Prueba de conocimiento cero: cómo funcionan las pruebas ZK y por qué son importantes

¿Alguna vez ha sentido la inmensa frustración de conocer información secreta pero no poder 'probarla' sin compartirla? Entonces, las pruebas de conocimiento cero podrían ser su solución definitiva.

Una prueba de conocimiento cero (ZKP o ZKProof) es un sistema de autenticación que permite a dos partes confirmar si una declaración es cierta o no sin revelar ninguna información al respecto.

En el mundo actual, proteger sus datos y su criptomoneda en línea es más importante que nunca. Los sistemas ZKP se utilizan para crear soluciones de privacidad basadas en blockchain que protegen su información y le permiten demostrar que sus declaraciones son verdaderas.

Esta guía descubrirá sus preguntas candentes sobre ZKProof y desmitificará este tema incomprendido. Sumerjámonos.

A pesar de ser popularizado por el crecimiento de la criptografía y la tecnología blockchain, los primeros registros del uso de prueba de conocimiento cero como sistema de autenticación datan de 1985. Los expertos en informática y aprendizaje automático Shafi Goldwasser y Silvio Micali publicaron un artículo del MIT sobre ZKP. mucho antes Ethereum era una realidad

Usando criptografía, los protocolos de conocimiento cero establecen confianza y confirman declaraciones fácticas. Suena simple, pero aquí está el giro: los ZKP permiten que un 'probador' y un 'verificador' garanticen que una declaración es verdadera sin compartir la declaración. Este protocolo de prueba ofrece una mayor ciberseguridad para los usuarios que no quieren revelar información privada.

En aras de la simplicidad, demos un ejemplo de ELI5. Un ZKP me permitiría a mí, un probador, mostrarle a usted, un verificador, que sé dónde está Waldo sin señalarlo en el libro. Puedo probar la declaración sin revelar ninguna información confidencial.

Para que un protocolo de conocimiento cero sea realmente efectivo, el algoritmo debe probar que una declaración es verdadera y mantener tres requisitos simples.

• Integridad: si la declaración proporcionada por el probador es verdadera, el ZKP siempre devolverá el mismo resultado 'verdadero'. Todo lo cierto se puede probar.
• Solidez estadística: si la declaración proporcionada por el probador no es cierta, el verificador debe poder confirmar su inexactitud. Esencialmente, un probador no puede mentir y engañar a un verificador honesto. 
• Conocimiento cero: el ZKP solo debe revelar si el probador está diciendo la verdad al verificador.

Si bien esto puede parecer complicado al principio, se vuelve muy simple de entender cuando se pone en práctica. Quizás el ejemplo más famoso de un sistema de prueba de conocimiento cero es la historia de la cueva de Ali Baba.

La cueva de Ali Baba cuenta la historia de Bob, el probador, y Alice, la verificadora. Imagina una cueva que forma un bucle. En algún lugar del bucle hay una puerta cerrada que solo se puede abrir y atravesar con una contraseña correcta. Bob quiere demostrarle a Alice que conoce la contraseña sin decirle realmente a Alice cuál es la contraseña.

Alice y Bob crean una configuración confiable para su protocolo de conocimiento cero. Si Bob realmente conoce la contraseña, como una clave privada, y puede pasar por la puerta, debería poder regresar a Alice en la entrada de la cueva desde cualquier lado del bucle.

Para probar el teorema, Bob espera junto a la puerta mágica a que Alice lo llame a la entrada desde cualquiera de los dos caminos. Bob puede regresar por la ruta correcta con un 100 % de precisión, ya sea que llame A o B.

Podemos estar seguros de que este es un sistema de prueba interactivo efectivo porque:

• Está completo: Bob demuestra que conoce la contraseña porque regresa de la ruta correcta con un 100 % de precisión.
• Es correcto: Bob no puede pasar por la puerta sin la contraseña. Si regresa por el camino equivocado, Alice puede verificar que no conoce la contraseña.
• Bob no puede engañar a Alice haciéndole creer que conoce la contraseña.
• Se comparte el conocimiento cero: Bob puede demostrar que realmente conoce la contraseña sin compartir ninguna información secreta.

