Τι είναι τα zkSNARKs; | Ο πλήρης οδηγός

Καθώς περισσότεροι άνθρωποι έχουν αγκαλιάσει Bitcoin και η εκπληκτική τεχνολογία που το κάνει να λειτουργεί, έχουν επίσης ανακαλύψει μερικές από τις πιο σημαντικές παγίδες του. Ένα από αυτά είναι η έννοια μιας εντελώς ανώνυμης συναλλαγής. Ενώ το Bitcoin θεωρείται συχνά ότι είναι "ανώνυμο", στην πραγματικότητα είναι μόνο "ψευδώνυμο", επειδή οι συναλλαγές κάθε διεύθυνσης Bitcoin παρακολουθούνται στο κοινό blockchain. Υπάρχουν, ωστόσο, άλλα κρυπτονομίσματα που κατάφεραν να αναπτύξουν blockchain που παρέχουν πλήρη προστασία της ιδιωτικής ζωής στα πρωτόκολλά τους. Ένα τέτοιο κρυπτονόμισμα είναι Zcash που κάνει χρήση μιας επαναστατικής εφαρμογής απορρήτου που ονομάζεται zkSNARK.

Σε αυτήν την ανάρτηση θα ρίξουμε μια ματιά στα βασικά των zkSNARK, πώς κρύβουν το απόρρητο και πώς θα αναπτυχθούν στο μέλλον.

Μηδενική γνώση του

Τα zkSNARK βασίζονται σε μια σχετικά πρόσφατη κρυπτογραφική αρχή που ονομάζεται αποδείξεις μηδενικής γνώσης. Στην αρχική ακαδημαϊκή εργασία που θεωρητικοποίησαν τα πρωτόκολλα Zero Knowledge, ορίστηκαν ως:

"Ένα πρωτόκολλο μηδενικής γνώσης είναι μια μέθοδος με την οποία ένα μέρος (ο prover) μπορεί να αποδείξει σε ένα άλλο μέρος (τον επαληθευτή) ότι κάτι είναι αλήθεια, χωρίς να αποκαλύψει καμία πληροφορία εκτός από το γεγονός ότι αυτή η συγκεκριμένη δήλωση είναι αλήθεια."

Έτσι, ουσιαστικά μια απόδειξη μηδενικής γνώσης μπορεί να επιτρέψει σε ένα άτομο να αποδείξει ότι γνωρίζει κάτι μυστικό χωρίς να αποκαλύψει ποιο είναι αυτό το μυστικό. Αυτό έχει σημαντικές συνέπειες για πολλές καταστάσεις στις οποίες χρειάζεται να ανταλλάξουμε ένα μυστικό, αλλά δεν μπορούμε να εμπιστευτούμε πλήρως το μέρος στο οποίο στέλνουμε αυτές τις πληροφορίες.

Για παράδειγμα, σκεφτείτε τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν οι διαδικτυακοί σας κωδικοί πρόσβασης. Όταν εισάγετε τον κωδικό πρόσβασής σας σε έναν ιστότοπο, αυτός ο κωδικός πρόσβασης αποστέλλεται στον διακομιστή και αποθηκεύεται σε κατακερματισμένη μορφή. Ενώ οι κατακερματισμοί προσπαθούν να κρύψουν τον κωδικό πρόσβασης, στα χέρια ενός ικανού χάκερ, ένας κατακερματισμός μπορεί να είναι εξίσου επικίνδυνος με το απλό κείμενο. Ως εκ τούτου, αποκαλύπτετε ένα μυστικό σε έναν ιστότοπο και βασίζεστε στην υποτιθέμενη αξιοπιστία του ιστότοπου για την προστασία του. Δεν θα ήταν πολύ πιο ασφαλές εάν μπορούσατε να αποδείξετε τις γνώσεις σας για τον κωδικό πρόσβασης λύνοντας κάποια κρυπτογραφική απόδειξη;

Αυτός είναι ακριβώς ο τρόπος με τον οποίο λειτουργούν οι αποδείξεις μηδενικής γνώσης και είναι ιδιαίτερα σημαντικές στα πρωτόκολλα απορρήτου κρυπτογράφησης. Θέλετε να μπορείτε να αποδείξετε στο μέρος ότι πραγματοποιείτε συναλλαγές με το οποίο όντως κρατάτε το ιδιωτικό κλειδί στο πορτοφόλι σας χωρίς να αποκαλύπτετε πραγματικά αυτό το ιδιωτικό κλειδί. Σύμφωνα με τη θεωρία, για να είναι έγκυρη μια απόδειξη μηδενικής γνώσης, πρέπει να πληροί τις ακόλουθες προϋποθέσεις:

