Zero Knowledge Proof: come funzionano ZKproofs e perché sono importanti

Hai mai provato l'immensa frustrazione di conoscere informazioni segrete ma non essere in grado di "provarle" senza condividerle? Quindi le prove a conoscenza zero potrebbero essere la tua soluzione definitiva.

Una prova a conoscenza zero (ZKP o ZKProof) è un sistema di autenticazione che consente a due parti di confermare se un'affermazione è vera o meno senza rivelare alcuna informazione al riguardo.

Nel mondo di oggi, proteggere i tuoi dati e la tua criptovaluta online è più importante che mai. I sistemi ZKP vengono utilizzati per creare soluzioni per la privacy basate su blockchain che salvaguardano le tue informazioni mentre ti consentono di dimostrare che le tue affermazioni sono vere.

Questa guida svelerà le tue domande scottanti su ZKProof e smisterà questo argomento frainteso. Immergiamoci.

Nonostante sia stato reso popolare dalla crescita della tecnologia crypto e blockchain, i primi record di zero-knowledge proof utilizzati come sistema di autenticazione risalgono al 1985. Gli esperti di informatica e machine learning Shafi Goldwasser e Silvio Micali hanno pubblicato un articolo del MIT sulle ZKP molto prima Ethereum era una realtà.

Utilizzando la crittografia, i protocolli a conoscenza zero stabiliscono fiducia e confermano affermazioni fattuali. Sembra semplice, ma ecco il colpo di scena: le ZKP consentono a un "prover" e a un "verificatore" di garantire che un'affermazione sia vera senza condividerla effettivamente. Questo protocollo di prova offre una maggiore sicurezza informatica per gli utenti che non vogliono rivelare informazioni private.

Per semplicità, facciamo un esempio ELI5. Uno ZKP permetterebbe a me, un dimostratore, di mostrare a te, un verificatore, che so dove si trova Waldo senza indicarlo effettivamente nel libro. Posso provare l'affermazione senza rivelare informazioni sensibili.

Affinché un protocollo a conoscenza zero sia veramente efficace, l'algoritmo deve dimostrare che un'affermazione è vera pur mantenendo tre semplici requisiti.

• Completezza - Se l'affermazione fornita dal prover è vera, lo ZKP restituirà sempre lo stesso risultato "vero". Tutto vero può essere dimostrato.
• Correttezza statistica – Se l'affermazione fornita dal dimostratore non è vera, il verificatore deve essere in grado di confermarne l'inesattezza. In sostanza, un dimostratore non può mentire e ingannare un verificatore onesto. 
• Zero-Knowledge - Lo ZKP deve solo rivelare se il dimostratore sta dicendo la verità al verificatore.

Sebbene all'inizio possa sembrare complicato, diventa molto semplice da capire quando viene messo in pratica. Forse l'esempio più famoso di un sistema a prova di conoscenza zero è la storia della grotta di Ali Baba.

La grotta di Ali Baba racconta la storia di Bob, lo sperimentatore, e Alice, la verificatrice. Immagina una grotta che forma un anello. Da qualche parte nel loop c'è una porta chiusa che può essere aperta e attraversata solo con una password corretta. Bob vuole dimostrare ad Alice che conosce la password senza effettivamente dire ad Alice qual è la password.

Alice e Bob creano una configurazione affidabile per il loro protocollo a conoscenza zero. Se Bob conosce veramente la password, come una chiave privata, e può passare attraverso la porta, dovrebbe essere in grado di tornare da Alice all'ingresso della caverna da entrambi i lati del loop.

Testando il teorema, Bob aspetta vicino alla porta magica che Alice lo richiami all'ingresso da entrambi i percorsi. Bob può tornare attraverso il percorso corretto con una precisione del 100%, sia che chiami A o B.

Possiamo essere certi che si tratta di un sistema di prova interattivo efficace perché:

• È completo: Bob dimostra di conoscere la password perché ritorna dal percorso corretto con una precisione del 100%.
• È giusto: Bob non può oltrepassare la porta senza la password. Se ritorna dalla strada sbagliata, Alice può verificare che non conosce la password.
• Bob non può ingannare Alice facendogli credere di conoscere la password.
• La conoscenza zero è condivisa: Bob può dimostrare di conoscere veramente la password senza condividere alcuna informazione segreta.

