Zero Knowledge Proof: ZKproofs hoạt động như thế nào và tại sao chúng lại quan trọng

Bạn đã bao giờ cảm thấy vô cùng thất vọng khi biết thông tin bí mật nhưng không thể “chứng minh” nó mà không chia sẻ nó chưa? Khi đó, bằng chứng không có kiến ​​thức có thể là giải pháp tối ưu của bạn.

Bằng chứng không có kiến ​​thức (ZKP hoặc ZKProof) là một hệ thống xác thực cho phép hai bên xác nhận xem một tuyên bố có đúng hay không mà không tiết lộ bất kỳ thông tin nào về nó.

Trong thế giới ngày nay, việc bảo vệ dữ liệu và tiền điện tử trực tuyến của bạn quan trọng hơn bao giờ hết. Hệ thống ZKP được sử dụng để xây dựng các giải pháp bảo mật dựa trên blockchain nhằm bảo vệ thông tin của bạn đồng thời cho phép bạn chứng minh tuyên bố của mình là đúng.

Hướng dẫn này sẽ khám phá những câu hỏi hóc búa của bạn về ZKProof và làm sáng tỏ chủ đề bị hiểu lầm này. Hãy đi sâu vào.

Mặc dù được phổ biến nhờ sự phát triển của công nghệ tiền điện tử và chuỗi khối, những hồ sơ đầu tiên về bằng chứng không kiến ​​thức được sử dụng làm hệ thống xác thực đã tồn tại từ năm 1985. Các chuyên gia về khoa học máy tính và máy học Shafi Goldwasser và Silvio Micali đã xuất bản một bài báo của MIT về ZKP. rất lâu trước đó Ethereum đã là sự thật.

Sử dụng mật mã, các giao thức không có kiến ​​thức sẽ thiết lập sự tin cậy và xác nhận các tuyên bố thực tế. Nghe có vẻ đơn giản, nhưng điểm mấu chốt ở đây là: ZKP cho phép 'người chứng minh' và 'người xác minh' đảm bảo một tuyên bố là đúng mà không thực sự chia sẻ tuyên bố đó. Giao thức chứng minh này cung cấp tính bảo mật cao hơn cho những người dùng không muốn tiết lộ thông tin cá nhân.

Để đơn giản, hãy đưa ra một ví dụ về ELI5. ZKP sẽ cho phép tôi, một người chứng minh, cho bạn, một người xác minh, thấy rằng tôi biết Waldo ở đâu mà không thực sự chỉ vào anh ta trong cuốn sách. Tôi có thể chứng minh tuyên bố mà không tiết lộ bất kỳ thông tin nhạy cảm nào.

Để giao thức không có kiến ​​thức thực sự hiệu quả, thuật toán phải chứng minh một tuyên bố là đúng trong khi vẫn duy trì ba yêu cầu đơn giản.

• Tính đầy đủ – Nếu tuyên bố do người chứng minh cung cấp là đúng thì ZKP sẽ luôn trả về cùng một kết quả 'đúng'. Mọi sự thật đều có thể được chứng minh.
• Tính đúng đắn về mặt thống kê – Nếu tuyên bố do người chứng minh cung cấp là không đúng sự thật thì người xác minh cần có khả năng xác nhận tính không chính xác của nó. Về cơ bản, người chứng minh không thể nói dối và đánh lừa người xác minh trung thực. 
• Không có kiến ​​thức – ZKP chỉ phải tiết lộ liệu người chứng minh có nói sự thật với người xác minh hay không.

Mặc dù điều này lúc đầu có vẻ phức tạp nhưng nó trở nên rất dễ hiểu khi áp dụng vào thực tế. Có lẽ ví dụ nổi tiếng nhất về hệ thống chứng minh không có kiến ​​thức là câu chuyện về hang động Ali Baba.

