Null kunnskapsbevis: Hvordan ZKproofs fungerer og hvorfor de er viktige

Har du noen gang følt den enorme frustrasjonen over å vite hemmelig informasjon, men ikke kunne "bevise" den uten å dele den? Da kan null-kunnskapsbevis være din ultimate løsning.

Et nullkunnskapsbevis (ZKP eller ZKProof) er et autentiseringssystem som lar to parter bekrefte om en påstand er sann eller ikke uten å avsløre noen informasjon om den.

I dagens verden er det viktigere enn noen gang å beskytte dataene dine og kryptovalutaen din på nettet. ZKP-systemer brukes til å bygge blokkjedebaserte personvernløsninger som beskytter informasjonen din samtidig som du kan bevise at påstandene dine er sanne.

Denne guiden vil avdekke dine brennende spørsmål om ZKProof og avmystifisere dette misforståtte emnet. La oss dykke inn.

Til tross for at de ble popularisert av veksten av krypto- og blokkjedeteknologi, eksisterer de første registreringene av nullkunnskapsbevis som ble brukt som et autentiseringssystem så langt tilbake som i 1985. Informatikk- og maskinlæringseksperter Shafi Goldwasser og Silvio Micali publiserte en MIT-artikkel om ZKPs lenge før Ethereum var en realitet.

Ved hjelp av kryptografi etablerer nullkunnskapsprotokoller tillit og bekrefter faktiske utsagn. Høres enkelt ut, men her er vrien: ZKP-er tillater en «beviser» og en «verifikator» for å sikre at en påstand er sann uten faktisk å dele påstanden. Denne bevisprotokollen gir større cybersikkerhet for brukere som ikke ønsker å avsløre privat informasjon.

For enkelhets skyld, la oss gi et ELI5-eksempel. En ZKP ville tillate meg, en beviser, å vise deg, en verifikator, at jeg vet hvor Waldo er uten å faktisk peke på ham i boken. Jeg kan bevise uttalelsen uten å avsløre noen sensitiv informasjon.

For at en nullkunnskapsprotokoll skal være virkelig effektiv, må algoritmen bevise at en påstand er sann, samtidig som den opprettholder tre enkle krav.

• Fullstendighet – Hvis påstanden gitt av beviseren er sann, vil ZKP alltid returnere det samme "sanne" resultatet. Alt sant kan bevises.
• Statistisk forsvarlighet – Hvis utsagnet fra beviseren er usant, må verifikatoren kunne bekrefte unøyaktigheten. I hovedsak kan ikke en bevisst lyve og lure en ærlig verifikatoren. 
• Nullkunnskap – ZKP må bare avsløre om beviseren forteller sannheten til verifikatoren.

Selv om dette kan virke komplisert i begynnelsen, blir det veldig enkelt å forstå når det settes i verk. Det kanskje mest kjente eksemplet på et null-kunnskapssikkert system er Ali Baba-hulehistorien.

Ali Baba-hulen forteller historien om Bob, beviseren, og Alice, verifikatoren. Se for deg en hule som danner en løkke. Et sted i løkken er en låst dør som kun kan åpnes og passeres med riktig passord. Bob vil bevise for Alice at han kan passordet uten å fortelle Alice hva passordet er.

Alice og Bob lager et pålitelig oppsett for deres nullkunnskapsprotokoll. Hvis Bob virkelig kan passordet, som en privat nøkkel, og kan gå gjennom døren, bør han kunne gå tilbake til Alice ved huleinngangen fra hver side av løkken.

Bob tester teoremet og venter ved den magiske døren på at Alice skal kalle ham tilbake til inngangen fra begge veier. Bob kan returnere via den riktige banen med 100 % nøyaktighet enten hun ringer A eller B.

Vi kan være sikre på at dette er et effektivt interaktivt bevissystem fordi:

• Det er komplett – Bob beviser at han kjenner passordet fordi han kommer tilbake fra den riktige banen med 100 % nøyaktighet
• Det er lyd – Bob kan ikke passere døren uten passordet. Hvis han kommer tilbake fra feil vei, kan Alice bekrefte at han ikke kjenner passordet.
• Bob kan ikke lure Alice til å tro at han vet passordet.
• Nullkunnskap deles – Bob kan bevise at han virkelig kjenner passordet uten å dele hemmelig informasjon.