Proprio quando pensavi di aver capito tutto, c'è qualcos'altro da analizzare. La grotta di Ali Baba è un esempio di diversi tipi di prove a conoscenza zero. Principalmente, le ZKP sono divise in due gruppi principali: interattive e non interattive.

La grotta di Ali Baba è un esempio di ZKP interattivo. Ciò significa che entrambe le parti devono interagire continuamente tra loro per garantire che la configurazione attendibile rimanga affidabile.

Questo pone alcuni problemi. Le ZKP interattive possono richiedere molto tempo e fare affidamento sulla disponibilità di entrambe le parti. Di conseguenza, questo tipo di prova a conoscenza zero soffre di problemi di scalabilità. Fortunatamente, la tecnologia blockchain offre modi per aggirare questo problema, come prove a conoscenza zero non interattive.

In una ZKP non interattiva, sia il prover che il verificatore hanno accesso a una chiave pubblica condivisa. Questa chiave garantisce che sia necessario un solo giro di comunicazione tra le parti per dimostrare la dichiarazione del prover.

Il prover condivide le informazioni con un algoritmo crittografico sicuro che conferma se l'affermazione è vera o falsa. Quindi, il risultato viene passato al verificatore. Il verificatore incrocia la dichiarazione del prover con un algoritmo separato per garantire l'accuratezza.

Allo stesso modo in cui i contratti intelligenti blockchain possono semplificare le transazioni finanziarie, le prove non interattive sono più efficienti delle prove interattive. Inoltre, una volta creata una prova, chiunque abbia accesso alla chiave condivisa e agli algoritmi può utilizzarla a scopo di verifica.

Certo, la tana del coniglio va ancora più in profondità! Sotto l'ombrello delle prove a conoscenza zero non interattive ci sono ancora più varietà, ZK-Snark e ZK-Stark.

A ZK-Snark è un acronimo prolisso per un particolare tipo di ZKP. Sta per:

• Zero-Knowledge – Come già sappiamo, un dimostratore può confermare la verità di un'affermazione senza condividere informazioni segrete.
• Succinto: le prove sono piccole e facili da verificare, anche se il concetto da dimostrare è complicato
• Non interattivo: provatori e verificatori non hanno bisogno di comunicare avanti e indietro affinché lo ZKP funzioni correttamente
• Argomento - La prova è valida, il che significa che un verificatore può sfatare l'affermazione del dimostratore.
• Conoscenza: l'algoritmo assicura che le informazioni del prover siano corrette

In definitiva, ZK-Snarks sono progettati per essere strumenti senza autorizzazione, sicuri e scalabili per mostrare la prova della conoscenza senza tali informazioni.

Gli ZK-Stark sono essenzialmente gli stessi degli ZK-Snark. La differenza fondamentale tra i due è che gli ZK-stark sono ottimizzati per una maggiore scalabilità e producono prove più grandi. Invece di essere succinti e non interattivi, gli ZK-stark sono:

• Scalabile: gli ZK-stark sono progettati per verificare dichiarazioni più grandi più velocemente.
• Trasparente: i sistemi ZK-stark proof sono verificabili pubblicamente sulla base di valori casuali generati, invece di essere verificati da algoritmi privati.

Mentre le applicazioni nel mondo reale delle tecnologie blockchain come Bitcoin ed Ethereum sono ovvie, ZKProofs sta arrivando solo ora alla ribalta dell'innovazione on-chain. Molti casi d'uso di ZKP sono ancora in fase di scoperta. Ecco alcune delle più entusiasmanti utilità reali di ZKProofs:

In molti paesi, è pratica comune mostrare i propri estratti conto bancari e le entrate ogni volta che si desidera contrarre un prestito o acquistare un immobile. Tuttavia, non tutti vogliono rivelare ogni dettaglio della loro vita e delle loro spese.

Le ZKP consentono agli utenti di dimostrare di avere una prova sufficiente di fondi e entrate senza rivelare l'intera cronologia delle transazioni a parti indifferenti.