• Πληρότητα: Εάν η εισαγωγή είναι αληθής, η απόδειξη θα επιστρέφει πάντα "αληθής".
• Ορθότητα: Εάν η εισαγωγή είναι ψευδής, δεν μπορείτε να εξαπατήσετε την απόδειξη μηδενικής γνώσης για να επιστρέψετε "αληθής".
• Μηδενική Γνώση: Ο επαληθευτής δεν μαθαίνει τίποτα περισσότερο από το αν η δήλωση είναι αληθινή

Τώρα που βάλαμε τις βάσεις για μηδενικές αποδείξεις γνώσης, ας ρίξουμε μια ματιά στο πώς έχουν ενσωματωθεί στο zkSNARKS.

zkSNARKs και Blockchains

Τα zkSNARK επεκτείνονται στη μαθηματική θεωρία των αποδείξεων μηδενικής γνώσης και επιτρέπουν τη χρήση τους σε blockchains με μειωμένη υπολογιστική πολυπλοκότητα. Το "zkSNARKs" σημαίνει Zero Knowledge Succinct Non Interactive Argument of Knowledge. Ναι, αυτό είναι μια μπουκιά, αλλά ας το αναλύσουμε λέξη προς λέξη.

• Μηδενική Γνώση: Εξηγήθηκε παραπάνω
• Περιεκτικός Μπορεί να επαληθευτεί πολύ γρήγορα
• Μη διαδραστικό: Μια απόδειξη όπου μπορεί να σταλεί ένα μόνο μήνυμα από τον φορέα ελέγχου στον επαληθευτή. Δεν υπάρχει ανάγκη για μπρος πίσω μηνύματα.
• Επιχείρημα της Γνώσης: Ο επαληθευτής μπορεί να πείσει τον επαληθευτή ότι υπάρχουν πληροφορίες και ότι είναι το μόνο άτομο που μπορεί να έχει πρόσβαση σε αυτές τις πληροφορίες χωρίς να αποκαλύψει τις εν λόγω πληροφορίες.

Στις τακτικές συναλλαγές, όταν μια πληρωμή αποστέλλεται από το ένα μέρος στο άλλο, οι λεπτομέρειες αυτής της πληρωμής είναι ορατές σε όλους τους κόμβους του δικτύου. Αυτό περιλαμβάνει όλες τις εισροές και τις εκροές της συναλλαγής που περιέχουν πληροφορίες σχετικά με τις δημόσιες διευθύνσεις και τα ποσά. Ωστόσο, με μια συναλλαγή μηδενικής γνώσης, η μόνη πληροφορία που μπορεί κανείς να συγκεντρώσει είναι ότι έχει πραγματοποιηθεί μια συναλλαγή. Δεν υπάρχουν πληροφορίες για τον αποστολέα, τον παραλήπτη ή το ποσό. Παρακάτω είναι μια απλή οπτική αναπαράσταση ως προς τον τρόπο λειτουργίας της Συναλλαγής Μηδενικής Γνώσης σε ένα πρωτόκολλο blockchain.

Ένας άλλος όρος για αυτές τις συναλλαγές είναι μια "θωρακισμένη συναλλαγή". Τα zkSNARK χρησιμοποιούνται για να αποδειχθεί ότι πληρούνται οι προϋποθέσεις μιας έγκυρης συναλλαγής χωρίς να αποκαλύπτεται τίποτα. Ο αποστολέας αυτής της συναλλαγής θα πρέπει να δημιουργήσει μια απόδειξη που να δείχνει τα εξής:

• Οι τιμές εισόδου ισούνται με τις τιμές εξόδου
• Ο αποστολέας έχει πράγματι τον έλεγχο των ιδιωτικών κλειδιών του πορτοφολιού
• Υπάρχει κρυπτογραφική σύνδεση μεταξύ του ιδιωτικού κλειδιού δαπανών και της υπογραφής της συναλλαγής. Αυτό θα εξαλείψει την πιθανότητα να παραβιάσει τη συναλλαγή κάποιος τρίτος.

Φυσικά, αυτή είναι η βασική θεωρία πίσω από το zkSNARKS και τις αποδείξεις μηδενικής γνώσης. Μια βαθύτερη ματιά θα απαιτούσε την κατανόηση προηγμένων υπολογιστικών μαθηματικών και κρυπτογραφίας (μαθηματικά φεγγαριού σύμφωνα με Vitalik Buterin).

zkSNARKS σε χρήση

Δεδομένου ότι τα zkSNARK έχουν τόσο σημαντικό αντίκτυπο στα κρυπτονομίσματα, χρησιμοποιούνται ήδη σε πολλές αλυσίδες και εξετάζονται από άλλους. Πιο αξιοσημείωτα, έγιναν δημοφιλή για τη χρήση τους στο Πρωτόκολλο Zcash.

