Нулевые доказательства в криптографии: значимость и работа.

Что такое нулевое доказательство?

Нулевое доказательство — это концепция в криптографии, которая показывает, как можно доказать достоверность утверждения, не раскрывая конкретной информации о нем. Это можно продемонстрировать через нулевые доказательства (ZKPs) и широко используется в блокчейн-приложениях и криптоиндустрии, в основном для обеспечения функций, повышающих конфиденциальность в децентрализованных протоколах.

Почему нулевые доказательства важны?

Нулевые доказательства обеспечивают большую конфиденциальность и безопасность. Они позволяют людям проверять информацию, не раскрывая чувствительные персональные данные. Например, кто-то может доказать свою квалификацию для чего-то, не показывая личные документы удостоверения личности.

Нулевые доказательства также полезны для блокчейнов. Они позволяют выполнять сложную обработку вне цепочки блоков, освобождая место на основном блокчейне. Они также позволяют использовать частные данные в транзакциях, не делая эти данные общедоступными для всех, преодолевая ограничение прозрачности на публичных блокчейнах.

Нулевые доказательства используются повсюду в криптографии, от частных транзакций до верифицируемых вычислений и высокомасштабируемых решений уровня 2. Эта уникальная функциональность помогает решить ключевые проблемы конфиденциальности, масштабируемости, соответствия и взаимодействия для систем Web3.

Как работают нулевые доказательства?

Нулевое доказательство позволяет доказать истинность утверждения, не раскрывая само утверждение или как оно было известно истинным. Человек, пытающийся доказать утверждение, называется «доказателем», а проверяющий его — «верификатор».

Нулевые доказательства работают путем того, что доказатель должен правильно ответить на несколько вызовов со стороны верификатора. Отвечая точно много раз подряд, доказатель показывает, что он должен иметь доступ к секретной информации, позволяющей определить ответы.

Нулевое доказательство позволяет доказателю продемонстрировать знание некоторой секретной информации верификатору, не передавая ничего, кроме этой конкретной истины. Например, модель конфиденциальности Zcash позволяет проводить защищенные транзакции, где ZKPs подтверждают балансы и значения транзакций без публичного раскрытия отправителя, получателя или суммы.

ZKPs обеспечивают конфиденциальность через продвинутые криптографические методики. Доказатель выполняет вычисления, которые могут быть выполнены только с знанием секретных входных данных. Повторяющие вызовы проверяют доказательство, обеспечивая, что никакая дополнительная информация не будет раскрыта.

Следующие свойства можно считать «ключевыми» для того, как работают ZKPs:

• Полнота — если утверждение истинно, а участники честны, доказательство будет подтверждено.
• Звуковость — если утверждение ложно, нет способа для доказателя подделать доказательство его истинности.
• Нулевое доказательство — верификатор ничего не узнает, кроме того, истинно ли утверждение.

Нулевое доказательство работает через взаимодействие между доказателем и верификатором. Оно имеет три основных элемента:

• Свидетель — доказатель начинает выбором вопроса на основе секретной информации, о которой он хочет доказать знание. Он отправляет ответ на этот первоначальный вопрос верификатору.
• Вызов — затем верификатор выбирает другой вопрос, связанный с секретной информацией, и бросает доказателю вызов ответить на него.
• Ответ — доказатель предоставляет свой ответ на вопрос верификатора. Это помогает продемонстрировать, действительно ли доказатель имеет доступ к секретной информации.

Для того чтобы убедиться, что доказатель не просто гадает, верификатор может задавать несколько вызовов, и доказатель должен правильно ответить каждый раз. Если он отвечает точно и повторяется, верификатор может быть уверен, что доказатель действительно обладает секретной информацией.

Существует оговорка для этого процесса взаимодействия: доказатель и верификатор должны общаться туда и обратно много раз, чтобы сгенерировать доказательство. Также стоит отметить, что в данном случае доказательство не является многоразовым. Весь процесс должен быть повторен, если кто-то другой захочет это проверить.

