Что такое ZKP на самом деле? Почему блокчейн не может обойтись без этой технологии

В мире Web3 и блокчейна Zero Knowledge Proofs становится ключевой технологией для достижения баланса между конфиденциальностью и прозрачностью. Проще говоря, ZKP позволяют доказать, что «вы что-то знаете», не раскрывая конкретных деталей — так же, как при входе в клуб без указания адреса. В этом и заключается магия ZKP: они обеспечивают мощную безопасность блокчейна, одновременно защищая конфиденциальную информацию.

Криптографически доказательства с нулевым знанием позволяют одной стороне доказать утверждение другой стороне, не раскрывая никакой информации о самом утверждении. Представьте, что вы хотите доказать, что сейф содержит определённый предмет, но не нужно его открывать.

Как работают доказательства с нулевым знанием

Основная магия ZKP заключается в:Проверьте данные, не раскрывая их。 Он использует математические алгоритмы, чтобы убедить проверяющего в истинности факта, в то время как сам факт остаётся скрытым. Например, в криптовалютных транзакциях ZKP могут проверять их легитимность, но скрывать сумму транзакций и личности участников.

Эта технология реализуется с помощью сложных криптографических механизмов, включая протоколы «свидетель» и «вызов-ответ», среди прочих.

Используйте интуитивную метафору: представьте, что вы прошли через лабиринт, оставив после себя цифровой след, который доказывает, что вы достигли выхода, но настоящий путь остаётся тайной. Валидаторы проверяют эти следы, чтобы убедиться, что вы действительно прошли лабиринт, но никогда не знают точный выбранный маршрут.

Какие преимущества приносит ZKP?

Повышение конфиденциальности: Вы можете доказать, что у вас есть определённая информация, или выполнить конкретную задачу, не раскрывая исходные данные. Это защищает конфиденциальную информацию, такую как суммы транзакций, идентификации отправителя/получателя и выборы голосования DAO.

Модернизация безопасности: ZKP могут проверять подлинность сложных вычислений без доверия к источникам данных. Это укрепляет безопасность блокчейна, устраняет зависимость от посредников и снижает потенциальные векторы атак.

Повышение эффективностиZKP могут проверять сложные расчёты более эффективно, чем традиционные методы, что особенно полезно в таких областях, как управление цепочками поставок и выявление мошенничества.

ZK Rollups: революция в масштабируемости

ZK Rollups представляют собой значительный прорыв в масштабируемости блокчейна и защите конфиденциальности, а также являются одним из самых впечатляющих применений доказательств нулевого знания на блокчейне.

Как они работают? ZK Rollup — это мощные механизмы обработки транзакций вне основного блокчейна. Вместо того чтобы накапливать все транзакции в основной цепочке, ZK Rollups упаковывает сотни или тысячи транзакций в «rollup». Ключевым является то, что они не только отправляют сводки транзакций, но и доказывают, что все транзакции внутри партии действительны, с помощью доказательств с нулевой информацией — хитрый криптографический приём, при этом полностью скрывая конфиденциальные данные.

В частности, ZK Rollups могут значительно увеличить пропускную способность транзакций Ethereum. Он объединяет несколько транзакций в одну партию, обработанную вне чейна, снижая давление на основную сеть. После обработки доказательства с нулевой информацией отправляются в основную сеть Ethereum, подтверждая действительность всех транзакций без раскрытия деталей. Этот механизм внецепочной обработки + доказательства эффективно снижает нагрузку на сеть, повышает пропускную способность и эффективность транзакций, а также может позволить Ethereum обрабатывать миллионы транзакций в секунду.

ZK Rollups не только ускоряет транзакции, но и повышает защиту конфиденциальности пользователей и приложений. Это открывает новые возможности для DeFi, NFT и других инноваций Web3, требующих скорости и конфиденциальности.

Преимущества, предлагаемые ZK Rollups:

Молниеносная скорость: Перенос транзакций вне чейна позволяет ZK Rollups значительно снизить комиссии за газ и время ожидания, делая транзакции с криптовалютой более плавными и доступными.

Истинная масштабируемость: Представьте себе блокчейн, который обрабатывает миллионы транзакций в секунду. ZK Rollups прокладывают путь для масштабного внедрения, раскрывая весь потенциал блокчейн-технологий.

Повышение конфиденциальности: ZKP скрывают детали транзакций, защищают анонимность пользователей и повышают доверие к финансовой системе.

Децентрализованное удержание: ZK Rollups сохраняют децентрализованный характер блокчейнов, отправляя только доказательства в основную цепочку, обеспечивая прозрачность и доверие, одновременно повышая эффективность.

Сборы значительно снизились: Перенос обработки транзакций за пределы цепочки естественным образом снижает комиссии, облегчая всем участие в криптовалютных транзакциях и взаимодействии с блокчейном.

Реальные применения доказательств нулевого знания

Сеть L2 и схема масштабирования

Самым популярным применением ZKP в блокчейне являются сети второго уровня. Доказательства ZK позволяют решениям L2 упаковывать транзакции в одно доказательство, повышая масштабируемость и конфиденциальность, одновременно проверяя транзакции без раскрытия деталей.

