Zero Knowledge Proof: ZKproofs ทำงานอย่างไรและเหตุใดจึงสำคัญ

คุณเคยรู้สึกหงุดหงิดอย่างมากที่รู้ข้อมูลลับแต่ไม่สามารถ 'พิสูจน์' ได้โดยไม่เปิดเผยข้อมูลหรือไม่? การพิสูจน์โดยไม่มีความรู้อาจเป็นทางออกที่ดีที่สุดของคุณ

Zero-knowledge Proof (ZKP หรือ ZKProof) คือระบบพิสูจน์ตัวตนที่อนุญาตให้สองฝ่ายยืนยันว่าข้อความนั้นเป็นความจริงหรือไม่โดยไม่ต้องเปิดเผยข้อมูลใดๆ

ในโลกปัจจุบัน การปกป้องข้อมูลและสกุลเงินดิจิทัลของคุณทางออนไลน์มีความสำคัญยิ่งกว่าที่เคย ระบบ ZKP ถูกใช้เพื่อสร้างโซลูชั่นความเป็นส่วนตัวบนบล็อกเชนที่ปกป้องข้อมูลของคุณในขณะที่ให้คุณพิสูจน์ได้ว่าข้อความของคุณเป็นความจริง

คู่มือนี้จะเปิดเผยคำถามที่ร้อนแรงของคุณเกี่ยวกับ ZKProof และทำให้เข้าใจหัวข้อที่เข้าใจผิดนี้มากขึ้น มาดำน้ำกันเถอะ

แม้จะได้รับความนิยมจากการเติบโตของเทคโนโลยี crypto และ blockchain บันทึกแรกของการพิสูจน์ความรู้แบบไม่มีศูนย์ที่ใช้เป็นระบบการตรวจสอบสิทธิ์นั้นมีอยู่ย้อนหลังไปถึงปี 1985 ผู้เชี่ยวชาญด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์และการเรียนรู้ของเครื่อง Shafi Goldwasser และ Silvio Micali ตีพิมพ์บทความของ MIT เกี่ยวกับ ZKP นานมาแล้ว Ethereum เป็นความจริง

การใช้การเข้ารหัส โปรโตคอลที่ไม่มีความรู้สร้างความไว้วางใจและยืนยันข้อความข้อเท็จจริง ฟังดูง่าย แต่นี่คือสิ่งที่บิดเบี้ยว: ZKP อนุญาตให้ 'ผู้พิสูจน์' และ 'ผู้ตรวจสอบ' เพื่อให้แน่ใจว่าข้อความนั้นเป็นจริงโดยไม่ต้องเปิดเผยข้อความจริง โปรโตคอลการพิสูจน์นี้มีความปลอดภัยทางไซเบอร์ที่มากขึ้นสำหรับผู้ใช้ที่ไม่ต้องการเปิดเผยข้อมูลส่วนตัว

เพื่อความง่าย ขอยกตัวอย่าง ELI5 ZKP จะให้ฉันซึ่งเป็นนักพิสูจน์หลักฐาน แสดงให้คุณเห็น ซึ่งเป็นผู้ตรวจสอบ ว่าฉันรู้ว่า Waldo อยู่ที่ไหน โดยไม่ต้องชี้ไปที่เขาในหนังสือ ฉันสามารถพิสูจน์ข้อความโดยไม่ต้องเปิดเผยข้อมูลที่ละเอียดอ่อนใดๆ

เพื่อให้โปรโตคอลที่ไม่มีความรู้มีประสิทธิภาพอย่างแท้จริง อัลกอริทึมจะต้องพิสูจน์ว่าข้อความนั้นเป็นจริงโดยที่ยังคงรักษาข้อกำหนดง่ายๆ สามประการเอาไว้

