Докази з нульовим розголошенням та криптографічні технології: майбутнє захисту приватності у блокчейні

Чому доказування з нуля так важливі

У екосистемі web3 і блокчейну існує фундаментальна суперечність: користувачі одночасно потребують прозорості та безпеки транзакцій і прагнуть зберегти приватність. Zero-Knowledge Encryption, ZKE(, стає ключовою технологією для розв’язання цієї суперечності.

Уявіть собі таку ситуацію: вам потрібно довести банку, що у вас достатньо коштів для отримання кредиту, але ви не хочете розкривати точний баланс рахунку. Або ви берете участь у голосуванні DAO і хочете зберегти анонімність свого вибору. Доказування з нуля дозволяє зробити ці, здавалося б, неможливі речі реальністю — ви можете підтвердити правдивість певного факту, не розкриваючи жодних деталей цього факту.

Саме цим і приваблює доказування з нуля.

Основні принципи доказування з нуля

) Що таке доказування з нуля

З криптографічної точки зору, доказування з нуля — це особливий криптографічний протокол. Він дозволяє одній стороні (довіднику) довести іншій стороні (перевіряльнику) правдивість твердження, не розкриваючи сам факт або будь-яку інформацію, пов’язану з ним.

Що найпростіше зрозуміти під цим концептом? Припустимо, ви хочете довести, що вже досягли повноліття, але не хочете розкривати свою точну дату народження. Доказування з нуля дозволяє зробити це — перевіряльник підтвердить, що ви відповідаєте умові “повнолітній”, але ніколи не дізнається вашого справжнього віку.

Механізм роботи: поєднання математики та криптографії

Робота доказування з нуля базується на складних математичних алгоритмах. Основна ідея полягає в тому, що довідник через ряд математичних обчислень демонструє перевіряльнику, що він знає певне секретне значення (наприклад, пароль), але весь процес не розкриває саме секретне значення.

Технічно це зазвичай реалізується через протокол “зобов’язання — виклик — відповідь”###Commitment-Challenge-Response(. Простими словами, довідник спочатку робить математичне зобов’язання, перевіряльник генерує випадковий виклик, а довідник дає відповідь. Завдяки цій взаємодії перевіряльник може бути впевнений, що довідник дійсно володіє відповідними знаннями, але не може з цього зробити висновки про сам секрет.

Уявіть собі метафору: ви пройшли складний лабіринт і знайшли вихід, але не хочете розкривати маршрут. Ви можете залишити за собою зашифровані сліди, що підтверджують ваш шлях, але ніхто не зможе з них відновити ваш маршрут.

Основні переваги доказування з нуля

Покращення приватності

У традиційному блокчейні всі транзакції записуються у відкритий реєстр, і будь-хто може відстежувати рух коштів. З використанням доказування з нуля це змінюється. Користувачі можуть довести, що володіють певними активами або завершили конкретну транзакцію, зберігаючи при цьому конфіденційність балансу, особи контрагентів тощо. Це особливо важливо для платформ DeFi у сферах кредитування, NFT-ринків і голосувань DAO.

Забезпечення безпеки

ZKE не лише захищає приватність, а й підвищує безпеку системи. Перевіряльник може підтвердити правильність складних обчислень без довіри до виконавця обчислень. Це усуває необхідність у посередниках у багатьох традиційних системах, зменшуючи потенційні точки атаки. Ступінь децентралізації зростає, а ризики безпеки зменшуються.

Оптимізація ефективності

Доказування з нуля може значно підвищити швидкість перевірки складних транзакцій або даних. Не потрібно повторно виконувати весь обчислювальний процес або завантажувати повний обсяг даних — достатньо перевірити зашифроване підтвердження. Це особливо цінно у сферах управління ланцюгами постачання, виявлення шахрайства тощо.

ZK Rollups: застосування доказування з нуля для масштабованості

) Що таке ZK Rollups

ZK Rollups — це одна з найзахоплюючих застосувань технології доказування з нуля у сфері масштабованості блокчейнів. Вони є рішенням другого рівня###Layer 2(, яке обробляє велику кількість транзакцій поза ланцюгом, а результати підтверджує за допомогою криптографічних доказів, що потім передаються до основного ланцюга, значно підвищуючи пропускну здатність.

На відміну від традиційного підходу — обробки кожної транзакції окремо на основному ланцюгу — ZK Rollups пакують сотні або тисячі транзакцій у “пакет”. Головна особливість у тому, що цей пакет не просто агрегат даних, а супроводжується доказом з нуля, що підтверджує їхню валідність без розкриття деталей транзакцій.

) Як ZK Rollups вирішують ключові проблеми блокчейну

Наприклад, у Ethereum. Поточна пропускна здатність — близько 15-20 транзакцій за секунду, що недостатньо для глобальної фінансової системи. Високий обсяг транзакцій призводить до зростання Gas-фіскальних витрат, що ускладнює користувачам здійснювати дрібні транзакції.

