Bằng chứng không kiến thức (ZKP): Mật mã tương lai bảo vệ quyền riêng tư
Là một bước tiến mang tính cách mạng trong mật mã học, chứng minh không kiến thức (ZKP) cho phép một bên (bên chứng minh) thuyết phục bên kia (bên xác minh) rằng một khẳng định cụ thể là đúng mà không cần tiết lộ thông tin cơ bản hoặc phương pháp được sử dụng để đưa ra chứng minh. Khả năng đặc biệt này cho phép chứng minh với người khác rằng một tuyên bố là chính xác mà không tiết lộ thông tin cá nhân có tác động rộng rãi đến các ứng dụng blockchain, xác thực, bảo mật và quyền riêng tư.
Khái niệm Bằng chứng Không Kiến thức
Bài báo đột phá năm 1985 của Shafi Goldwasser, Silvio Micali và Charles Rackoff "Độ phức tạp tri thức của các hệ thống chứng minh tương tác" đã giới thiệu ý tưởng về chứng minh không kiến thức. Cấu trúc nền tảng của ZKP đã được định nghĩa trong bài báo này, đồng thời đề xuất một hệ thống chứng minh trong đó người chứng minh có thể thuyết phục người xác minh về tính hợp lệ của một tuyên bố mà không cần tiết lộ bất cứ điều gì ngoài chính tính hợp lệ đó. Tính đầy đủ, tính vững chắc và không kiến thức là những yếu tố thiết yếu.
Lượng thông tin cần được chia sẻ để xác lập một sự kiện được gọi là độ phức tạp về kiến thức của các hệ thống chứng minh tương tác. Việc giảm thiểu độ phức tạp này là điều cần thiết khi công nghệ phát triển. Ý tưởng này đặc biệt quan trọng khi tạo ra các giao thức đòi hỏi độ trung thực chứng minh cao với ít tương tác.
Hoạt động của Bằng chứng không kiến thức
Một ví dụ về chứng minh không kiến thức có thể hữu ích trong việc làm sáng tỏ các giao thức không kiến thức. Giả sử Alice muốn chứng minh rằng cô ấy biết mật khẩu của một hệ thống mà không tiết lộ nó. Cô ấy có thể tạo ra một chứng minh mật mã thuyết phục người xác minh rằng cô ấy biết bí mật đó bằng cách sử dụng giao thức không kiến thức mà không tiết lộ thông tin cơ bản.
ZKP có hai loại chính:
- Bằng chứng không kiến thức tương tác bao gồm cuộc trò chuyện qua lại giữa người chứng minh và người xác minh.
- Bằng chứng không kiến thức không có tính tương tác, trong đó người chứng minh chỉ truyền một thông điệp.
Các mô hình không kiến thức (NIZK) không tương tác, có khả năng mở rộng hơn thường được sử dụng trong các ứng dụng hiện đại, đặc biệt là trong công nghệ blockchain.
Lý thuyết đến Blockchain
Vì các loại tiền điện tử như Zcash sử dụng zk-snarks (các đối số kiến thức cô đọng, không tương tác, không cần kiến thức) để bảo vệ quyền riêng tư giao dịch, ZKP đã trở nên thiết yếu đối với các hệ thống blockchain. Người dùng có thể xác nhận tính hợp lệ của giao dịch bằng các bằng chứng không kiến thức ngắn gọn, không tương tác này mà không tiết lộ bất kỳ thông tin giao dịch nào.
Công nghệ ZKP cung cấp khả năng xác thực và bảo mật dữ liệu được cải thiện trong các mạng blockchain và blockchain công cộng, cho phép các bên tham gia giao dịch an toàn với cơ sở hạ tầng blockchain công cộng. ZKP hoàn hảo cho các hệ thống chuỗi cung ứng và tính toán đa phương thức vì chúng cho phép xác thực giao dịch hoặc điểm dữ liệu mà không tiết lộ nội dung.
Việc sử dụng ZKP đang tăng nhanh chóng trong các hệ sinh thái Web3 , DeFi và các ứng dụng phi tập trung ( dApp ). Chúng cho phép sử dụng các mô hình bảo mật zero trust mà không cần xác thực bên ngoài.
Sử dụng và thực hiện
Trong số nhiều công dụng của ZKP có:
- Xác minh danh tính mà không tiết lộ thông tin cá nhân
- Đảm bảo quyền riêng tư thông qua các giao dịch blockchain riêng tư
- Đường cong elip được sử dụng trong bằng chứng mật mã để tạo ra chữ ký an toàn.
- Tuân thủ mà không tiết lộ thông tin cá nhân
Trong số các khuôn khổ phức tạp hơn có zk-snarks, được thiết kế để xác minh nhanh chóng và ngắn gọn, và bulletproofs, hiệu quả cho các bằng chứng phạm vi. Các cấu trúc khác nhấn mạnh các giả định tối thiểu, chẳng hạn như thiết lập đáng tin cậy, bao gồm lập luận minh bạch về kiến thức và lập luận không tương tác ngắn gọn về kiến thức.
