اثبات دانش صفر: ZKproofs چگونه کار می کند و چرا مهم است

آیا تا به حال از دانستن اطلاعات محرمانه و ناتوانی در "اثبات" آن بدون به اشتراک گذاشتن آن احساس ناامیدی شدید کرده اید؟ سپس اثبات های دانش صفر ممکن است راه حل نهایی شما باشد.

اثبات دانش صفر (ZKP یا ZKProof) یک سیستم احراز هویت است که به دو طرف اجازه می‌دهد تا صحت یا عدم صحت یک عبارت را بدون افشای هیچ اطلاعاتی در مورد آن تأیید کنند.

در دنیای امروز، محافظت از داده‌ها و ارز دیجیتال شما به صورت آنلاین مهم‌تر از همیشه است. سیستم‌های ZKP برای ساخت راه‌حل‌های حفظ حریم خصوصی مبتنی بر بلاک‌چین استفاده می‌شوند که از اطلاعات شما محافظت می‌کنند و در عین حال به شما امکان می‌دهند اظهارات خود را درست ثابت کنید.

این راهنما سؤالات داغ شما را در مورد ZKProof آشکار می کند و این موضوع سوء تفاهم را رفع می کند. بیایید شیرجه بزنیم

علیرغم اینکه با رشد فناوری کریپتو و بلاک چین رواج یافته است، اولین سوابق اثبات دانش صفر که به عنوان یک سیستم احراز هویت استفاده می شود، در سال 1985 وجود داشت. شفی گلدواسر و سیلویو مایکالی، متخصصان علوم کامپیوتر و یادگیری ماشین، مقاله MIT را در مورد ZKP منتشر کردند. مدت ها قبل Ethereum یک واقعیت بود

با استفاده از رمزنگاری، پروتکل های دانش صفر اعتماد را ایجاد می کنند و اظهارات واقعی را تأیید می کنند. ساده به نظر می رسد، اما پیچش اینجاست: ZKP ها به یک "اثبات کننده" و یک "تأیید کننده" اجازه می دهند تا از صحت یک گزاره مطمئن شوند بدون اینکه در واقع عبارت را به اشتراک بگذارند. این پروتکل اثبات امنیت سایبری بیشتری را برای کاربرانی که نمی‌خواهند اطلاعات خصوصی را فاش کنند، ارائه می‌کند.

برای سادگی، اجازه دهید یک مثال ELI5 ارائه دهیم. یک ZKP به من، یک اثبات‌کننده، اجازه می‌دهد تا به شما، یک تأییدکننده، نشان دهم که می‌دانم والدو کجاست، بدون اینکه واقعاً در کتاب به او اشاره کنم. من می توانم این گفته را بدون افشای اطلاعات حساس ثابت کنم.

برای اینکه یک پروتکل دانش صفر واقعاً مؤثر باشد، الگوریتم باید درست بودن یک عبارت را در عین حفظ سه شرط ساده ثابت کند.

• کامل بودن - اگر عبارت ارائه شده توسط پروور درست باشد، ZKP همیشه همان نتیجه "درست" را برمی گرداند. هر چیزی درست است را می توان ثابت کرد.
• استحکام آماری - اگر اظهارات ارائه شده توسط پروور نادرست باشد، تأیید کننده باید بتواند نادرستی آن را تأیید کند. اساساً یک اثبات کننده نمی تواند دروغ بگوید و یک تأیید کننده صادق را فریب دهد. 
• Zero-Knowledge - ZKP فقط باید آشکار کند که آیا اثبات کننده حقیقت را به تأیید کننده می گوید یا خیر.

در حالی که این ممکن است در ابتدا پیچیده به نظر برسد، اما درک آن زمانی که عملی شود بسیار ساده می شود. شاید معروف ترین نمونه سیستم اثبات دانش صفر، داستان غار علی بابا باشد.