Hang động Ali Baba kể câu chuyện về Bob, người chứng minh và Alice, người xác minh. Hãy tưởng tượng một hang động tạo thành một vòng lặp. Ở đâu đó trong vòng lặp là một cánh cửa bị khóa chỉ có thể mở và đi qua bằng mật khẩu chính xác. Bob muốn chứng minh cho Alice rằng anh ấy biết mật khẩu mà không thực sự nói cho Alice biết mật khẩu đó là gì.

Alice và Bob tạo một thiết lập đáng tin cậy cho giao thức không có kiến ​​thức của họ. Nếu Bob thực sự biết mật khẩu, chẳng hạn như khóa riêng và có thể đi qua cửa, anh ấy sẽ có thể quay lại gặp Alice ở lối vào hang từ hai bên của vòng lặp.

Kiểm tra định lý, Bob đợi bên cánh cửa thần kỳ để Alice gọi anh quay lại lối vào từ một trong hai con đường. Bob có thể quay lại theo đúng đường dẫn với độ chính xác 100% cho dù cô ấy gọi A hay B.

Chúng ta có thể chắc chắn rằng đây là một hệ thống chứng minh tương tác hiệu quả vì:

• Hoàn tất – Bob chứng minh anh ta biết mật khẩu vì anh ta quay lại từ đường dẫn chính xác với độ chính xác 100%
• Đó là âm thanh – Bob không thể vượt qua cửa mà không có mật khẩu. Nếu anh ta quay lại từ sai đường, Alice có thể xác minh rằng anh ta không biết mật khẩu.
• Bob không thể lừa Alice nghĩ rằng anh ấy biết mật khẩu.
• Không chia sẻ kiến ​​thức – Bob có thể chứng minh anh ấy thực sự biết mật khẩu mà không chia sẻ bất kỳ thông tin bí mật nào.

Ngay khi bạn nghĩ rằng mình đã hiểu rõ mọi chuyện thì vẫn còn một chút nữa để mổ xẻ. Hang động Ali Baba là một ví dụ về một số loại bằng chứng không có kiến ​​thức khác nhau. Về cơ bản, ZKP được chia thành hai nhóm chính: tương tác và không tương tác.

Hang Ali Baba là một ví dụ về ZKP tương tác. Điều đó có nghĩa là cả hai bên cần tương tác liên tục với nhau để đảm bảo thiết lập đáng tin cậy vẫn đáng tin cậy.

Điều này đặt ra một số vấn đề. ZKP tương tác có thể tốn thời gian và phụ thuộc vào sự sẵn có của cả hai bên. Kết quả là, loại bằng chứng không có kiến ​​thức này gặp phải các vấn đề về khả năng mở rộng. May mắn thay, công nghệ blockchain cung cấp các cách giải quyết vấn đề này, chẳng hạn như bằng chứng không có kiến ​​thức không tương tác.

Trong ZKP không tương tác, cả người chứng minh và người xác minh đều có quyền truy cập vào khóa chung. Khóa này đảm bảo rằng chỉ cần một vòng giao tiếp giữa các bên để chứng minh tuyên bố của người chứng minh.

Người chứng minh chia sẻ thông tin bằng thuật toán mã hóa an toàn để xác nhận xem tuyên bố đó là đúng hay sai. Sau đó, kết quả được chuyển đến người xác minh. Người xác minh tham chiếu chéo tuyên bố của người chứng minh dựa trên một thuật toán riêng biệt để đảm bảo độ chính xác.

Tương tự như cách các hợp đồng thông minh blockchain có thể hợp lý hóa các giao dịch tài chính, bằng chứng không tương tác sẽ hiệu quả hơn bằng chứng tương tác. Hơn nữa, sau khi bằng chứng được tạo, bất kỳ ai có quyền truy cập vào khóa và thuật toán chung đều có thể sử dụng nó cho mục đích xác minh.

Tất nhiên, hố thỏ còn sâu hơn nữa! Bên dưới lớp bằng chứng không có kiến ​​thức không tương tác còn có nhiều loại khác, ZK-Snark và ZK-Stark.