Loại ZKP | Sự tương tác | Thiết lập đáng tin cậy | Khu vực ứng dụng |
zk-SNARKs | Không tương tác | Đúng | Giao dịch riêng tư |
zk-STARKs | Không tương tác | KHÔNG | Ứng dụng Blockchain có khả năng mở rộng |
Chống đạn | Không tương tác | KHÔNG | Bằng chứng phạm vi bí mật |
ZKP tương tác | Tương tác | KHÔNG | Cơ sở lý thuyết |
Nền tảng của lý thuyết
Zk-snark và các hệ thống tri thức phi tương tác khác cho rằng chúng cần một thiết lập đáng tin cậy, điều này có thể là một điểm yếu. Đây chính là mục tiêu của các đối số tri thức phi tương tác ngắn gọn (SNARK) và biến thể gần đây hơn của chúng, các đối số tri thức minh bạch có khả năng mở rộng (STARK). Cũng không thể bỏ qua các hệ thống bulletproof, vốn an toàn hơn trong một số trường hợp vì chúng không cần thiết lập đáng tin cậy.
Hoạt động của ZKP
Độ phức tạp về mật mã là cần thiết để hiểu được các chứng minh không kiến thức. Các chứng minh mật mã này, thường dựa trên đường cong elip, đảm bảo tính đầy đủ, đảm bảo rằng một tuyên bố hợp lệ luôn có thể được chứng minh, và tính vững chắc, đảm bảo rằng một tuyên bố sai không thể bị chứng minh.
Người chứng minh tạo ra một bằng chứng chứng minh câu lệnh là đúng theo một giao thức chuẩn. Sau đó, người xác minh sử dụng các cơ chế xác minh để xác nhận bằng chứng này. Các thuật toán tiên tiến và nhận thức về độ phức tạp kiến thức của các hệ thống tương tác là cần thiết cho những bằng chứng như vậy.
Zero-knowledge được định nghĩa là khả năng thuyết phục người xác minh mà không tiết lộ bất kỳ thông tin bổ sung nào. Ví dụ, một trong những đặc điểm chính của tài chính phi tập trung (DeFi) là bằng chứng không bị rò rỉ thông tin. ZKP đóng vai trò là nền tảng để tạo ra môi trường zero-trust theo nghĩa này.
Ưu điểm và Khó khăn
Có nhiều lợi thế quan trọng khi triển khai ZKP:
- Quyền riêng tư dữ liệu: Bảo vệ thông tin người dùng trong khi thông tin đó đang được truyền đi và xác thực.
- Khả năng mở rộng: đặc biệt là trong các blockchain có SNARK và STARK
- Giảm thiểu sự tin tưởng: Giảm sự phụ thuộc vào các cơ quan tập trung
Tuy nhiên, những khó khăn bao gồm:
- Một số hệ thống yêu cầu thiết lập đáng tin cậy.
- Chi phí tính toán khi tạo bằng chứng
- Kiến thức về tích hợp an toàn giữa các nhà phát triển và nhà giáo dục
ZKP hoàn hảo để sử dụng trong các bằng chứng kiến thức không cần kiến thức, trong đó các sự kiện được xác nhận trong khi thông tin riêng tư được trao đổi giữa người chứng minh và người xác minh. Việc cung cấp bằng chứng mà không tiết lộ dữ liệu trong các ứng dụng cực kỳ nhạy cảm như chăm sóc sức khỏe hoặc tài chính là một cuộc cách mạng.
Nhìn về phía trước
ZKP rất cần thiết cho các giao thức thế hệ tiếp theo khi các kỹ thuật mã hóa ngày càng tiên tiến. ZKP được thiết kế để các nhà phát triển sử dụng theo những cách mới, chẳng hạn như cung cấp điểm dữ liệu mà không tiết lộ ngữ cảnh hoặc đảm bảo tính toán có thể xác minh trên các nút phi tập trung.
Khi các ứng dụng ZKP ngày càng chuyên biệt và tinh vi hơn, các nghiên cứu mới đang tìm hiểu cơ sở Lagrange cho các lập luận tri thức phi tương tác và phi tương tác. Các tổ chức đang tìm cách cải thiện tính bảo mật và khả năng mở rộng khi triển khai các bằng chứng tri thức không cần kiến thức.
Tóm lại, ZKP là nền tảng của các công nghệ bảo vệ quyền riêng tư hiện đại. Việc áp dụng các hệ thống dựa trên ZKP đòi hỏi những hành động sau:
- Hãy xem xét trường hợp sử dụng và mức độ nhạy cảm của dữ liệu.
- Chọn khung ZKP phù hợp (như bulletproofs hoặc zk-snarks).
- Bao gồm ZKP trong hệ thống blockchain hoặc mật mã lớn hơn.
Lĩnh vực này tiếp tục mở rộng, cho phép tương tác giữa người chứng minh và người xác minh trong một thế giới coi trọng quyền riêng tư, nhờ những người tiên phong như Silvio Micali và Shafi Goldwasser.
Tóm lại, ZKP giúp tạo ra các tương tác trực tuyến riêng tư và an toàn. ZKP cung cấp một công cụ thiết yếu trong mật mã học đương đại, dù là để xác minh danh tính, bảo vệ dữ liệu blockchain hay tính toán riêng tư. ZKP sẽ đóng vai trò thiết yếu trong việc tạo ra tương lai kỹ thuật số an toàn khi việc áp dụng ngày càng tăng trên toàn bộ blockchain và tiền điện tử.