• ความครบถ้วนสมบูรณ์ – หากข้อความที่ระบุโดยผู้พิสูจน์เป็นจริง ZKP จะส่งกลับผลลัพธ์ที่ 'จริง' เหมือนเดิมเสมอ ความจริงทุกอย่างสามารถพิสูจน์ได้
• ความสมเหตุสมผลทางสถิติ – หากคำชี้แจงของผู้พิสูจน์ไม่เป็นความจริง ผู้ตรวจสอบจะต้องสามารถยืนยันความไม่ถูกต้องได้ โดยพื้นฐานแล้ว ผู้พิสูจน์ไม่สามารถโกหกและหลอกลวงผู้ตรวจสอบที่ซื่อสัตย์ได้ 
• Zero-Knowledge – ZKP จะต้องเปิดเผยว่าผู้พิสูจน์กำลังบอกความจริงแก่ผู้ตรวจสอบเท่านั้นหรือไม่

แม้ว่าสิ่งนี้อาจดูซับซ้อนในตอนแรก แต่มันจะง่ายมากที่จะเข้าใจเมื่อนำไปใช้จริง บางทีตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดของระบบพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์คือเรื่องราวของถ้ำอาลีบาบา

ถ้ำอาลีบาบาบอกเล่าเรื่องราวของบ็อบ ผู้พิสูจน์ และอลิซ ผู้ตรวจสอบ ลองนึกภาพถ้ำที่วนเป็นวง บางแห่งในวงเป็นประตูล็อคที่สามารถเปิดและผ่านได้ด้วยรหัสผ่านที่ถูกต้องเท่านั้น บ็อบต้องการพิสูจน์ให้อลิซรู้ว่าเขารู้รหัสผ่านโดยไม่ได้บอกอลิซว่ารหัสผ่านคืออะไร

อลิซและบ็อบสร้างการตั้งค่าที่เชื่อถือได้สำหรับโปรโตคอลที่ไม่มีความรู้ ถ้าบ็อบรู้รหัสผ่านจริงๆ เช่นเดียวกับกุญแจส่วนตัว และสามารถผ่านประตูได้ เขาควรจะสามารถกลับไปหาอลิซที่ทางเข้าถ้ำได้จากทั้งสองด้านของลูป

ในการทดสอบทฤษฎีบท บ็อบรอที่ประตูวิเศษเพื่อให้อลิซเรียกเขากลับไปที่ทางเข้าจากทั้งสองทาง บ๊อบสามารถกลับมาในเส้นทางที่ถูกต้องด้วยความแม่นยำ 100% ไม่ว่าเธอจะเรียก A หรือ B

เรามั่นใจได้ว่านี่คือระบบพิสูจน์การโต้ตอบที่มีประสิทธิภาพเพราะ:

• เสร็จสมบูรณ์ – Bob พิสูจน์ว่าเขารู้รหัสผ่านเพราะเขากลับจากเส้นทางที่ถูกต้องด้วยความแม่นยำ 100%
• ฟังดูดี – Bob ไม่สามารถผ่านประตูได้หากไม่มีรหัสผ่าน หากเขากลับมาจากเส้นทางที่ไม่ถูกต้อง อลิซสามารถตรวจสอบได้ว่าเขาไม่รู้รหัสผ่าน
• บ็อบไม่สามารถหลอกให้อลิซคิดว่าเขารู้รหัสผ่าน
• ไม่มีการแบ่งปันความรู้เป็นศูนย์ – Bob สามารถพิสูจน์ได้ว่าเขารู้รหัสผ่านจริง ๆ โดยไม่ต้องเปิดเผยข้อมูลลับใด ๆ

เมื่อคุณคิดว่าคุณคิดออกหมดแล้ว ยังมีอีกเล็กน้อยที่ต้องวิเคราะห์ ถ้ำอาลีบาบาเป็นตัวอย่างหนึ่งของการพิสูจน์ความรู้ที่ไม่มีความรู้ประเภทต่างๆ หลายประเภท โดยพื้นฐานแล้ว ZKP แบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก: แบบโต้ตอบและไม่โต้ตอบ

ถ้ำอาลีบาบาเป็นตัวอย่างของ ZKP แบบโต้ตอบ ซึ่งหมายความว่าทั้งสองฝ่ายจำเป็นต้องโต้ตอบกันอย่างต่อเนื่องเพื่อให้แน่ใจว่าการตั้งค่าที่เชื่อถือได้ยังคงเชื่อถือได้

สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาบางอย่าง ZKP แบบโต้ตอบอาจใช้เวลานานและขึ้นอยู่กับความพร้อมของทั้งสองฝ่าย ด้วยเหตุนี้ การพิสูจน์ความรู้แบบไม่มีศูนย์ประเภทนี้จึงประสบปัญหาด้านความสามารถในการปรับขนาด โชคดีที่เทคโนโลยีบล็อกเชนมีวิธีแก้ไขปัญหานี้ เช่น การพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์แบบไม่โต้ตอบ

ใน ZKP ที่ไม่มีการโต้ตอบ ทั้งผู้พิสูจน์และผู้ตรวจสอบมีสิทธิ์เข้าถึงรหัสสาธารณะที่ใช้ร่วมกัน คีย์นี้ช่วยให้แน่ใจว่าต้องมีการสื่อสารเพียงรอบเดียวระหว่างฝ่ายต่างๆ เพื่อแสดงคำให้การของผู้พิสูจน์

ผู้พิสูจน์แบ่งปันข้อมูลด้วยอัลกอริธึมการเข้ารหัสที่ปลอดภัยซึ่งยืนยันว่าข้อความนั้นเป็นจริงหรือเท็จ จากนั้นผลลัพธ์จะถูกส่งไปยังผู้ตรวจสอบ ผู้ตรวจสอบจะอ้างอิงข้ามคำกล่าวของผู้พิสูจน์กับอัลกอริทึมที่แยกต่างหากเพื่อให้มั่นใจถึงความถูกต้อง

ในลักษณะเดียวกับที่สัญญาอัจฉริยะของบล็อคเชนสามารถปรับปรุงการทำธุรกรรมทางการเงิน การพิสูจน์แบบไม่โต้ตอบจะมีประสิทธิภาพมากกว่าการพิสูจน์แบบโต้ตอบ ยิ่งกว่านั้น เมื่อสร้างการพิสูจน์แล้ว ทุกคนที่มีสิทธิ์เข้าถึงคีย์ที่ใช้ร่วมกันและอัลกอริทึมสามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการตรวจสอบได้

แน่นอน โพรงกระต่ายยิ่งลึกเข้าไปอีก! ภายใต้ร่มของการพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์ที่ไม่มีการโต้ตอบ ยังมีอีกหลากหลาย ZK-Snark และ ZK-Stark

ZK-Snark เป็นตัวย่อที่ยืดยาวสำหรับ ZKP ประเภทใดประเภทหนึ่ง ย่อมาจาก:

• Zero-Knowledge – อย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้วว่า ผู้พิสูจน์สามารถยืนยันความจริงของข้อความได้โดยไม่ต้องเปิดเผยข้อมูลที่เป็นความลับ
• รวบรัด – ข้อพิสูจน์มีขนาดเล็กและง่ายต่อการตรวจสอบ แม้ว่าแนวคิดที่จะพิสูจน์จะซับซ้อนก็ตาม
• ไม่โต้ตอบ – ผู้พิสูจน์และผู้ตรวจสอบไม่จำเป็นต้องสื่อสารกลับไปกลับมาเพื่อให้ ZKP ทำงานได้อย่างถูกต้อง
• อาร์กิวเมนต์ – การพิสูจน์นั้นถูกต้อง หมายความว่าผู้ตรวจสอบสามารถหักล้างคำให้การของผู้พิสูจน์ได้
• ความรู้ – อัลกอริทึมทำให้แน่ใจว่าข้อมูลของผู้พิสูจน์ถูกต้อง

ในที่สุด ZK-Snarks ได้รับการออกแบบให้เป็นเครื่องมือที่ไม่ต้องขออนุญาต ปลอดภัย และปรับขนาดได้เพื่อแสดงหลักฐานความรู้โดยไม่มีข้อมูลดังกล่าว

โดยพื้นฐานแล้ว ZK-Starks นั้นเหมือนกับ ZK-snarks ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสองสิ่งนี้คือ ZK-starks ได้รับการปรับแต่งเพื่อความสามารถในการปรับขยายที่มากขึ้นและสร้างการพิสูจน์ที่ใหญ่ขึ้น แทนที่จะรวบรัดและไม่โต้ตอบ ZK-starks คือ:

