Noll kunskapsbevis: Hur ZKproofs fungerar och varför de är viktiga

Har du någonsin känt den enorma frustrationen av att veta hemlig information men inte kunna "bevisa" den utan att dela den? Då kan nollkunskapsbevis vara din ultimata lösning.

Ett noll-kunskapsbevis (ZKP eller ZKProof) är ett autentiseringssystem som tillåter två parter att bekräfta om ett påstående är sant eller inte utan att avslöja någon information om det.

I dagens värld är det viktigare än någonsin att skydda din data och din kryptovaluta online. ZKP-system används för att bygga blockchain-baserade sekretesslösningar som skyddar din information samtidigt som du kan bevisa att dina påståenden är sanna.

Den här guiden kommer att avslöja dina brännande frågor om ZKProof och avmystifiera detta missförstådda ämne. Låt oss dyka in.

Trots att de populariserades av tillväxten av krypto- och blockkedjeteknologi, finns de första uppgifterna om nollkunskapsbevis som används som ett autentiseringssystem så långt tillbaka som 1985. Datavetenskap och maskininlärningsexperter Shafi Goldwasser och Silvio Micali publicerade en MIT-uppsats om ZKPs. långt före Ethereum var verklighet.

Genom att använda kryptografi skapar nollkunskapsprotokoll förtroende och bekräftar faktapåståenden. Låter enkelt, men här är twisten: ZKP:er tillåter en "bevisare" och en "verifierare" för att säkerställa att ett påstående är sant utan att faktiskt dela påståendet. Detta bevisprotokoll erbjuder större cybersäkerhet för användare som inte vill avslöja privat information.

För enkelhetens skull, låt oss ge ett ELI5-exempel. En ZKP skulle tillåta mig, en bevisare, att visa dig, en verifierare, att jag vet var Waldo är utan att egentligen peka på honom i boken. Jag kan bevisa påståendet utan att avslöja någon känslig information.

För att ett nollkunskapsprotokoll ska vara verkligt effektivt måste algoritmen bevisa att ett påstående är sant samtidigt som tre enkla krav bibehålls.

• Fullständighet – Om påståendet från provaren är sant, kommer ZKP alltid att returnera samma "sanna" resultat. Allt sant kan bevisas.
• Statistisk sundhet – Om påståendet från provaren är osant, måste verifieraren kunna bekräfta dess felaktighet. I grund och botten kan en bevisare inte ljuga och lura en ärlig verifierare. 
• Noll-kunskap – ZKP måste bara avslöja om provaren talar sanning för verifieraren.

Även om detta kan verka komplicerat till en början, blir det väldigt enkelt att förstå när det omsätts i praktiken. Det kanske mest kända exemplet på ett noll-kunskapssäkert system är Ali Babas grotthistoria.

Ali Baba-grottan berättar historien om Bob, bevisaren, och Alice, verifieraren. Föreställ dig en grotta som bildar en slinga. Någonstans i slingan finns en låst dörr som bara kan öppnas och passeras med ett korrekt lösenord. Bob vill bevisa för Alice att han kan lösenordet utan att egentligen berätta för Alice vad lösenordet är.

Alice och Bob skapar en pålitlig installation för sitt nollkunskapsprotokoll. Om Bob verkligen känner till lösenordet, som en privat nyckel, och kan passera genom dörren, borde han kunna återvända till Alice vid grottan från båda sidor om slingan.

Bob testar teoremet och väntar vid den magiska dörren på att Alice ska kalla tillbaka honom till ingången från båda vägarna. Bob kan återvända via rätt väg med 100 % noggrannhet oavsett om hon anropar A eller B.

