إثبات المعرفة الصفرية: كيف تعمل ZKproofs ولماذا هي مهمة

هل شعرت يومًا بالإحباط الهائل من معرفة المعلومات السرية ولكنك غير قادر على "إثباتها" دون مشاركتها؟ إذن ، قد تكون براهين عدم المعرفة هي الحل النهائي.

إثبات عدم المعرفة (ZKP أو ZKProof) هو نظام مصادقة يسمح لطرفين بتأكيد ما إذا كان البيان صحيحًا أم لا دون الكشف عن أي معلومات عنه.

في عالم اليوم ، أصبحت حماية بياناتك وعملتك المشفرة عبر الإنترنت أكثر أهمية من أي وقت مضى. تُستخدم أنظمة ZKP لبناء حلول خصوصية قائمة على blockchain تحمي معلوماتك مع السماح لك بإثبات صحة بياناتك.

سيكشف هذا الدليل عن أسئلتك الملحة حول ZKProof ويزيل الغموض عن هذا الموضوع الذي أسيء فهمه. دعنا نتعمق.

على الرغم من انتشارها من خلال نمو تقنية التشفير والبلوك تشين ، إلا أن السجلات الأولى لإثبات المعرفة الصفرية التي يتم استخدامها كنظام مصادقة موجودة منذ عام 1985. نشر خبراء علوم الكمبيوتر والتعلم الآلي شافي جولدواسر وسيلفيو ميكالي ورقة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عن ZKPs قبل فترة طويلة إثيريم كان حقيقة واقعة.

باستخدام التشفير ، تنشئ بروتوكولات المعرفة الصفرية الثقة وتؤكد البيانات الواقعية. يبدو الأمر بسيطًا ، ولكن إليك هذا الالتفاف: تسمح ZKPs بـ "المُثبِّت" و "المُحقِّق" لضمان صحة العبارة دون مشاركة العبارة فعليًا. يوفر بروتوكول الإثبات هذا قدرًا أكبر من الأمان عبر الإنترنت للمستخدمين الذين لا يرغبون في الكشف عن معلومات خاصة.

من أجل البساطة ، دعنا نعطي مثال ELI5. سيسمح لي ZKP ، وهو مُثبِّت ، أن أريكم ، كمحقق ، أعرف مكان وجود والدو دون الإشارة إليه فعليًا في الكتاب. يمكنني إثبات البيان دون الكشف عن أي معلومات حساسة.

لكي يكون بروتوكول المعرفة الصفرية فعالاً حقًا ، يجب أن تثبت الخوارزمية أن العبارة صحيحة مع الحفاظ على ثلاثة متطلبات بسيطة.

• الاكتمال - إذا كان البيان المقدم من المُثبَّت صحيحًا ، فسيعيد ZKP دائمًا نفس النتيجة "الحقيقية". كل شيء حقيقي يمكن إثباته.
• السلامة الإحصائية - إذا كان البيان الذي قدمه المُثّل غير صحيح ، فيجب أن يكون المدقق قادرًا على تأكيد عدم دقته. في الأساس ، لا يمكن للمثل أن يكذب ويخدع المحقق الصادق. 
• المعرفة الصفرية - يجب أن تكشف ZKP فقط ما إذا كان المُثبِت يقول الحقيقة للمحقِّق.

في حين أن هذا قد يبدو معقدًا في البداية ، يصبح من السهل جدًا فهمه عند وضعه موضع التنفيذ. ولعل أشهر مثال على نظام إثبات عدم المعرفة هي قصة كهف علي بابا.

يروي كهف علي بابا قصة بوب ، المُثبِّت ، وأليس ، المُحقِّقة. تخيل كهفًا يشكل حلقة. في مكان ما في الحلقة يوجد باب مغلق لا يمكن فتحه وتمريره إلا باستخدام كلمة مرور صحيحة. يريد بوب أن يثبت لأليس أنه يعرف كلمة المرور دون أن يخبر أليس فعليًا بكلمة المرور.

تنشئ أليس وبوب إعدادًا موثوقًا به لبروتوكول المعرفة الصفرية. إذا كان بوب يعرف كلمة المرور حقًا ، مثل المفتاح الخاص ، ويمكنه المرور عبر الباب ، فيجب أن يكون قادرًا على العودة إلى أليس عند مدخل الكهف من جانبي الحلقة.

باختبار النظرية ، انتظر بوب عند الباب السحري لأليس لتعيده إلى المدخل من أي من المسارين. يستطيع بوب العودة عبر المسار الصحيح بدقة 100٪ سواء اتصل بـ A أو B.

يمكننا التأكد من أن هذا نظام إثبات تفاعلي فعال للأسباب التالية:

• إنها كاملة - يثبت بوب أنه يعرف كلمة المرور لأنه يعود من المسار الصحيح بدقة 100٪
• إنه صوت - لا يمكن لبوب المرور من الباب بدون كلمة المرور. إذا عاد من المسار الخطأ ، يمكن لـ Alice التحقق من أنه لا يعرف كلمة المرور.
• لا يستطيع بوب خداع أليس ليعتقد أنه يعرف كلمة المرور.
• يتم مشاركة المعرفة الصفرية - يمكن أن يثبت بوب أنه يعرف حقًا كلمة المرور دون مشاركة أي معلومات سرية.

