегодня они являются неотъемлемой частью повышения конфиденциальности в сетях блокчейнов, где они позволяют совершать транзакции и выполнять смарт-контракты без раскрытия конфиденциальной информации. Эта возможность не только соответствует строгим нормативным требованиям, но и открывает технологию блокчейна для традиционных секторов, которым требуется конфиденциальность по соображениям конкуренции и соблюдения требований.

В экосистемах блокчейнов доказательства с нулевым разглашением помогают согласовать необходимость прозрачности с требованиями конфиденциальности. Позволяя проверять данные без раскрытия данных, ZKP предоставляют учреждениям возможность участвовать в публичных сетях блокчейнов, не теряя при этом контроля над своей частной информацией. Это привело к более широкому внедрению и инновациям, стимулируя более эффективную глобальную экономику.

Более того, универсальность ZKP в обработке различных типов взаимодействия с данными — будь то подтверждение легитимности избирателя на выборах без раскрытия его выбора или обеспечение частных транзакций в публичных реестрах — подчеркивает их значительный потенциал. Благодаря постоянным достижениям в технологии ZKP, таким как разработка ZK-SNARK и ZK-STARK, приложения продолжают расширяться, предлагая более эффективные, безопасные и масштабируемые решения.

Однако реализация доказательств с нулевым разглашением не лишена проблем. Сложность и вычислительные требования ZKP требуют тщательного рассмотрения масштабируемости и экономической целесообразности. По мере развития технологий постоянные исследования и разработки имеют решающее значение для преодоления этих препятствий, обеспечивая более широкое внедрение ZKP в различных отраслях.

По мере того, как доказательства с нулевым разглашением продолжают развиваться, они обещают еще больше повысить конфиденциальность, безопасность и доверие к цифровым взаимодействиям, что делает их важным компонентом современных криптографических практик и ключевым фактором инноваций в технологии блокчейна и за ее пределами.

Обратите внимание, что Plisio также предлагает вам:

Создавайте крипто-счета в 2 клика and Принимать криптовалютные пожертвования

12 интеграции

6 библиотеки для самых популярных языков программирования

19 криптовалют и 12 блокчейн