Доказательство с нулевым разглашением (ZKP) Что это? - Полное руководство от концепции до применения в блокчейне

Что такое zk? Это вопрос, который всё чаще задают участники сообщества блокчейн, когда эта технология становится ключом к решению самых больших задач Web3. Zero Knowledge Proof — это изначально технология шифрования, позволяющая доказать, что вы знаете что-то, не раскрывая при этом никаких деталей об этом. Представьте, что вы хотите попасть в клуб и просто предъявляете удостоверение личности, чтобы подтвердить свой возраст, не раскрывая адрес проживания или другие личные данные — именно в этом заключается сила этой технологии.

В контексте развития блокчейна ZKP — это не только теоретическая концепция, но и практический инструмент, который идеально балансирует между приватностью и прозрачностью. Эта технология открывает возможности защиты конфиденциальной информации при сохранении целостности и безопасности данных в блокчейне.

Zk — что это? — Определение Zero Knowledge Proof

В основе zk — что такое? Zero Knowledge Proof — это криптографический протокол, позволяющий одной стороне (доказателю) убедить другую сторону (проверяющего), что определённое утверждение истинно, не раскрывая никаких деталей этого утверждения.

Конкретный пример: вы хотите доказать, что вам больше 18 лет, чтобы попасть в какое-то заведение, не раскрывая дату рождения, месяц или год рождения. Или в криптовалютной среде — вы можете доказать, что владеете определённой суммой, не раскрывая баланс своего счёта. Это похоже на концепцию Zero Knowledge Proof, где информация защищена, но факт её наличия подтверждён.

Механизм работы ZKP — умное подтверждение без раскрытия секретов

Секрет ZKP — в возможности подтверждения данных без необходимости раскрывать всю информацию. Он использует сложные математические уравнения, при которых доказатель может отправить проверяющему математическое доказательство, не раскрывая исходных данных.

Процесс состоит из трёх основных этапов:

Этап 1 — Обязательство (Commitment): Доказатель создаёт математическое обязательство относительно информации, которую хочет доказать, не раскрывая саму информацию.

Этап 2 — Вызов (Challenge): Проверяющий посылает случайный вопрос для проверки достоверности обязательства.

Этап 3 — Ответ (Response): Доказатель отвечает математическим образом, не раскрывая исходные данные, но достаточно, чтобы подтвердить знание ответа.

Представьте человека, проходящего через сложный лабиринт. Он оставляет цифровые следы, доказывающие, что он нашёл выход, но сам маршрут остаётся полностью секретным. Проверяющий проверяет эти следы, чтобы убедиться, что человек действительно прошёл путь, не зная, каким именно он был.

Основные преимущества Zero Knowledge Proof

Zero Knowledge Proof предоставляет ряд мощных преимуществ для блокчейна и приложений Web3:

Повышенная приватность: zk — что такое, если не инструмент защиты чувствительных данных? ZKP позволяет доказать владение информацией или выполнение задачи без раскрытия каких-либо дополнительных деталей. Это защищает конфиденциальные данные, такие как количество транзакций, личность отправителя и получателя, или даже голосование в DAO.

Усиленная безопасность системы: ZKP может подтвердить законность сложных вычислений без необходимости доверять централизованному источнику. Это устраняет ненужных посредников и значительно снижает потенциальные уязвимости.

Повышенная эффективность работы: по сравнению с традиционными методами подтверждения, ZKP позволяет оптимизировать процессы, проверяя сложные вычисления гораздо эффективнее, что полезно в управлении цепочками поставок или обнаружении мошенничества.

ZK Rollups — прорыв в масштабируемости блокчейна

Одно из самых впечатляющих применений этой технологии — ZK Rollups, революция в масштабируемости блокчейна. ZK Rollups — это мощные инструменты обработки транзакций вне цепочки.

Вместо того чтобы перегружать основной блокчейн каждой отдельной транзакцией, ZK Rollups объединяют сотни или даже тысячи транзакций в «сводку» (rollup). Главное — ZK Rollups не только отправляют эту сводку, но и подтверждают её правильность с помощью Zero Knowledge Proofs, не раскрывая личные данные транзакций. Это похоже на то, как вы входите в клуб, предъявляя только удостоверение, не раскрывая адрес.