Le procedure KYC e altri fornitori di raccolta di identità memorizzano i dati sensibili su server centralizzati nel loro formato esistente. Questo può essere problematico perché una violazione della sicurezza potrebbe comportare la condivisione delle tue informazioni senza il tuo consenso.

Le prove a conoscenza zero ti consentono di verificare facilmente la tua identità online senza esporre le tue informazioni personali a nessuno. Ad esempio, puoi dimostrare di essere un cittadino del tuo paese senza condividere i dettagli del tuo passaporto.

Uno dei principali vantaggi dell'utilizzo della criptovaluta e della tecnologia blockchain è riprendersi la privacy online. Tuttavia, se l'indirizzo del tuo portafoglio è collegato alla tua identità, può essere difficile mantenere questo anonimato.

Le ZKP e le blockchain incentrate sulla privacy rendono più facile proteggere il portafoglio e le transazioni da occhi indiscreti. Mescolando e proteggendo le transazioni, questi protocolli offrono agli utenti un maggiore anonimato durante l'invio e la ricezione di fondi on-chain.

I sistemi a prova di conoscenza zero sono strumenti potenti. Non sorprende che richiedano costi computazionali e hardware elevati per funzionare in modo efficace. Di conseguenza, il loro funzionamento può essere costoso per i provider.

Inoltre, la conferma e la verifica delle transazioni ZKProof on-chain è impegnativa e richiede un'elevata tariffa gas. Fortunatamente, come blockchain più scalabili, come Avalanchee le soluzioni di livello 2 emergono, queste tariffe si ridurranno.

La narrativa di ZKProof è una nicchia consolidata e competitiva nel mercato delle criptovalute. Ecco alcuni esempi di startup crittografiche e progetti blockchain che utilizzano prove a conoscenza zero.

Zcash è una rete blockchain che consente agli utenti di inviare e ricevere istantaneamente criptovaluta in modo anonimo senza condividere informazioni sensibili sulla transazione. Su altre reti come Bitcoin ed Ethereum, tutti i dati delle transazioni, come gli indirizzi e il valore della transazione, sono verificabili pubblicamente.

Per impostazione predefinita, la rete Zcash utilizza ZKP per nascondere automaticamente queste informazioni segrete e offrire agli utenti una maggiore tranquillità.

Tornado Cash è un mixer di token che consente agli utenti di "nascondere" i trasferimenti tra portafogli non collegati. Sfruttando la tecnologia ZKProof, l'utente può depositare fondi nell'app da un portafoglio, quindi prelevare tali fondi su un nuovo portafoglio utilizzando una chiave segreta.

Il protocollo fatto titoli nel 2022 quando il suo fondatore, Alexey Pertsev, è stato arrestato nei Paesi Bassi. Secondo i pubblici ministeri, Tornado Cash facilita i servizi di riciclaggio di denaro per i criminali. Nonostante questa affermazione, Tornado Cash è un servizio decentralizzato senza un vero proprietario o motivazione.

Le prove a conoscenza zero non interattive sono efficienti ma tutt'altro che perfette. Questa tecnologia è ancora agli inizi e i nuovi arrivati ​​devono fidarsi completamente degli sviluppatori per creare una configurazione affidabile, creando uno squilibrio di potere.

Le prove a conoscenza zero sono un caso d'uso dirompente della tecnologia blockchain che può cambiare il modo in cui condividiamo informazioni sensibili online. È importante essere consapevoli di come funzionano in modo da poterli utilizzare in modo efficace.

Un sistema interattivo di prova a conoscenza zero richiede ai partecipanti di interagire frequentemente tra loro per garantire che la prova rimanga valida. Uno ZKProof non interattivo utilizza la crittografia e una chiave condivisa per rimuovere questo requisito.

Gli ZKProof sono protocolli intensivi che richiedono un'elevata potenza di calcolo. Richiedono hardware costoso e costi di transazione on-chain per funzionare in modo efficace.

L'esempio più noto di ZKProof è l'analogia della grotta di Ali Baba delineata in questa guida.