• ปรับขนาดได้ – ZK-starks ได้รับการออกแบบมาเพื่อตรวจสอบข้อความขนาดใหญ่ได้เร็วขึ้น
• โปร่งใส – ระบบพิสูจน์ ZK-stark สามารถตรวจสอบได้แบบสาธารณะตามค่าสุ่มที่สร้างขึ้น ตรงข้ามกับการตรวจสอบโดยอัลกอริทึมส่วนตัว

ในขณะที่การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีบล็อกเชนในโลกแห่งความเป็นจริง เช่น Bitcoin และ Ethereum เป็นสิ่งที่เห็นได้ชัด แต่ ZKProofs เพิ่งจะก้าวขึ้นมาอยู่แถวหน้าของนวัตกรรมบนเครือข่ายเท่านั้น กรณีการใช้งาน ZKP จำนวนมากยังคงถูกค้นพบ นี่คือยูทิลิตี้ในชีวิตจริงที่น่าตื่นเต้นที่สุดของ ZKProofs:

ในหลายประเทศ เป็นเรื่องปกติที่จะแสดงรายการเคลื่อนไหวของบัญชีธนาคารและรายได้เมื่อใดก็ตามที่คุณต้องการกู้เงินหรือซื้ออสังหาริมทรัพย์ อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกคนที่ต้องการเปิดเผยทุกรายละเอียดเกี่ยวกับชีวิตและค่าใช้จ่ายของตน

ZKP อนุญาตให้ผู้ใช้แสดงหลักฐานทางการเงินและรายได้ที่เพียงพอโดยไม่ต้องเปิดเผยประวัติการทำธุรกรรมทั้งหมดแก่บุคคลที่ไม่เกี่ยวข้อง

ขั้นตอน KYC และผู้ให้บริการรวบรวมข้อมูลประจำตัวอื่น ๆ จัดเก็บข้อมูลที่ละเอียดอ่อนบนเซิร์ฟเวอร์ส่วนกลางในรูปแบบที่มีอยู่ สิ่งนี้อาจเป็นปัญหาได้เนื่องจากการละเมิดความปลอดภัยอาจส่งผลให้ข้อมูลของคุณถูกแบ่งปันโดยไม่ได้รับความยินยอมจากคุณ

การพิสูจน์ด้วยความรู้เป็นศูนย์ช่วยให้คุณยืนยันตัวตนของคุณทางออนไลน์ได้อย่างง่ายดายโดยไม่ต้องเปิดเผยข้อมูลส่วนบุคคลของคุณกับใคร ตัวอย่างเช่น คุณสามารถพิสูจน์ว่าคุณเป็นพลเมืองของประเทศของคุณโดยไม่ต้องเปิดเผยรายละเอียดหนังสือเดินทางของคุณ

หนึ่งในประโยชน์หลักของการใช้สกุลเงินดิจิทัลและเทคโนโลยีบล็อกเชนคือการคืนความเป็นส่วนตัวของคุณทางออนไลน์ อย่างไรก็ตาม หากที่อยู่กระเป๋าเงินของคุณเชื่อมโยงกับตัวตนของคุณ การรักษาความเป็นนิรนามนี้อาจทำได้ยาก

ZKP และบล็อกเชนที่เน้นความเป็นส่วนตัวทำให้การปกป้องกระเป๋าเงินและธุรกรรมของคุณง่ายขึ้นจากการสอดรู้สอดเห็น ด้วยการผสมและป้องกันธุรกรรม โปรโตคอลเหล่านี้ทำให้ผู้ใช้ไม่เปิดเผยตัวตนมากขึ้นเมื่อส่งและรับเงินบนเครือข่าย

ระบบพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพ ไม่น่าแปลกใจที่พวกเขาต้องการต้นทุนด้านการคำนวณและฮาร์ดแวร์ที่สูงเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เป็นผลให้อาจมีค่าใช้จ่ายสูงสำหรับผู้ให้บริการในการดำเนินการ