Были созданы новые «недействительные» процессы, чтобы сделать нулевые доказательства более полезными. Они работают так, что доказатель и верификатор сначала устанавливают общий секретный ключ. После этого доказатель может сгенерировать доказательство за один шаг, используя алгоритм и секретную информацию, которую он хочет доказать. Это недействительное доказательство отправляется верификатору только один раз.

Верификатор проверяет, действительно ли доказательство действительно, используя общий ключ и другой алгоритм, не видя напрямую секретной информации. С недействительным нулевым доказательством любой может проверить доказательство (позднее) без дополнительного взаимодействия, используя тот же ключ и алгоритм проверки.

Путем сокращения связи до одного сообщения недействительные доказательства обеспечивают более эффективный и практичный способ работы с нулевым доказательством.

Типы нулевых доказательств

Существуют два основных типа нулевых доказательств – ZK-SNARK и ZK-STARK. Оба позволяют проверять верные утверждения, не раскрывая дополнительной информации. Однако у них есть некоторые ключевые различия.

ZK-SNARK означает Нулевое Доказательство Краткое Неинтерактивное Доказательство Знания. Как следует из названия, доказательства ZK-SNARK малы и требуют только одного раунда общения между доказателем и верификатором. Они обеспечивают очень высокий уровень эффективности. Однако для генерации начальных параметров требуется доверие к группе участников для правильной установки «Общей Строки Ссылок» через церемонию.

ZK-STARK означает Нулевое Доказательство Масштабируемое Прозрачное Доказательство Знания. Основное преимущество ZK-STARK заключается в более высокой масштабируемости для доказательств больших наборов данных, поскольку им не требуется церемония доверенной установки. Вместо этого кто угодно может проверить, что начальные параметры созданы правильно. Однако их доказательства обычно более крупные, чем у ZK-SNARK. Существуют компромиссы между двумя подходами в терминах эффективности и прозрачности.

Конфиденциальность, масштабируемость и не только

Нулевые доказательства устраняют две ключевые проблемы для принятия блокчейна – отсутствие конфиденциальности и ограниченная масштабируемость. Публичные блокчейны преднамеренно обеспечивают полную прозрачность, где все транзакции видны. Однако многие приложения требуют соблюдения конфиденциальности данных в целях конкурентоспособности бизнеса или юридического соблюдения.

В криптоиндустрии ZKPs могут помочь обеспечить сложные транзакции вне цепочки, прежде чем подавать компактные криптографические доказательства в основной блокчейн. Это эффективно уменьшает перегруженность и сборы, связанные с базовыми слоями. Инновации, такие как zk-rolls, используют этот подход для массового масштабирования сетей, таких как Ethereum.

Поскольку ZKPs развиваются, они также сокращают разрыв между децентрализованными приложениями и традиционными требованиями по идентификации личности (KYC) и управлению учетными данными. Пользователи могут доказать определенные учетные данные без раскрытия личных данных. Такая схема обеспечивает соответствие, сохраняя при этом контроль пользователей.

Не в последнюю очередь, ZKPs также могут соединять различные блокчейны и решения уровня 2 через объединенные доказательства подлинности. Эта взаимодействуемость разблокирует безпрепятственные обмены и обмен сообщениями между различными сетями.

Улучшая конфиденциальность, масштабируемость и взаимодействие, ZKPs создают предпосылки для интеграции блокчейна следующего уровня в финансовые, снабженческие и здравоохранительные отрасли.

Массовое использование растет, когда базовая инфраструктура обеспечивает более высокую скорость, низкие издержки и интуитивное соблюдение.

Таким образом, ZKPs формируют критический слой конфиденциальности и производительности для связи Web3 безопасно с наследственными системами реального мира. Поскольку стандарты консолидируются вокруг технологии нулевого доказательства, они обещают разблокировать истинный потенциал децентрализованных инструментов, которые мы знаем сегодня, делая их более простыми и практичными.