Το Zcash είναι ένα από τα πιο δημοφιλή κρυπτονομίσματα στον κόσμο με α τρέχον κεφάλαιο 4.3 δισ. δολαρίων. Υπήρξαν επίσης μια σειρά από πιρούνια Zcash και πιρούνια πιρουνιών. Για παράδειγμα, έχετε το Zclassic που είναι ένα πιρούνι του Zcash. Η Zclassic έχει επίσης δημιουργήσει δύο από τα δικά της διχαλωτά νομίσματα ZenCash και Ιδιωτικό Bitcoin. Και οι δύο αυτές αλυσίδες χρησιμοποιούν zkSNARK για τις θωρακισμένες συναλλαγές τους. Έπειτα, υπάρχουν και οι φιλοδοξίες του δεύτερου πιο πολύτιμου κρυπτονομίσματος, Ethereum, για να συμπεριλάβουν τα zkSNARK στο πρωτόκολλό τους. Αυτό θα γίνει ως μέρος της αναβάθμισής τους στο Metropolis που θα περιλαμβάνει μια σειρά από χαρακτηριστικά όπως Απόδειξη πληρωμής.

Η υποστήριξη zk-SNARK είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό στον οδικό χάρτη του ethereum

— Vitalik "Not give away ETH" Buterin (@VitalikButerin) Φεβρουάριος 3, 2017

Επί του παρόντος, η υπολογιστική πολυπλοκότητα που σχετίζεται με τη δημιουργία πολλών από αυτές τις αποδείξεις είναι αρκετά υψηλή. Αυτό περιορίζει την εφαρμογή τους σε πολλές άλλες πιθανές περιπτώσεις χρήσης. Ωστόσο, καθώς γίνεται περισσότερη δουλειά σε αυτό και η υπολογιστική ισχύς προχωρά, είναι πιθανό να δούμε παρόμοια τεχνολογία σε μια σειρά εφαρμογών που εξαρτώνται από το απόρρητο.

Πιθανές προκλήσεις

Μία από τις πιο σημαντικές ανησυχίες σχετικά με τα blockchain μηδενικής γνώσης είναι ότι πρέπει να βασίζονται σε ένα συγκεκριμένο «κύριο κλειδί». Το να έχεις ένα ενεργό κύριο κλειδί για ένα blockchain αξίας δισεκατομμυρίων είναι αναμφίβολα μεγάλη υπόθεση. Αυτή είναι μια σκιά που έχει παραμείνει πάνω από το blockchain Zcash από την έναρξή του. Αν και η ομάδα του ZCash ισχυρίστηκε ότι κατέστρεψε το κύριο κλειδί στην τελετή Zcash, υπάρχει πάντα ο κίνδυνος να έχει διαρρεύσει ή κάποιος να έχει ένα αντίγραφο. Ωστόσο, μπορεί σύντομα να υπάρξει μια εναλλακτική σε αυτό με τη μορφή μιας άλλης μοναδικής προσαρμογής που ονομάζεται "zkSTARK". Το κύριο πλεονέκτημα αυτής της τεχνολογίας έναντι των zkSNARKs είναι ότι δεν χρειάζεται να βασίζεται σε ένα κύριο κλειδί ή σε κρυπτογραφία δημόσιου κλειδιού. Το μόνο που θα χρειάζονταν είναι ένας απλός αλγόριθμος για να λειτουργήσουν. Τα zkSTARK θα μπορούσαν επίσης να είναι πολύ πιο αποτελεσματικά όσον αφορά την υπολογιστική ισχύ που απαιτείται για την ολοκλήρωση των αποδείξεων. Ωστόσο, η τεχνολογία βρίσκεται στα σπάργανα και εξακολουθεί να ερευνάται από πολλούς κρυπτογράφους. Θα ήταν ενδιαφέρον να δούμε πώς θα εξελιχθεί η τεχνολογία τα επόμενα χρόνια.

Συμπέρασμα

Το Bitcoin αναπτύχθηκε για διάφορους λόγους, ένας από τους οποίους ήταν να δώσει πίσω τον προσωπικό οικονομικό έλεγχο σε άτομα. Το απόρρητο του κατόχου είναι πιθανό να ήταν ένα άλλο από τα πιο σημαντικά ζητήματα. Όμως, καθώς η υιοθέτηση κρυπτονομισμάτων έχει αυξηθεί, τόσο αυξάνεται η ικανότητα των κυβερνήσεων και των υπηρεσιών να παρακολουθούν σχολαστικά αυτές τις συναλλαγές στο πολύ δημόσιο blockchain.

Ωστόσο, με τεχνολογία όπως τα zkSNARKs, τέτοιες συναλλαγές θα θωρακίζονται και τα μέρη θα παραμείνουν εντελώς ανώνυμα. Υπάρχουν επίσης πολλές άλλες εφαρμογές που θα επωφεληθούν από αυτές τις τεχνολογικές εξελίξεις. Ενώ η τεχνολογία είναι ακόμα νέα και παραμένουν ερωτήματα, δεν μπορεί κανείς να μειώσει τη ζήτηση για ένα πραγματικά ιδιωτικό κρυπτονόμισμα.

Πηγή: https://unhashed.com/cryptocurrency-coin-guides/what-are-zksnarks/