غار علی بابا داستان باب، اثبات کننده، و آلیس، تایید کننده را روایت می کند. غاری را تصور کنید که یک حلقه تشکیل می دهد. جایی در حلقه یک در قفل شده است که فقط با یک رمز عبور صحیح باز می شود و از آن عبور می کند. باب می خواهد به آلیس ثابت کند که رمز عبور را می داند بدون اینکه به آلیس بگوید رمز عبور چیست.

آلیس و باب یک راه اندازی قابل اعتماد برای پروتکل دانش صفر خود ایجاد می کنند. اگر باب واقعاً رمز عبور را بداند، مانند یک کلید خصوصی، و بتواند از در عبور کند، باید بتواند از هر طرف حلقه به آلیس در ورودی غار بازگردد.

باب در حال آزمایش قضیه، در کنار در جادویی منتظر می‌ماند تا آلیس او را از هر دو مسیر به ورودی فراخواند. باب می تواند از طریق مسیر صحیح با دقت 100٪ برگردد چه A یا B را صدا کند.

ما می توانیم مطمئن باشیم که این یک سیستم اثبات تعاملی موثر است زیرا:

• کامل است - باب ثابت می کند که رمز عبور را می داند زیرا از مسیر صحیح با دقت 100٪ برمی گردد.
• صدا است - باب بدون رمز عبور نمی تواند از درب عبور کند. اگر او از مسیر اشتباه برگردد، آلیس می تواند تأیید کند که رمز عبور را نمی داند.
• باب نمی تواند آلیس را فریب دهد تا فکر کند رمز عبور را می داند.
• دانش صفر به اشتراک گذاشته می شود - باب می تواند ثابت کند که رمز عبور را بدون به اشتراک گذاشتن هیچ گونه اطلاعات محرمانه ای می داند.

درست زمانی که فکر کردید همه چیز را فهمیده اید، چیزهای بیشتری برای کالبد شکافی وجود دارد. غار علی بابا نمونه ای از چندین نوع مختلف برهان علم صفر است. در درجه اول، ZKP ها به دو گروه اصلی تقسیم می شوند: تعاملی و غیر تعاملی.

غار علی بابا نمونه ای از ZKP تعاملی است. این بدان معنی است که هر دو طرف باید به طور مداوم با یکدیگر تعامل داشته باشند تا اطمینان حاصل شود که تنظیم مورد اعتماد قابل اعتماد باقی می ماند.

این باعث ایجاد برخی مشکلات می شود. ZKP های تعاملی می توانند زمان بر باشند و به در دسترس بودن هر دو طرف متکی باشند. در نتیجه، این نوع اثبات دانش صفر از مشکلات مقیاس پذیری رنج می برد. خوشبختانه، فناوری بلاک چین راه‌هایی را برای حل این مشکل ارائه می‌کند، مانند اثبات‌های غیرتعاملی دانش صفر.

در یک ZKP غیر تعاملی، هم اثبات کننده و هم تأییدکننده به یک کلید عمومی مشترک دسترسی دارند. این کلید تضمین می کند که تنها یک دور ارتباط بین طرفین برای نشان دادن اظهارات پروور لازم است.

Prover اطلاعات را با یک الگوریتم رمزنگاری امن به اشتراک می گذارد که درست یا نادرست بودن عبارت را تأیید می کند. سپس، نتیجه به تأیید کننده منتقل می شود. تأیید کننده برای اطمینان از صحت، بیانیه اثبات کننده را در برابر یک الگوریتم جداگانه ارجاع می دهد.

همانطور که قراردادهای هوشمند بلاک چین می توانند تراکنش های مالی را ساده کنند، اثبات های غیرتعاملی کارآمدتر از اثبات های تعاملی هستند. علاوه بر این، پس از ایجاد یک اثبات، هر کسی که به کلید مشترک و الگوریتم‌ها دسترسی داشته باشد، می‌تواند از آن برای اهداف تأیید استفاده کند.

البته سوراخ خرگوش عمیق تر می شود! در زیر چتر اثبات‌های غیرتعاملی دانش صفر، انواع بیشتری وجود دارد، ZK-Snark و ZK-Stark.