فقط عندما كنت تعتقد أنك قد اكتشفت كل شيء ، هناك المزيد لتشريحه. يعتبر كهف علي بابا مثالاً على عدة أنواع مختلفة من براهين انعدام المعرفة. بشكل أساسي ، يتم تقسيم ZKPs إلى مجموعتين رئيسيتين: تفاعلية وغير تفاعلية.

يعتبر كهف علي بابا مثالاً على ZKP التفاعلي. هذا يعني أن كلا الطرفين بحاجة إلى التفاعل بشكل مستمر مع بعضهما البعض لضمان بقاء الإعداد الموثوق به موثوقًا به.

هذا يطرح بعض المشاكل. يمكن أن تكون ZKPs التفاعلية مضيعة للوقت وتعتمد على توفر كلا الطرفين. نتيجة لذلك ، يعاني هذا النوع من إثبات عدم المعرفة من مشكلات قابلية التوسع. لحسن الحظ ، توفر تقنية blockchain طرقًا للتغلب على هذا ، مثل براهين المعرفة الصفرية غير التفاعلية.

في ZKP غير التفاعلي ، يمكن لكل من المُثبِت والمدقق الوصول إلى مفتاح عام مشترك. يضمن هذا المفتاح أن جولة واحدة فقط من الاتصالات بين الأطراف مطلوبة لإثبات بيان المُثقف.

يشارك المُثبِّت المعلومات مع خوارزمية تشفير آمنة تؤكد ما إذا كانت العبارة صحيحة أم خاطئة. ثم يتم تمرير النتيجة إلى المدقق. يقوم المدقق بمراجع بيان المُثقف مقابل خوارزمية منفصلة لضمان الدقة.

بالطريقة نفسها التي يمكن بها لعقود blockchain الذكية تبسيط المعاملات المالية ، فإن البراهين غير التفاعلية تكون أكثر كفاءة من البراهين التفاعلية. علاوة على ذلك ، بمجرد إنشاء إثبات ، يمكن لأي شخص لديه حق الوصول إلى المفتاح المشترك والخوارزميات استخدامه لأغراض التحقق.

بالطبع ، حفرة الأرنب أعمق! تحت مظلة براهين المعرفة الصفرية غير التفاعلية توجد المزيد من الأصناف ، ZK-Snark و ZK-Stark.

A ZK-Snark هو اختصار طويل لنوع معين من ZKP. إنها تعني:

• المعرفة الصفرية - كما نعلم بالفعل ، يمكن للمثل تأكيد حقيقة البيان دون مشاركة المعلومات السرية.
• موجزة - البراهين صغيرة ويسهل التحقق منها ، حتى لو كان المفهوم الذي يتم إثباته معقدًا
• غير تفاعلي - لا يحتاج المحققون والمحققون إلى التواصل مرة أخرى حتى يعمل ZKP بشكل صحيح
• الحجة - الدليل سليم ، مما يعني أن المدقق يمكنه فضح بيان المُثقف.
• المعرفة - تضمن الخوارزمية صحة معلومات المُثبِّت

في النهاية ، تم تصميم ZK-Snarks لتكون أدوات غير مصرح بها وآمنة وقابلة للتطوير لإظهار إثبات المعرفة بدون المعلومات المذكورة.

ZK-Starks هي في الأساس نفس ZK-snarks. يتمثل الاختلاف الجوهري بين الاثنين في أن ZK-starks تم تحسينها لزيادة قابلية التوسع وإنتاج براهين أكبر. بدلاً من أن تكون موجزة وغير تفاعلية ، فإن ZK-starks هي:

• قابلة للتطوير - تم تصميم ZK-starks للتحقق من البيانات الكبيرة بشكل أسرع.
• شفافة - يمكن التحقق من أنظمة إثبات ZK-stark بشكل عام بناءً على القيم العشوائية التي تم إنشاؤها ، بدلاً من التحقق منها بواسطة خوارزميات خاصة.

في حين أن تطبيقات العالم الحقيقي لتقنيات blockchain مثل Bitcoin و Ethereum واضحة ، فإن ZKProofs أصبحت الآن في طليعة الابتكار على السلسلة. لا يزال يتم اكتشاف العديد من حالات استخدام ZKP. فيما يلي بعض من أكثر المرافق الواقعية إثارة لـ ZKProofs:

في العديد من البلدان ، من الشائع إظهار كشوف حسابك المصرفي ودخلك كلما أردت الحصول على قرض أو شراء عقارات. ومع ذلك ، لا يرغب الجميع في الكشف عن كل تفاصيل حياتهم ونفقاتهم.