ZK Rollups вирішують цю проблему, перенісши обробку транзакцій поза ланцюг. Це дозволяє Ethereum теоретично обробляти мільйони транзакцій за секунду. На основний ланцюг надходить лише стиснений доказ з нуля, що гарантує цілісність транзакцій і зберігає приватність користувачів.

Це дає прямі переваги: час підтвердження зменшується з кількох хвилин до кількох секунд, витрати Gas знижуються більш ніж на 90%, а безпека і децентралізація залишаються незмінними.

Переваги ZK Rollups

Вражаючий приріст швидкості

Обробка поза ланцюгом означає, що транзакції не залежать від навантаження основного ланцюга. Користувачі отримують миттєве підтвердження і розрахунок.

Значне зниження витрат

Завдяки перенесенню обчислень поза ланцюг, витрати Gas зменшуються. Це робить можливим застосування мікротранзакцій і частих операцій, раніше економічно недоцільних.

Щирий захист приватності

На відміну від деяких конкурентних рішень, ZK Rollups використовують доказ з нуля для захисту приватності. Деталі транзакцій (суми, учасники) не залишають слідів у основному ланцюгу.

Збереження децентралізації

Хоча транзакції обробляються поза ланцюгом, ZK Rollups підтримують децентралізацію і прозорість через підтвердження з нуля, яке надсилається до основного ланцюга. Будь-хто може перевірити правильність доказу без довіри до централізованих структур.

Демократизація витрат

Зниження вартості транзакцій робить застосування блокчейну доступним для всіх, а не лише для багатих користувачів.

Ризики та реальні виклики доказування з нуля

Технічні обмеження

Хоча перспектива доказування з нуля яскрава, існують і практичні технічні труднощі.

Обчислювальна складність — генерація і перевірка доказів з нуля вимагає значних обчислювальних ресурсів. У деяких випадках генерація доказу може тривати кілька хвилин. Це може бути проблемою для застосувань з високими вимогами до швидкості (наприклад, високочастотна торгівля). Також запуск цих протоколів на обмежених пристроях (старі смартфони, IoT) може бути нереалістичним.

Рівень розвитку технологій — технологія ZK ще досить молода. Інтеграція з різними платформами блокчейну викликає питання сумісності. Деякі реалізації ще перебувають у стадії вдосконалення щодо продуктивності і безпеки.

Уразливість довірчого налаштування — багато систем ZK###, особливо zk-SNARKs(, залежать від одноразового “довірчого налаштування”, що створює криптографічні параметри. Якщо цей процес буде скомпрометовано, вся система може бути зламаною. Хоча існують способи зменшити цей ризик, повністю його усунути важко.

) Більш широкі побоювання

Загроза квантових обчислень — з розвитком квантових комп’ютерів сучасні криптографічні схеми, засновані на складних математичних задачах, можуть стати вразливими. Хоча zk-STARKs мають певний опір квантовим атакам, галузь потребує додаткових досліджень для створення по-справжньому квантобезпечних доказів.

Ризики централізації — хоча ZK Rollups зберігають децентралізований дух блокчейну, контроль за порядком транзакцій часто зосереджений у кількох валідаторів###, так званих “sequencers”. Це може спричинити нові проблеми централізації, хоча і в меншій мірі.

Зловживання приватністю — можливе використання доказування з нуля для нелегальних цілей, наприклад, відмивання грошей або ухилення від податків. Хоча блокчейн і є прозорим, застосунки на основі ZK можуть ускладнити регулювання.

Широкі сфери застосування доказування з нуля

( У фінансовій сфері

Приватні платіжні системи — уявіть, що ви можете купувати в супермаркеті, не розкриваючи баланс рахунку. З доказуванням з нуля анонімні платежі стають реальністю. Zcash — це приклад такої реалізації, яка за допомогою zk-SNARKs повністю приховує відправника, отримувача і суму транзакції.

Кредитний рейтинг і позики — позичальник може довести кредитору, що відповідає певним умовам (наприклад, мінімальний дохід, співвідношення боргу до доходу), не розкриваючи конкретних фінансових даних. Це захищає приватність і дозволяє фінансовим установам приймати обґрунтовані рішення.

Конфіденційні транзакції у DeFi — у децентралізованих фінансових платформах користувачі можуть здійснювати позики і торгівлю, зберігаючи деталі у зашифрованому вигляді. Це стимулює участь, оскільки користувачі не бояться розкриття своїх фінансових даних або їхнього використання у зловмисних цілях.

) У сферах ідентифікації та контролю доступу

Безпарольна аутентифікація — традиційні паролі легко зламати. Доказування з нуля пропонує альтернативу: ви доводите, що знаєте секрет, не розкриваючи його. Це мінімізує ризик витоку даних.

Захищена приватністю ідентифікація — потрібно підтвердити особу###, наприклад, водійські права або паспорт###, не розкриваючи конкретних даних. Це особливо актуально у сферах, де важлива приватність.