Justo cuando pensabas que lo tenías todo resuelto, hay un poco más para diseccionar. La cueva de Ali Baba es un ejemplo de varios tipos diferentes de pruebas de conocimiento cero. Principalmente, los ZKP se dividen en dos grupos principales: interactivos y no interactivos.

La cueva de Ali Baba es un ejemplo de ZKP interactivo. Eso significa que ambas partes deben interactuar continuamente entre sí para garantizar que la configuración confiable siga siendo confiable.

Esto plantea algunos problemas. Los ZKP interactivos pueden llevar mucho tiempo y depender de que ambas partes estén disponibles. Como resultado, este tipo de prueba de conocimiento cero adolece de problemas de escalabilidad. Afortunadamente, la tecnología blockchain ofrece formas de evitar esto, como pruebas de conocimiento cero no interactivas.

En un ZKP no interactivo, tanto el probador como el verificador tienen acceso a una clave pública compartida. Esta clave asegura que solo se requiere una ronda de comunicación entre las partes para demostrar la declaración del probador.

El probador comparte información con un algoritmo criptográfico seguro que confirma si la declaración es verdadera o falsa. Luego, el resultado se pasa al verificador. El verificador compara la declaración del probador con un algoritmo separado para garantizar la precisión.

De la misma manera que los contratos inteligentes de blockchain pueden agilizar las transacciones financieras, las pruebas no interactivas son más eficientes que las interactivas. Además, una vez que se crea una prueba, cualquier persona con acceso a la clave compartida y los algoritmos puede usarla con fines de verificación.

Por supuesto, ¡la madriguera del conejo es aún más profunda! Debajo del paraguas de las pruebas no interactivas de conocimiento cero hay aún más variedades, ZK-Snark y ZK-Stark.

Un ZK-Snark es un acrónimo de largo aliento para un tipo particular de ZKP. Lo que representa:

• Conocimiento cero: como ya sabemos, un probador puede confirmar la verdad de una declaración sin compartir información secreta.
• Sucinto: las pruebas son pequeñas y fáciles de verificar, incluso si el concepto que se prueba es complicado.
• No interactivo: los probadores y verificadores no necesitan comunicarse de un lado a otro para que el ZKP funcione correctamente.
• Argumento: la prueba es sólida, lo que significa que un verificador puede desacreditar la declaración del probador.
• Conocimiento: el algoritmo garantiza que la información del probador sea correcta

En última instancia, los ZK-Snarks están diseñados para ser herramientas sin permiso, seguras y escalables para mostrar pruebas de conocimiento sin dicha información.

ZK-Starks son esencialmente lo mismo que ZK-snarks. La diferencia crítica entre los dos es que los ZK-stark están optimizados para una mayor escalabilidad y producen pruebas más grandes. En lugar de ser breves y no interactivos, los ZK-starks son:

• Escalable: los ZK-stark están diseñados para verificar declaraciones más grandes más rápido.
• Transparente: los sistemas de prueba ZK-stark son verificables públicamente en función de valores aleatorios generados, en lugar de ser verificados por algoritmos privados.

Si bien las aplicaciones del mundo real de las tecnologías de cadena de bloques como Bitcoin y Ethereum son obvias, las ZKProofs recién ahora están a la vanguardia de la innovación en cadena. Todavía se están descubriendo muchos casos de uso de ZKP. Estas son algunas de las utilidades más emocionantes de la vida real de ZKProofs:

En muchos países, es una práctica común mostrar sus estados de cuenta bancarios e ingresos cada vez que desea obtener un préstamo o comprar bienes raíces. Sin embargo, no todos quieren revelar todos los detalles de su vida y sus gastos.