Akkurat når du trodde du hadde funnet ut av alt, er det litt mer å dissekere. Ali Baba-hulen er ett eksempel på flere forskjellige typer null-kunnskapsbevis. Primært er ZKP-er delt inn i to hovedgrupper: interaktive og ikke-interaktive.

Ali Baba-hulen er et eksempel på en interaktiv ZKP. Det betyr at begge parter må samhandle kontinuerlig med hverandre for å sikre at det pålitelige oppsettet forblir pålitelig.

Dette byr på noen problemer. Interaktive ZKP-er kan være tidkrevende og stole på at begge parter er tilgjengelige. Som et resultat lider denne typen nullkunnskapsbevis av skalerbarhetsproblemer. Heldigvis tilbyr blokkjedeteknologi måter rundt dette, for eksempel ikke-interaktive nullkunnskapsbevis.

I en ikke-interaktiv ZKP har både beviseren og verifikatoren tilgang til en delt offentlig nøkkel. Denne nøkkelen sikrer at bare én runde med kommunikasjon mellom partene kreves for å demonstrere beviserens uttalelse.

Beviseren deler informasjon med en sikker kryptografisk algoritme som bekrefter om utsagnet er sant eller usant. Deretter sendes resultatet til verifikatoren. Verifikatoren kryssreferanser beviserens uttalelse mot en separat algoritme for å sikre nøyaktighet.

På samme måte som smarte blokkjedekontrakter kan strømlinjeforme økonomiske transaksjoner, er ikke-interaktive bevis mer effektive enn interaktive bevis. Når et bevis er opprettet, kan dessuten alle som har tilgang til den delte nøkkelen og algoritmene bruke den til verifiseringsformål.

Selvfølgelig går kaninhullet enda dypere! Under paraplyen av ikke-interaktive nullkunnskapsbevis er enda flere varianter, ZK-Snark og ZK-Stark.

En ZK-Snark er et langdrakt akronym for en bestemt type ZKP. Det står for:

• Nullkunnskap – Som vi allerede vet, kan en bevisst bekrefte sannheten til en uttalelse uten å dele hemmelig informasjon.
• Kortfattet – Bevisene er små og enkle å verifisere, selv om konseptet som bevises er komplisert
• Ikke-interaktiv – Providere og verifikatorer trenger ikke å kommunisere frem og tilbake for at ZKP skal fungere korrekt
• Argument - Beviset er forsvarlig, noe som betyr at en verifikatoren kan avkrefte beviserens uttalelse.
• Kunnskap – Algoritmen sikrer at beviserens informasjon er korrekt

Til syvende og sist er ZK-Snarks designet for å være tillatelsesløse, sikre og skalerbare verktøy for å vise bevis på kunnskap uten nevnte informasjon.

ZK-Starks er i hovedsak det samme som ZK-snarks. Den kritiske forskjellen mellom de to er at ZK-starks er optimalisert for større skalerbarhet og produserer større prøvetrykk. I stedet for å være kortfattet og ikke-interaktiv, er ZK-starks:

• Skalerbar –  ZK-starks er designet for å bekrefte større utsagn raskere.
• Transparent – ​​ZK-stark-sikre systemer er offentlig verifiserbare basert på genererte tilfeldige verdier, i motsetning til å bli verifisert av private algoritmer.

Mens de virkelige anvendelsene av blockchain-teknologier som Bitcoin og Ethereum er åpenbare, kommer ZKProofs først nå i forkant av innovasjon på kjeden. Mange brukstilfeller av ZKP-er blir fortsatt oppdaget. Her er noen av de mest spennende virkelige verktøyene til ZKProofs:

I mange land er det vanlig å vise kontoutskrifter og inntekt når du ønsker å ta opp lån eller kjøpe eiendom. Det er imidlertid ikke alle som ønsker å avsløre alle detaljer i livet og utgiftene.