ZK-Snark مخفف طولانی برای نوع خاصی از ZKP است. مخفف:

• دانش صفر - همانطور که قبلاً می دانیم، یک اثبات کننده می تواند صحت یک بیانیه را بدون به اشتراک گذاشتن اطلاعات سری تأیید کند.
• مختصر - اثبات کوچک هستند و به راحتی قابل تأیید هستند، حتی اگر مفهوم در حال اثبات پیچیده باشد
• غیر تعاملی - برای اینکه ZKP به درستی کار کند، نیازی به برقراری ارتباط بین تأییدکنندگان و تأییدکنندگان نیست.
• استدلال - اثبات صحیح است، به این معنی که یک تأیید کننده می تواند اظهارات اثبات کننده را بی اعتبار کند.
• دانش - الگوریتم تضمین می کند که اطلاعات ارائه دهنده صحیح است

در نهایت، ZK-Snarks به گونه‌ای طراحی شده‌اند که ابزارهای بدون مجوز، ایمن و مقیاس‌پذیر برای نشان دادن اثبات دانش بدون اطلاعات گفته شده باشند.

ZK-Starks در اصل همان ZK-snarks هستند. تفاوت اساسی بین این دو این است که ZK-starks برای مقیاس پذیری بیشتر بهینه شده اند و اثبات های بزرگ تری تولید می کنند. ZK-starks به جای مختصر و غیر تعاملی، عبارتند از:

• مقیاس پذیر - ZK-starks برای تأیید سریعتر عبارات بزرگتر طراحی شده است.
• شفاف – سیستم‌های اثبات ZK-stark بر اساس مقادیر تصادفی تولید شده به‌طور عمومی قابل تأیید هستند، برخلاف اینکه توسط الگوریتم‌های خصوصی تأیید می‌شوند.

در حالی که کاربردهای دنیای واقعی فناوری‌های بلاک چین مانند بیت‌کوین و اتریوم آشکار است، ZKProofs تنها اکنون در خط مقدم نوآوری‌های زنجیره‌ای قرار گرفته است. بسیاری از موارد استفاده از ZKP ها هنوز در حال کشف هستند. در اینجا برخی از هیجان انگیزترین ابزارهای واقعی ZKProofs آورده شده است:

در بسیاری از کشورها، این روش معمول است که هر زمان که می‌خواهید وام بگیرید یا ملکی بخرید، صورت‌حساب بانکی و درآمد خود را نشان دهید. با این حال، همه نمی خواهند تمام جزئیات زندگی و هزینه های خود را فاش کنند.

ZKPها به کاربران اجازه می‌دهند بدون افشای کل تاریخچه تراکنش‌های خود به طرف‌های بی‌اهمیت نشان دهند که مدرک کافی مبنی بر وجوه و درآمد دارند.

رویه‌های KYC و سایر ارائه‌دهندگان مجموعه هویت، داده‌های حساس را بر روی سرورهای متمرکز در قالب موجود ذخیره می‌کنند. این می تواند مشکل ساز باشد زیرا نقض امنیتی می تواند منجر به اشتراک گذاری اطلاعات شما بدون رضایت شما شود.

مدارک دانش صفر به شما امکان می دهد به راحتی هویت خود را به صورت آنلاین بدون افشای اطلاعات شخصی خود در معرض دید کسی تأیید کنید. برای مثال، می‌توانید بدون به اشتراک گذاشتن جزئیات پاسپورت خود ثابت کنید که شهروند کشور خود هستید.

یکی از مزایای اصلی استفاده از ارزهای دیجیتال و فناوری بلاک چین، پس گرفتن حریم خصوصی آنلاین شماست. با این حال، اگر آدرس کیف پول شما به هویت شما مرتبط باشد، حفظ این ناشناس بودن ممکن است دشوار باشد.

ZKP ها و بلاک چین های متمرکز بر حریم خصوصی، محافظت از کیف پول و تراکنش های شما را در برابر چشمان کنجکاو آسان تر می کنند. این پروتکل‌ها با ترکیب و محافظت از تراکنش‌ها، ناشناس بودن بیشتری را در هنگام ارسال و دریافت وجوه در زنجیره به کاربران ارائه می‌دهند.