Los ZKP permiten a los usuarios demostrar que tienen suficientes pruebas de fondos e ingresos sin revelar todo su historial de transacciones a las partes no interesadas.

Los procedimientos KYC y otros proveedores de recopilación de identidad almacenan datos confidenciales en servidores centralizados en su formato existente. Esto puede ser problemático porque una brecha de seguridad podría resultar en que su información se comparta sin su consentimiento.

Las pruebas de conocimiento cero le permiten verificar fácilmente su identidad en línea sin exponer su información personal a nadie. Por ejemplo, puede demostrar que es ciudadano de su país sin compartir ninguno de los detalles de su pasaporte.

Uno de los principales beneficios de usar la tecnología de criptomonedas y blockchain es recuperar su privacidad en línea. Sin embargo, si la dirección de su billetera está vinculada a su identidad, puede ser difícil mantener este anonimato.

Los ZKP y las cadenas de bloques centradas en la privacidad facilitan la protección de su billetera y sus transacciones de miradas indiscretas. Al mezclar y proteger las transacciones, estos protocolos ofrecen a los usuarios un mayor anonimato al enviar y recibir fondos en la cadena.

Los sistemas de prueba de conocimiento cero son herramientas poderosas. Como era de esperar, exigen altos costos computacionales y de hardware para funcionar de manera efectiva. Como resultado, su funcionamiento puede resultar costoso para los proveedores.

Además, la confirmación y verificación de transacciones ZKProof en cadena es intensiva y requiere una tarifa de gas alta. Afortunadamente, a medida que las cadenas de bloques más escalables, como Avalancha, y la superficie de las soluciones de capa 2, estas tarifas se reducirán.

La narrativa ZKProof es un nicho establecido y competitivo en el criptomercado. Estos son algunos ejemplos de empresas emergentes de criptografía y proyectos de cadena de bloques que utilizan pruebas de conocimiento cero.

Zcash es una red de cadena de bloques que permite a los usuarios enviar y recibir instantáneamente criptomonedas de forma anónima sin compartir información confidencial sobre la transacción. En otras redes como Bitcoin y Ethereum, todos los datos de las transacciones, como las direcciones y el valor de la transacción, se pueden verificar públicamente.

De forma predeterminada, la red Zcash utiliza ZKP para ocultar esta información secreta automáticamente y brindar a los usuarios una mayor tranquilidad.

Tornado Cash es un mezclador de fichas que permite a los usuarios 'ocultar' transferencias entre billeteras no vinculadas. Aprovechando la tecnología ZKProof, el usuario puede depositar fondos en la aplicación desde una billetera y luego retirar esos fondos a una nueva billetera usando una clave secreta.

El protocolo realizado titulares en 2022 cuando su fundador, Alexey Pertsev, fue arrestado en los Países Bajos. Según los fiscales, Tornado Cash facilita servicios de lavado de dinero para delincuentes. A pesar de esta afirmación, Tornado Cash es un servicio descentralizado sin verdadero dueño o motivación.

Las pruebas de conocimiento cero no interactivas son eficientes pero están lejos de ser perfectas. Esta tecnología aún está en pañales y los recién llegados deben confiar completamente en los desarrolladores para crear una configuración confiable, creando un desequilibrio de poder.

Las pruebas de conocimiento cero son un caso de uso disruptivo de la tecnología blockchain que puede cambiar la forma en que compartimos información confidencial en línea. Es importante ser consciente de cómo funcionan para que pueda usarlos de manera efectiva.

Un sistema interactivo de prueba de conocimiento cero requiere que los participantes interactúen con frecuencia entre sí para garantizar que la prueba siga siendo válida. Un ZKProof no interactivo usa criptografía y una clave compartida para eliminar este requisito.

Los ZKProofs son protocolos intensivos que exigen una alta potencia computacional. Requieren hardware costoso y costos de transacción en cadena para operar de manera efectiva.

El ejemplo más conocido de ZKProof es la analogía de la cueva de Ali Baba descrita en esta guía.