ZKP-er lar brukere vise at de har tilstrekkelig bevis på midler og inntekt uten å avsløre hele transaksjonshistorikken til ubekymrede parter.

KYC-prosedyrer og andre leverandører av identitetsinnsamling lagrer sensitive data på sentraliserte servere i deres eksisterende format. Dette kan være problematisk fordi et sikkerhetsbrudd kan føre til at informasjonen din blir delt uten ditt samtykke.

Nullkunnskapsbevis lar deg enkelt verifisere identiteten din på nettet uten å eksponere din personlige informasjon for noen. Du kan for eksempel bevise at du er statsborger i landet ditt uten å dele noen av passopplysningene dine.

En av hovedfordelene med å bruke kryptovaluta og blokkjedeteknologi er å ta tilbake personvernet ditt på nettet. Men hvis lommebokadressen din er knyttet til identiteten din, kan det være vanskelig å opprettholde denne anonymiteten.

ZKP-er og personvernfokuserte blokkjeder gjør det enklere å beskytte lommeboken og transaksjonene dine mot nysgjerrige øyne. Ved å blande og skjerme transaksjoner gir disse protokollene brukere større anonymitet når de sender og mottar midler på kjeden.

Nullkunnskapssikre systemer er kraftige verktøy. Ikke overraskende krever de høye beregnings- og maskinvarekostnader for å fungere effektivt. Som et resultat kan de være kostbare for leverandører å drive.

I tillegg er bekreftelse og verifisering av ZKProof-transaksjoner på kjeden intensiv og krever en høy gassavgift. Heldigvis, som mer skalerbare blokkjeder, liker Snøskred, og Layer-2-løsninger, vil disse avgiftene reduseres.

ZKProof-narrativet er en etablert og konkurransedyktig nisje i kryptomarkedet. Her er noen eksempler på krypto-oppstart og blokkjedeprosjekter som bruker null-kunnskapsbevis.

Zcash er et blokkjedenettverk som lar brukere umiddelbart sende og motta kryptovaluta anonymt uten å dele sensitiv informasjon om transaksjonen. På andre nettverk som Bitcoin og Ethereum er all transaksjonsdata, som adressene og transaksjonens verdi, offentlig verifiserbare.

Som standard bruker Zcash-nettverket ZKP-er for å skjule denne hemmelige informasjonen automatisk og gi brukerne større trygghet.

Tornado Cash er en token-mikser som lar brukere "skjule" overføringer mellom ukoblede lommebøker. Ved å utnytte ZKProof-teknologien kan brukeren sette inn penger i appen fra én lommebok, og deretter trekke disse midlene til en ny lommebok ved hjelp av en hemmelig nøkkel.

Protokollen laget overskrifter i 2022 da grunnleggeren, Alexey Pertsev, ble arrestert i Nederland. Ifølge påtalemyndigheten legger Tornado Cash til rette for hvitvaskingstjenester for kriminelle. Til tross for denne påstanden er Tornado Cash en desentralisert tjeneste uten ekte eier eller motivasjon.

Ikke-interaktive nullkunnskapsbevis er effektive, men langt fra perfekte. Denne teknologien er fortsatt i sin spede begynnelse, og nykommere må stole fullstendig på utviklere for å skape et pålitelig oppsett, og skape en maktubalanse.

Nullkunnskapsbevis er et forstyrrende brukstilfelle av blokkjedeteknologi som kan endre hvordan vi deler sensitiv informasjon på nettet. Det er viktig å være klar over hvordan de fungerer slik at du kan bruke dem effektivt.

Et interaktivt bevissystem med null kunnskap krever at deltakerne ofte kommuniserer med hverandre for å sikre at beviset forblir gyldig. En ikke-interaktiv ZKProof bruker kryptografi og en delt nøkkel for å fjerne dette kravet.

ZKProofs er intensive protokoller som krever høy beregningskraft. De krever dyr maskinvare og transaksjonskostnader i kjeden for å fungere effektivt.

Det mest kjente eksemplet på en ZKProof er Ali Baba-huleanalogien som er skissert i denne veiledningen.