سیستم های اثبات دانش صفر ابزار قدرتمندی هستند. جای تعجب نیست که آنها برای اجرای موثر هزینه های محاسباتی و سخت افزاری بالایی را طلب می کنند. در نتیجه، فعالیت آنها برای ارائه دهندگان هزینه بر است.

علاوه بر این، تأیید و تأیید تراکنش‌های ZKProof در زنجیره بسیار فشرده است و به هزینه گاز بالایی نیاز دارد. خوشبختانه، همانطور که بلاک چین های مقیاس پذیرتر، دوست دارند بهمنو سطح 2 راه حل، این هزینه ها کاهش می یابد.

روایت ZKProof یک جایگاه تثبیت شده و رقابتی در بازار ارزهای دیجیتال است. در اینجا چند نمونه از استارت‌آپ‌های رمزنگاری و پروژه‌های بلاک چین که از شواهد دانش صفر استفاده می‌کنند، آورده شده است.

Zcash یک شبکه بلاک چین است که به کاربران اجازه می‌دهد تا به صورت ناشناس و بدون به اشتراک گذاشتن اطلاعات حساس در مورد تراکنش، ارزهای دیجیتال را به صورت ناشناس ارسال و دریافت کنند. در شبکه‌های دیگری مانند بیت‌کوین و اتریوم، تمام داده‌های تراکنش، مانند آدرس‌ها و ارزش تراکنش، به صورت عمومی قابل تأیید هستند.

به طور پیش فرض، شبکه Zcash از ZKP برای مخفی کردن خودکار این اطلاعات مخفی استفاده می کند و به کاربران آرامش بیشتری می دهد.

Tornado Cash یک توکن میکسر است که به کاربران امکان می دهد نقل و انتقالات بین کیف پول های بدون پیوند را پنهان کنند. با استفاده از فناوری ZKProof، کاربر می‌تواند وجوه خود را از یک کیف پول به برنامه واریز کند، سپس آن وجوه را با استفاده از یک کلید مخفی به یک کیف پول جدید برداشت کند.

پروتکل ساخته شده است در سال 2022، زمانی که بنیانگذار آن، الکسی پرتسف، تیتر خبرها شد، در هلند دستگیر شد. به گفته دادستان ها، تورنادو کش خدمات پولشویی را برای مجرمان تسهیل می کند. علیرغم این ادعا، تورنادو کش یک سرویس غیرمتمرکز بدون مالک یا انگیزه واقعی است.

اثبات‌های غیرتعاملی دانش صفر کارآمد هستند اما به دور از کامل بودن هستند. این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی خود است و تازه واردان باید به توسعه دهندگان کاملاً اعتماد کنند تا یک راه اندازی قابل اعتماد ایجاد کنند و عدم تعادل قدرت را ایجاد کنند.

اثبات‌های دانش صفر یک مورد استفاده مخرب از فناوری بلاک چین است که می‌تواند نحوه اشتراک‌گذاری اطلاعات حساس آنلاین را تغییر دهد. مهم است که از نحوه عملکرد آنها آگاه باشید تا بتوانید به طور موثر از آنها استفاده کنید.

یک سیستم اثبات دانش صفر تعاملی از شرکت‌کنندگان می‌خواهد که مکرراً با یکدیگر درگیر شوند تا از معتبر ماندن اثبات اطمینان حاصل کنند. یک ZKProof غیر تعاملی از رمزنگاری و یک کلید مشترک برای حذف این نیاز استفاده می کند.

ZKProofs پروتکل های فشرده ای هستند که قدرت محاسباتی بالایی را می طلبند. آنها به سخت افزار گران قیمت و هزینه های تراکنش زنجیره ای نیاز دارند تا به طور موثر عمل کنند.

شناخته شده ترین نمونه از ZKProof، تشبیه غار علی بابا است که در این راهنما بیان شده است.