นอกจากนี้ การยืนยันและตรวจสอบธุรกรรม ZKProof บนเชนนั้นเข้มข้นและต้องใช้ค่าธรรมเนียมสูง โชคดีที่เป็นบล็อกเชนที่ปรับขนาดได้มากขึ้น เช่น หิมะถล่มและพื้นผิวโซลูชัน Layer-2 ค่าธรรมเนียมเหล่านี้จะลดลง

การเล่าเรื่อง ZKProof เป็นช่องทางเฉพาะที่เป็นที่ยอมรับและแข่งขันได้ในตลาด crypto ต่อไปนี้คือตัวอย่างบางส่วนของการเริ่มต้น crypto และโครงการ blockchain ที่ใช้การพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์

Zcash เป็นเครือข่ายบล็อกเชนที่ช่วยให้ผู้ใช้สามารถส่งและรับสกุลเงินดิจิทัลได้ทันทีโดยไม่ระบุตัวตนโดยไม่ต้องเปิดเผยข้อมูลที่ละเอียดอ่อนเกี่ยวกับการทำธุรกรรม ในเครือข่ายอื่นๆ เช่น Bitcoin และ Ethereum ข้อมูลธุรกรรมทั้งหมด เช่น ที่อยู่และมูลค่าของธุรกรรมจะสามารถตรวจสอบได้แบบสาธารณะ

ตามค่าเริ่มต้น เครือข่าย Zcash จะใช้ ZKP เพื่อซ่อนข้อมูลลับนี้โดยอัตโนมัติและทำให้ผู้ใช้สบายใจยิ่งขึ้น

Tornado Cash เป็นตัวผสมโทเค็นที่ช่วยให้ผู้ใช้สามารถ 'ซ่อน' การโอนระหว่างกระเป๋าเงินที่ไม่ได้เชื่อมโยง การใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี ZKProof ผู้ใช้สามารถฝากเงินเข้าแอพจากกระเป๋าเงินหนึ่ง จากนั้นถอนเงินเหล่านั้นไปยังกระเป๋าเงินใหม่โดยใช้รหัสลับ

โปรโตคอลที่ทำขึ้น พาดหัวข่าวในปี 2022 เมื่อผู้ก่อตั้ง Alexey Pertsevถูกจับในเนเธอร์แลนด์ ตามที่อัยการกล่าวว่า Tornado Cash ช่วยอำนวยความสะดวกในบริการฟอกเงินสำหรับอาชญากร แม้จะมีการอ้างสิทธิ์นี้ แต่ Tornado Cash เป็นบริการแบบกระจายศูนย์โดยไม่มีเจ้าของหรือแรงจูงใจที่แท้จริง

การพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์แบบไม่โต้ตอบนั้นมีประสิทธิภาพ แต่ยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบ เทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และผู้มาใหม่จำเป็นต้องไว้วางใจนักพัฒนาอย่างสมบูรณ์เพื่อสร้างการตั้งค่าที่เชื่อถือได้ ทำให้เกิดความไม่สมดุลของพลังงาน

การพิสูจน์ความรู้ที่ไม่มีความรู้เป็นกรณีการใช้งานที่ก่อกวนของเทคโนโลยีบล็อกเชนที่สามารถเปลี่ยนวิธีที่เราแบ่งปันข้อมูลที่ละเอียดอ่อนทางออนไลน์ สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักว่าพวกมันทำงานอย่างไร เพื่อให้คุณสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ระบบพิสูจน์ความรู้ที่ไม่มีความรู้เชิงโต้ตอบต้องการให้ผู้เข้าร่วมมีส่วนร่วมกันบ่อยๆ เพื่อให้แน่ใจว่าการพิสูจน์ยังคงใช้ได้ ZKProof แบบไม่โต้ตอบใช้การเข้ารหัสและรหัสที่ใช้ร่วมกันเพื่อลบข้อกำหนดนี้

ZKProofs เป็นโปรโตคอลที่เข้มข้นซึ่งต้องการพลังในการคำนวณสูง พวกเขาต้องการฮาร์ดแวร์ราคาแพงและต้นทุนการทำธุรกรรมบนเครือข่ายเพื่อให้ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของ ZKProof คือการเปรียบเทียบถ้ำของ Ali Baba ที่ระบุไว้ในคู่มือนี้