Vi kan vara säkra på att detta är ett effektivt interaktivt bevissystem eftersom:

• Det är komplett – Bob bevisar att han kan lösenordet eftersom han återvänder från rätt väg med 100 % noggrannhet
• Det är ljud – Bob kan inte passera dörren utan lösenordet. Om han återvänder från fel väg kan Alice verifiera att han inte känner till lösenordet.
• Bob kan inte lura Alice att tro att han kan lösenordet.
• Noll-kunskap delas – Bob kan bevisa att han verkligen känner till lösenordet utan att dela någon hemlig information.

Precis när du trodde att du hade räknat ut allt, finns det lite mer att dissekera. Ali Baba-grottan är ett exempel på flera olika typer av nollkunskapsbevis. Primärt är ZKP:er indelade i två huvudgrupper: interaktiva och icke-interaktiva.

Ali Baba-grottan är ett exempel på en interaktiv ZKP. Det betyder att båda parter måste interagera kontinuerligt med varandra för att säkerställa att den pålitliga installationen förblir tillförlitlig.

Detta ställer till vissa problem. Interaktiva ZKP:er kan vara tidskrävande och förlita sig på att båda parter är tillgängliga. Som ett resultat lider denna typ av nollkunskapsbevis av skalbarhetsproblem. Lyckligtvis erbjuder blockchain-teknik sätt att komma runt detta, såsom icke-interaktiva nollkunskapsbevis.

I en icke-interaktiv ZKP har både provaren och verifieraren tillgång till en delad offentlig nyckel. Den här nyckeln säkerställer att endast en kommunikationsrunda mellan parterna krävs för att visa provarens uttalande.

Bevisaren delar information med en säker kryptografisk algoritm som bekräftar om påståendet är sant eller falskt. Sedan skickas resultatet till verifieraren. Verifieraren korsrefererar provarens uttalande mot en separat algoritm för att säkerställa noggrannhet.

På samma sätt som smarta blockchain-kontrakt kan effektivisera finansiella transaktioner, är icke-interaktiva bevis mer effektiva än interaktiva bevis. Dessutom, när ett bevis har skapats kan alla som har tillgång till den delade nyckeln och algoritmerna använda den för verifieringsändamål.

Självklart går kaninhålet ännu djupare! Under paraplyet av icke-interaktiva nollkunskapsbevis finns ännu fler varianter, ZK-Snark och ZK-Stark.

En ZK-Snark är en långrandig akronym för en viss typ av ZKP. Det står för:

• Noll-kunskap – Som vi redan vet kan en bevisare bekräfta sanningen i ett uttalande utan att dela hemlig information.
• Kortfattat – Bevisen är små och lätta att verifiera, även om konceptet som bevisas är komplicerat
• Icke-interaktiv – Providers och verifierare behöver inte kommunicera fram och tillbaka för att ZKP ska fungera korrekt
• Argument – ​​Beviset är bra, vilket innebär att en verifierare kan avfärda bevisarens uttalande.
• Kunskap – Algoritmen säkerställer att provarens information är korrekt

Ytterst är ZK-Snarks designade för att vara behöriga, säkra och skalbara verktyg för att visa bevis på kunskap utan nämnda information.

ZK-Starks är i huvudsak samma som ZK-snarks. Den kritiska skillnaden mellan de två är att ZK-starks är optimerade för större skalbarhet och producerar större provtryck. Istället för att vara kortfattade och icke-interaktiva är ZK-starks:

• Skalbar – ZK-starks är designade för att verifiera större uttalanden snabbare.
• Transparent – ​​ZK-stark proof system är offentligt verifierbara baserat på genererade slumpmässiga värden, i motsats till att verifieras av privata algoritmer.

Medan de verkliga tillämpningarna av blockchain-teknologier som Bitcoin och Ethereum är uppenbara, kommer ZKProofs först nu i framkant av on-chain innovation. Många användningsfall av ZKPs upptäcks fortfarande. Här är några av de mest spännande verkliga verktygen i ZKProofs:

I många länder är det vanligt att visa dina kontoutdrag och inkomster när du vill ta ett lån eller köpa fastigheter. Det är dock inte alla som vill avslöja varje detalj av sitt liv och sina utgifter.