На рынке есть два основных типа:zk-SNARKs(известна своей эффективностью) иzk-STARKs(Устойчивость к угрозам квантовых вычислений). Оба способа повышают пропускную способность транзакций и повышают конфиденциальность, что делает их полезными как для DeFi, так и для корпоративных приложений.

Другие ключевые сценарии применения

Проверка целостности данных: Доказывает, что данные не были изменены, устраняя необходимость скачивать весь файл, что упрощает процесс и экономит ресурсы. Например, ZKP могут доказать, что у пользователей есть действующее удостоверение личности (водительское удостоверение или паспорт), не раскрывая сам документ, что повышает конфиденциальность онлайн-верификации.

Децентрализованные оракулыZKP улучшают оракулы, повышая конфиденциальность, безопасность, доверие, масштабируемость и соблюдение нормативных требований. Они позволяют оракулам проверять точность данных без раскрытия данных, гарантируя конфиденциальность и защиту данных.

Безопасные многосторонние вычисления (MPC): Сотрудничайте в вычислениях без раскрытия персональных данных, открывая новые пути для приложений, сохраняющих конфиденциальность в области ИИ и машинного обучения.

Управление цифровыми правами: Контроль доступа к защищённому авторским правом контенту без навязчивых мер против копирования.

Защитные сообщения: Отправляет конфиденциальные сообщения с защитой от подделок и сквозным шифрованием для обеспечения целостности сообщения.

Справедливость онлайн-игр: ZKP могут доказать справедливость в онлайн-играх, не раскрывая игровые алгоритмы или логику.

Проверка владения NFT: ZKP могут проверять принадлежность и подлинность NFT, не раскрывая личности владельца.

Применение для масс

Финансовые операции: Представьте, что вы совершаете покупки, не раскрывая баланс на вашем банковском счете. ZKE обеспечивает анонимные платежи, скрывая детали транзакций при соблюдении законов. Например, в криптовалютах, таких как Zcash, ZKP подтверждают действительность транзакции, не раскрывая отправителя, получателя или сумму, что значительно повышает конфиденциальность.

Медицинские записи: Делитесь только медицинской информацией, необходимой для диагностики и лечения, полностью гарантируйте отсутствие утечки — ZKE позволяет пациентам контролировать свои конфиденциальные данные. В медицине ZKP могут использоваться для обмена данными пациентов в рамках исследований или лечения, при этом защищая конфиденциальность пациентов и соблюдая нормативные требования, такие как HIPAA.

Система голосования: ZKP могут проверять правильность голосования в электронных системах голосования, не раскрывая выбор избирателей, обеспечивая конфиденциальность и целостность голосования.

Проверка цепочки поставок: Предприятия могут использовать ZKP для подтверждения подлинности и происхождения продукции без раскрытия конфиденциальной бизнес-информации или коммерческих тайн.

Кредитный скоринг в финансовых приложениях: ZKP позволяют пользователям доказать соответствие определённым кредитным критериям без раскрытия точных финансовых данных.

Конфиденциальный доступ к публичным записям: Правительства могут использовать ZKP для обеспечения безопасного и конфиденциального доступа к публичным записям, гарантируя, что конфиденциальная информация не будет скомпрометирована.

Аутентификация без пароля: Отказаться от легко взламываемых паролей. ZKE позволяет доказать знание пароля, не раскрывая его, минимизируя риск взлома.

Облачное хранилище: Безопасно хранить данные в облаке, не предоставляя полного доступа к исходным данным провайдеру облачных сервисов. ZKE расшифровывается только при правильной авторизации.

Биометрическая проверка: Подтвердить личность с помощью отпечатков пальцев или распознавания лиц, устраняя необходимость хранить необработанные биометрические данные и снижая риски конфиденциальности.

Обновления программного обеспечения: Проверка подлинности и безопасности обновлений программного обеспечения без раскрытия проприетарного исходного кода, повышая безопасность и доверие.

ZKE постоянно развивается, её перспективы применения огромны. По мере развития исследований и разработок мы можем ожидать, что ZKE революционизирует конфиденциальность, безопасность и эффективность данных во многих отраслях, меняя подход к взаимодействию с технологиями.

Криптопроекты с технологией Zero Knowledge

Несколько интересных криптопроектов, особенно в экосистеме Ethereum, являются пионерами в использовании ZKP:

Петля: Объединить несколько переводов в одну транзакцию с использованием доказательств с нулевым раскрытием. Это значительно снижает комиссии за газ на Ethereum и увеличивает пропускную способность транзакций. Как лидер в области ZK Rollups, Loopring приносит высокоскоростный и недорогой опыт для криптовалютных транзакций на Ethereum.

Zcash: Это пионер в области конфиденциальности, использующий zk-SNARK для полного сокрытия сумм транзакций, отправителей и личностей получателей, обеспечивая непревзойденную конфиденциальность транзакций. Как криптовалюта, она обеспечивает высокий уровень конфиденциальности для пользователей, которые ценят защиту своих финансовых данных.