ZK-Snark là từ viết tắt dài dòng của một loại ZKP cụ thể. Nó là viết tắt của:

• Không có kiến ​​thức – Như chúng ta đã biết, người chứng minh có thể xác nhận sự thật của một tuyên bố mà không cần chia sẻ thông tin bí mật.
• Ngắn gọn – Bằng chứng nhỏ và dễ xác minh, ngay cả khi khái niệm được chứng minh là phức tạp
• Không tương tác – Người chứng minh và người xác minh không cần liên lạc qua lại để ZKP hoạt động chính xác
• Lập luận – Bằng chứng là hợp lý, có nghĩa là người xác minh có thể bác bỏ tuyên bố của người chứng minh.
• Kiến thức – Thuật toán đảm bảo thông tin của người chứng minh là chính xác

Cuối cùng, ZK-Snarks được thiết kế để trở thành công cụ không cần cấp phép, an toàn và có thể mở rộng để hiển thị bằng chứng về kiến ​​thức mà không cần thông tin nói trên.

ZK-Starks về cơ bản giống như ZK-snarks. Sự khác biệt quan trọng giữa hai loại này là ZK-starks được tối ưu hóa để có khả năng mở rộng cao hơn và tạo ra các bằng chứng lớn hơn. Thay vì ngắn gọn và không có tính tương tác, ZK-starks là:

• Có thể mở rộng – ZK-starks được thiết kế để xác minh các câu lệnh lớn hơn nhanh hơn.
• Minh bạch – Hệ thống chứng minh ZK-stark có thể được xác minh công khai dựa trên các giá trị ngẫu nhiên được tạo ra, trái ngược với việc được xác minh bằng các thuật toán riêng tư.

Trong khi các ứng dụng trong thế giới thực của các công nghệ blockchain như Bitcoin và Ethereum là hiển nhiên, thì ZKProofs hiện mới chỉ đi đầu trong đổi mới trên chuỗi. Nhiều trường hợp sử dụng ZKP vẫn đang được phát hiện. Dưới đây là một số tiện ích thực tế thú vị nhất của ZKProofs:

Ở nhiều quốc gia, thông lệ là bạn phải xuất trình bảng sao kê ngân hàng và thu nhập của mình bất cứ khi nào bạn muốn vay tiền hoặc mua bất động sản. Tuy nhiên, không phải ai cũng muốn tiết lộ mọi chi tiết về cuộc sống và chi phí của mình.

ZKP cho phép người dùng chứng minh rằng họ có đủ bằng chứng về tiền và thu nhập mà không tiết lộ toàn bộ lịch sử giao dịch của mình cho các bên không liên quan.

Quy trình KYC và các nhà cung cấp dịch vụ thu thập danh tính khác lưu trữ dữ liệu nhạy cảm trên các máy chủ tập trung ở định dạng hiện có. Điều này có thể có vấn đề vì vi phạm bảo mật có thể dẫn đến việc thông tin của bạn bị chia sẻ mà không có sự đồng ý của bạn.

Bằng chứng không có kiến ​​thức cho phép bạn dễ dàng xác minh danh tính của mình trực tuyến mà không tiết lộ thông tin cá nhân của bạn cho bất kỳ ai. Ví dụ: bạn có thể chứng minh bạn là công dân của quốc gia mình mà không cần chia sẻ bất kỳ chi tiết hộ chiếu nào của mình.

Một trong những lợi ích chính của việc sử dụng tiền điện tử và công nghệ chuỗi khối là lấy lại quyền riêng tư trực tuyến của bạn. Tuy nhiên, nếu địa chỉ ví của bạn được liên kết với danh tính của bạn thì việc duy trì tính ẩn danh này có thể khó khăn.