( У медичній сфері та сферах з високою конфіденційністю

Обмін медичними даними — пацієнти можуть ділитися медичною інформацією з дослідниками або лікарями для діагностики або досліджень, зберігаючи цілісність і приватність даних. Провайдери можуть підтвердити автентичність даних без перегляду оригіналу, що відповідає HIPAA і іншим нормативам.

Голосування — електронні системи голосування можуть використовувати доказування з нуля для підтвердження валідності голосу, зберігаючи анонімність виборця.

) У сферах ланцюгів постачання і підтвердження автентичності

Відстеження походження товарів — компанії можуть довести справжність продукту і його походження без розкриття комерційної таємниці. Споживачі можуть перевірити, що товар дійсно походить із заявленого джерела.

Верифікація прав власності на NFT і цифрові активи — доказування з нуля дозволяє підтвердити право власності на NFT без розкриття особистих даних власника, балансуючи приватність і безпеку.

Провідні проєкти, що використовують доказування з нуля

Рішення другого рівня для масштабованості

Loopring — один із лідерів у сфері ZK Rollups, пакує кілька транзакцій у один поза ланцюг. Це значно знижує Gas-витрати в Ethereum і підвищує пропускну здатність. У децентралізованих біржах### DEX### Loopring забезпечує швидкі і дешеві транзакції.

ZKsync — платформа, оптимізована для Ethereum, що використовує ZK Rollups для швидких і недорогих транзакцій. Вона має високу сумісність з існуючою екосистемою Ethereum, що мінімізує витрати на міграцію.

Hermez Network — за допомогою ZK Rollups значно прискорює транзакції в Ethereum і знижує їхню вартість. Ідеально підходить для високотранзакційних і низькоцінних сценаріїв.

( Технології захисту приватності

Zcash — провідний проект у сфері приватності. Використовує zk-SNARKs для повного приховування відправника, отримувача і суми транзакції. Ідеально для користувачів, що цінують фінансову конфіденційність.

Secret Network — орієнтований на забезпечення приватності смарт-контрактів. Гарантує конфіденційність даних і обчислень у додатках на його базі, що особливо важливо для DeFi і інших застосунків.

Aztec Protocol — інструменти для приватних транзакцій і позик у сфері DeFi.

) Інфраструктура і платформи для масштабування

StarkWare — розробник zk-STARKs, пропонує платформи на їхній основі. Відмінності від zk-SNARKs — відсутність довірчого налаштування і кращий опір квантовим атакам.

Immutable X — сфокусований на NFT, використовує доказування з нуля для швидких і дешевих транзакцій. Відкриває нові можливості для ігор і колекціонерів.

Mina Protocol — зменшує розмір блокчейну за допомогою zk-SNARKs, що дозволяє запускати повноцінний вузол навіть на смартфоні, знижуючи бар’єри входу.

Filecoin — децентралізоване зберігання даних, що використовує доказування з нуля для підтвердження збереження і цілісності без розкриття даних.

Інструменти приватних транзакцій

Tornado Cash — сервіс для змішування транзакцій у Ethereum за допомогою zk-SNARKs, що розриває зв’язок між адресами відправника і отримувача, забезпечуючи приватність.

Майбутнє доказування з нуля

Доказування з нуля — це не просто технологічний прорив, а ключ до розв’язання суперечності між приватністю і прозорістю у блокчейні. На сьогодні більшість систем змушені обирати між цим двома аспектами. Технологія дозволяє отримати і те, і інше.

Майбутні перспективи включають:

Баланс приватності і регулювання — з розвитком технологій з’явиться можливість захищати приватність користувачів і водночас забезпечувати контроль і регулювання з боку держави.

Міжланцюгова взаємодія — доказування з нуля стане мостом між різними блокчейнами, сприяючи створенню справжньої інтернет-екосистеми фінансів.

Квантобезпечні криптографічні схеми — дослідження у цій сфері допоможуть створити довгостроково безпечні рішення.

Децентралізовані системи ідентифікації — системи самоврядної ідентифікації на базі доказування з нуля дозволять користувачам повністю контролювати свої дані і взаємодіяти з будь-якими сервісами.

Захист приватності у AI і машинному навчанні — можливість проводити об’єднане навчання і обчислення без розкриття вихідних даних.

Розвиток доказування з нуля потребує подолання обчислювальних і технічних викликів, а також регуляторних бар’єрів. Однак його потенціал революціонізує спосіб, яким ми балансуватимемо приватність, безпеку і ефективність у цифровому світі.

Додаткові матеріали для читання

• Огляд проєктів другого рівня в Ethereum
• Масштабування блокчейнів: Layer 1 vs Layer 2
• Варті уваги екосистеми Layer 2
• Біткоїн і Layer 2: перспективи###2024###
• Відмінності між Layer 2, Layer 3 і вищими рівнями
• Мережі Layer 0: основи масштабованості блокчейнів