Файлкоин: Эта децентрализованная сеть хранения использует ZKP для проверки хранения и целостности данных без раскрытия самих данных. Это крайне важно для обеспечения конфиденциальности и безопасности в децентрализованной экосистеме хранения файлов.

StarkWare: Предоставляет платформу для разработчиков для создания индивидуальных масштабируемых решений с помощью ZK-STARK для более быстрых и дешевых транзакций. Это расширяет возможности экосистемы Ethereum за счёт более эффективных DApps.

Неизменный X: Сосредоточение на поле NFT, использование доказательств с нулевой информацией для достижения почти мгновенных бесплатных NFT-транзакций в сети Ethereum. Для разработчиков игр и любителей игр Immutable X привлекателен своей эффективностью и экономикой.

Секретная сеть: Сосредоточена на обеспечении защиты конфиденциальности для смарт-контрактов. Это гарантирует, что данные и расчёты в контракте останутся конфиденциальными. Это особенно актуально для частных DeFi-приложений и других блокчейн-приложений, ориентированных на конфиденциальность.

Протокол Мина(ранее Coda): Поддерживать ультракомпактный размер блокчейна с zk-SNARK, позволяя даже смартфонам участвовать в сети. Это делает блокчейн чрезвычайно доступным, способствуя более широкому распространению.

Ацтекский протокол: Сосредоточена на конфиденциальных операциях в сфере DeFi, включая конфиденциальное кредитование. Это прокладывает путь к будущему, где финансовые транзакции на блокчейне будут одновременно безопасными и приватными.

ZKsync: Эффективность использования ZK Rollups обеспечивает быстрые и безопасные транзакции для Ethereum. Совместимость ZKsync с существующей экосистемой Ethereum является значительным преимуществом, облегчающим внедрение разработчиками и пользователями.

Сеть Hermez: Реализовано через ZK Rollups, значительно повышая скорость транзакций и снижая затраты на Ethereum. Особенно полезно для большого количества недорогих транзакций.

Риски и сложности доказательств с нулевым знанием

Несмотря на огромный потенциал ZKP для блокчейн-технологий, при их внедрении необходимо учитывать важные риски и вопросы:

Вычислительная сложность: Генерация и проверка доказательств ZK требует вычислительных затрат, что может ограничивать более широкие применения, особенно на устройствах с ограниченными ресурсами.

Технология незрелая: Криптография ZK всё ещё находится на стадии разработки, и интеграция с существующими блокчейн-платформами сталкивается с проблемами совместимости, эффективности и безопасности.

Траст устанавливает пределы:zk-SNARK, распространённый тип ZKP, использует одноразовый «доверенный ритуал настройки» для генерации криптографических параметров. Нарушение безопасности на этом этапе может угрожать всей системе.

Угрозы квантовых вычислений: Развитие квантовых вычислений может нарушить существующие схемы ZK-SNARK. Необходимы исследования и разработки криптографии ZK, устойчивой к квантовым вычислениям.

Проблема централизации: Хотя ZK Rollups повышают масштабируемость, они фактически централизируют полномочия по валидации транзакций в руках секвенсоров, что потенциально вызывает опасения по централизации.

Злоупотребление потенциалом: Атрибуты приватности ZK могут использоваться для незаконной деятельности, такой как отмывание денег или уклонение от уплаты налогов. Для снижения этих рисков необходимы нормативные рамки и этические протоколы.

Социальные работники уязвимы для нападений: Пользователи, взаимодействующие с приложениями на базе ZK, всё равно могут подвергаться атакам в случае мошенничества или фишинга. Образование по безопасности и повышение осведомлённости имеют решающее значение.

Будущее доказательств нулевого знания в блокчейне

Доказательства с нулевой информацией и роллапы — это не просто криптографические инновации, а необходимые элементы для следующего этапа эволюции блокчейн-технологий. Они предлагают уникальное сочетание конфиденциальности, безопасности и эффективности, что делает их ключевыми для масштабирования использования блокчейн-решений.

Технология ZK обещает будущее с улучшенной конфиденциальностью, безопасностью и масштабируемостью. Анонимизируя транзакции и защищая личные данные, ZK повышает конфиденциальность. Он способствует безопасности, проверяя сложные вычисления без раскрытия деталей. Кроме того, ZKP могут революционизировать децентрализованные идентичности, обеспечить безопасные многосторонние вычисления и даже создавать блокчейны, устойчивые к квантовым вычислениям.

Однако решение таких проблем, как вычислительная сложность, технологическая незрелость и общественное восприятие, крайне важно для более широкого внедрения. Тем не менее, перспективы технологии ZK многообещающие благодаря активной разработке и внедрению. Речь идёт не только о технологическом прогрессе, но и о способе вернуть контроль, раскрыть потенциал и сформировать цифровое будущее, где сосуществуют приватность, безопасность и масштабируемость.