ZKP và các chuỗi khối tập trung vào quyền riêng tư giúp bảo vệ ví và giao dịch của bạn khỏi những con mắt tò mò dễ dàng hơn. Bằng cách kết hợp và che chắn các giao dịch, các giao thức này mang đến cho người dùng tính ẩn danh cao hơn khi gửi và nhận tiền trực tuyến.

Hệ thống chứng minh không có kiến ​​thức là công cụ mạnh mẽ. Không có gì đáng ngạc nhiên, chúng đòi hỏi chi phí tính toán và phần cứng cao để hoạt động hiệu quả. Kết quả là, chúng có thể gây tốn kém cho các nhà cung cấp khi vận hành.

Ngoài ra, việc xác nhận và xác minh các giao dịch ZKProof trên chuỗi rất phức tạp và yêu cầu phí gas cao. May mắn thay, khi các blockchain có khả năng mở rộng cao hơn, như Avalanchevà bề mặt của các giải pháp Lớp 2, các khoản phí này sẽ giảm.

Câu chuyện về ZKProof là một phân khúc có uy tín và cạnh tranh trong thị trường tiền điện tử. Dưới đây là một số ví dụ về các công ty khởi nghiệp tiền điện tử và các dự án blockchain sử dụng bằng chứng không có kiến ​​thức.

Zcash là mạng blockchain cho phép người dùng gửi và nhận tiền điện tử ngay lập tức một cách ẩn danh mà không cần chia sẻ thông tin nhạy cảm về giao dịch. Trên các mạng khác như Bitcoin và Ethereum, tất cả dữ liệu giao dịch, chẳng hạn như địa chỉ và giá trị của giao dịch, đều có thể được xác minh công khai.

Theo mặc định, mạng Zcash sử dụng ZKP để tự động ẩn thông tin bí mật này và giúp người dùng yên tâm hơn.

Tornado Cash là công cụ trộn mã thông báo cho phép người dùng 'ẩn' chuyển khoản giữa các ví chưa được liên kết. Tận dụng công nghệ ZKProof, người dùng có thể gửi tiền vào ứng dụng từ một ví, sau đó rút số tiền đó sang ví mới bằng khóa bí mật.

Giao thức được thực hiện gây chú ý vào năm 2022 khi người sáng lập của nó, Alexey Pertsev, đã bị bắt ở Hà Lan. Theo các công tố viên, Tornado Cash tạo điều kiện cho tội phạm rửa tiền. Bất chấp tuyên bố này, Tornado Cash là một dịch vụ phi tập trung không có chủ sở hữu hoặc động lực thực sự.

Bằng chứng không có kiến ​​thức không tương tác là hiệu quả nhưng vẫn chưa hoàn hảo. Công nghệ này vẫn còn ở giai đoạn sơ khai và những người mới sử dụng cần phải tin tưởng hoàn toàn vào các nhà phát triển để tạo ra một thiết lập đáng tin cậy, tạo ra sự mất cân bằng về quyền lực.

Bằng chứng không có kiến ​​thức là một trường hợp sử dụng đột phá của công nghệ chuỗi khối có thể thay đổi cách chúng ta chia sẻ thông tin nhạy cảm trực tuyến. Điều quan trọng là phải biết chúng hoạt động như thế nào để bạn có thể sử dụng chúng một cách hiệu quả.

Hệ thống chứng minh không có kiến ​​thức mang tính tương tác yêu cầu người tham gia thường xuyên tương tác với nhau để đảm bảo bằng chứng vẫn có giá trị. ZKProof không tương tác sử dụng mật mã và khóa chung để loại bỏ yêu cầu này.

ZKProofs là các giao thức chuyên sâu đòi hỏi sức mạnh tính toán cao. Chúng đòi hỏi phần cứng đắt tiền và chi phí giao dịch trên chuỗi để hoạt động hiệu quả.

Ví dụ nổi tiếng nhất về ZKProof là ví dụ tương tự về hang động Ali Baba được nêu trong hướng dẫn này.