ZKPs tillåter användare att visa att de har tillräckliga bevis på pengar och inkomst utan att avslöja hela sin transaktionshistorik för obekymrade parter.

KYC-procedurer och andra leverantörer av identitetsinsamling lagrar känslig data på centraliserade servrar i deras befintliga format. Detta kan vara problematiskt eftersom ett säkerhetsintrång kan leda till att din information delas utan ditt samtycke.

Noll-kunskapsbevis låter dig enkelt verifiera din identitet online utan att exponera din personliga information för någon. Du kan till exempel bevisa att du är medborgare i ditt land utan att dela några av dina passuppgifter.

En av de främsta fördelarna med att använda kryptovaluta och blockchain-teknik är att ta tillbaka din integritet online. Men om din plånboksadress är kopplad till din identitet kan det vara svårt att upprätthålla denna anonymitet.

ZKPs och integritetsfokuserade blockkedjor gör det lättare att skydda din plånbok och transaktioner från nyfikna ögon. Genom att blanda och skydda transaktioner erbjuder dessa protokoll användarna större anonymitet när de skickar och tar emot pengar i kedjan.

Noll-kunskapssäkra system är kraftfulla verktyg. Föga överraskande kräver de höga beräknings- och hårdvarukostnader för att fungera effektivt. Som ett resultat kan de bli kostsamma för leverantörer att driva.

Dessutom är det intensivt att bekräfta och verifiera ZKProof-transaktioner i kedjan och kräver en hög gasavgift. Lyckligtvis, som mer skalbara blockkedjor, som Lavin, och Layer-2-lösningar kommer dessa avgifter att minska.

ZKProof-berättelsen är en etablerad och konkurrenskraftig nisch på kryptomarknaden. Här är några exempel på kryptostartuper och blockchain-projekt som använder nollkunskapsbevis.

Zcash är ett blockchain-nätverk som tillåter användare att omedelbart skicka och ta emot kryptovaluta anonymt utan att dela känslig information om transaktionen. På andra nätverk som Bitcoin och Ethereum är all transaktionsdata, såsom adresserna och transaktionens värde, offentligt verifierbara.

Som standard använder Zcash-nätverket ZKP:er för att dölja denna hemliga information automatiskt och ge användarna större sinnesfrid.

Tornado Cash är en tokenmixer som tillåter användare att "gömma" överföringar mellan olänkade plånböcker. Genom att utnyttja ZKProof-tekniken kan användaren sätta in pengar i appen från en plånbok och sedan ta ut pengarna till en ny plånbok med en hemlig nyckel.

Protokollet som gjorts rubriker 2022 när dess grundare, Alexey Pertsev, arresterades i Nederländerna. Enligt åklagare underlättar Tornado Cash penningtvättstjänster för kriminella. Trots detta påstående är Tornado Cash en decentraliserad tjänst utan någon riktig ägare eller motivation.

Icke-interaktiva nollkunskapsbevis är effektiva men långt ifrån perfekta. Den här tekniken är fortfarande i sin linda och nykomlingar måste lita på utvecklare helt och hållet för att skapa en pålitlig installation, vilket skapar en maktobalans.

Noll-kunskapsbevis är ett störande användningsfall av blockchain-teknik som kan förändra hur vi delar känslig information online. Det är viktigt att vara medveten om hur de fungerar så att du kan använda dem effektivt.

Ett interaktivt system för nollkunskapsbevis kräver att deltagarna ofta interagerar med varandra för att säkerställa att beviset förblir giltigt. En icke-interaktiv ZKProof använder kryptografi och en delad nyckel för att ta bort detta krav.

ZKProofs är intensiva protokoll som kräver hög beräkningskraft. De kräver dyr hårdvara och transaktionskostnader i kedjan för att fungera effektivt.

Det mest välkända exemplet på en ZKProof är Ali Baba-grottans analogi som beskrivs i den här guiden.