تسمح ZKPs للمستخدمين بإظهار أن لديهم دليلًا كافيًا على الأموال والدخل دون الكشف عن سجل معاملاتهم بالكامل إلى أطراف غير معنية.

تقوم إجراءات "اعرف عميلك" وموفرو خدمات جمع الهوية الآخرون بتخزين البيانات الحساسة على خوادم مركزية بتنسيقها الحالي. قد يكون هذا مشكلة لأن الخرق الأمني ​​قد يؤدي إلى مشاركة معلوماتك دون موافقتك.

تتيح لك البراهين الصفرية التحقق من هويتك بسهولة عبر الإنترنت دون الكشف عن معلوماتك الشخصية لأي شخص. على سبيل المثال ، يمكنك إثبات أنك مواطن في بلدك دون مشاركة أي من تفاصيل جواز سفرك.

تتمثل إحدى الفوائد الرئيسية لاستخدام تقنية cryptocurrency و blockchain في استعادة خصوصيتك عبر الإنترنت. ومع ذلك ، إذا كان عنوان محفظتك مرتبطًا بهويتك ، فقد يكون من الصعب الحفاظ على إخفاء الهوية هذا.

تعمل ZKPs و blockchain التي تركز على الخصوصية على تسهيل حماية محفظتك ومعاملاتك من أعين المتطفلين. من خلال مزج المعاملات وحجبها ، توفر هذه البروتوكولات للمستخدمين قدرًا أكبر من إخفاء الهوية عند إرسال الأموال وتلقيها على السلسلة.

أنظمة إثبات المعرفة الصفرية هي أدوات قوية. مما لا يثير الدهشة ، أنهم يطلبون تكاليف حاسوبية وأجهزة عالية للتشغيل بفعالية. ونتيجة لذلك ، يمكن أن تكون مكلفة لمقدمي الخدمات.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن تأكيد معاملات ZKProof على السلسلة والتحقق منها أمر مكثف ويتطلب رسوم غاز عالية. لحسن الحظ ، مثل blockchain أكثر قابلية للتطوير ، مثل انهياروسطح حلول الطبقة الثانية ، ستقل هذه الرسوم.

يعتبر سرد ZKProof مكانة راسخة وتنافسية في سوق التشفير. فيما يلي بعض الأمثلة على بدء تشغيل التشفير ومشاريع blockchain التي تستخدم براهين عدم المعرفة.

Zcash هي شبكة blockchain تتيح للمستخدمين إرسال واستقبال العملات الرقمية على الفور بشكل مجهول دون مشاركة معلومات حساسة حول المعاملة. في شبكات أخرى مثل Bitcoin و Ethereum ، يمكن التحقق بشكل عام من جميع بيانات المعاملات ، مثل العناوين وقيمة المعاملة.

بشكل افتراضي ، تستخدم شبكة Zcash ZKPs لإخفاء هذه المعلومات السرية تلقائيًا ومنح المستخدمين قدرًا أكبر من راحة البال.

Tornado Cash هو خلاط رمزي يسمح للمستخدمين بإخفاء التحويلات بين المحافظ غير المرتبطة. بالاستفادة من تقنية ZKProof ، يمكن للمستخدم إيداع الأموال في التطبيق من محفظة واحدة ، ثم سحب هذه الأموال إلى محفظة جديدة باستخدام مفتاح سري.

جعل البروتوكول عناوين الصحف في عام 2022 عندما مؤسسها ، أليكسي بيرتسيف، اعتقل في هولندا. وفقًا للمدعين العامين ، تسهل Tornado Cash خدمات غسيل الأموال للمجرمين. على الرغم من هذا الادعاء ، فإن Tornado Cash هي خدمة لامركزية بدون مالك أو دافع حقيقي.

براهين المعرفة الصفرية غير التفاعلية فعالة ولكنها بعيدة عن الكمال. لا تزال هذه التقنية في مهدها ويحتاج القادمون الجدد إلى الوثوق بالمطورين تمامًا لإنشاء إعداد موثوق به ، مما يؤدي إلى اختلال توازن القوة.

البراهين الصفرية المعرفة هي حالة استخدام تخريبية لتكنولوجيا blockchain التي يمكن أن تغير طريقة مشاركتنا للمعلومات الحساسة عبر الإنترنت. من المهم أن تكون على دراية بكيفية عملها حتى تتمكن من استخدامها بفعالية.

يتطلب نظام إثبات المعرفة الصفرية التفاعلي أن يتفاعل المشاركون بشكل متكرر مع بعضهم البعض لضمان بقاء الدليل صالحًا. يستخدم ZKProof غير التفاعلي التشفير والمفتاح المشترك لإزالة هذا المطلب.

ZKProofs هي بروتوكولات مكثفة تتطلب قوة حسابية عالية. فهي تتطلب أجهزة باهظة الثمن وتكاليف معاملات على السلسلة لتعمل بفعالية.

المثال الأكثر شهرة لـ ZKProof هو تشبيه كهف علي بابا الموضح في هذا الدليل.