Влияние ZK Rollups на блокчейны

Пример: ZK Rollups могут увеличить пропускную способность Ethereum до впечатляющих показателей, объединяя множество транзакций в один блок, обрабатываемый вне цепочки. После обработки, в сеть Ethereum отправляется доказательство Zero Knowledge, подтверждающее правильность всех транзакций без раскрытия деталей. Такой механизм помогает снизить нагрузку на сеть, повысить скорость транзакций и позволяет Ethereum обрабатывать миллионы операций в секунду.

Преимущества ZK Rollups включают:

• Очень быстрая обработка транзакций: обработка вне цепочки сокращает комиссии и время ожидания, делая криптовалютные операции более плавными и доступными.

• Высокая масштабируемость: представьте блокчейн, способный обрабатывать миллионы транзакций в секунду — ZK Rollups открывают путь к этому, расширяя возможности блокчейн-технологий.

• Повышенная приватность: ZKP сохраняет детали транзакций в тайне, защищая права пользователей.

• Децентрализация: ZK Rollups сохраняют децентрализованный характер блокчейна, отправляя только доказательства в основную цепь.

• Значительная экономия затрат: обработка вне цепочки снижает транзакционные сборы, делая операции более доступными.

Практическое применение Zero Knowledge Proof

Что такое zk в реальной жизни? Эта технология способна революционизировать множество сфер:

В области блокчейна и Web3

Масштабирование Layer 2: одно из самых популярных применений — решения второго уровня. ZK Rollups позволяют объединять транзакции в одно доказательство, повышая масштабируемость и приватность.

Два основных типа — zk-SNARK и zk-STARK:

• zk-SNARK: известны высокой эффективностью, требуют начальной «настройки доверия»
• zk-STARK: считаются устойчивыми к угрозам квантовых компьютеров и не требуют доверенной настройки

Другие применения в блокчейне:

• Значительное увеличение пропускной способности: ZK-Rollups решают ограничения Layer 1, объединяя транзакции, делая их быстрее, дешевле и масштабируемее.

• Подтверждение целостности данных: доказательство, что данные не подделаны, без необходимости скачивать весь файл. Например, ZKP может подтвердить, что у вас есть действующее водительское удостоверение или паспорт, не раскрывая сам документ.

• Улучшение децентрализованных оракулов: такие сервисы, как Chainlink, могут использовать ZKP для повышения приватности, безопасности, надежности и масштабируемости.

• Безопасные вычисления с несколькими участниками: совместное выполнение вычислений без раскрытия личных данных, что способствует развитию новых приложений машинного обучения и ИИ с защитой приватности.

Вне блокчейна

• Финансовые транзакции: представьте покупку продуктов, не раскрывая остаток на счёте. В таких криптовалютах, как Zcash, ZKP подтверждает транзакции без раскрытия отправителя, получателя или суммы, повышая анонимность.

• Медицинские данные: делитесь только необходимой информацией, не раскрывая лишних данных. ZKP позволяет передавать медицинские сведения для исследований, сохраняя конфиденциальность.

• Электронное голосование: ZKP подтверждает, что голосование прошло честно, не раскрывая выбор каждого избирателя.

• Управление цепочками поставок: компании могут доказать подлинность и происхождение товаров, не раскрывая коммерческую тайну.

• Аутентификация без пароля: исключение уязвимых паролей. ZKP позволяет доказать знание пароля без его раскрытия.

• Управление цифровыми правами: контроль доступа к защищённому контенту без необходимости использования сложных систем защиты.

• Биометрическая аутентификация: подтверждение личности по отпечаткам или лицу без хранения исходных биометрических данных.

• Безопасное облачное хранение: храните данные в облаке, не предоставляя полный доступ поставщикам услуг.

Передовые криптопроекты, использующие ZK-технологии

Следующие криптопроекты лидируют в применении Zero Knowledge Proof:

Loopring — децентрализованный обменник, использующий ZK Rollups для объединения множества транзакций, снижая комиссии и увеличивая пропускную способность Ethereum. Обеспечивает быстрые и недорогие операции.

Zcash — проект, ориентированный на приватность, использует zk-SNARK для полной защиты информации о транзакциях, включая отправителя, получателя и сумму, обеспечивая абсолютную конфиденциальность.

Filecoin — децентрализованная сеть хранения данных, использует ZKP для подтверждения хранения и целостности данных без раскрытия содержимого, что важно для защиты приватности.

StarkWare — платформа для разработки решений масштабируемости с помощью zk-STARK, позволяющая ускорить транзакции и снизить издержки.

Immutable X — платформа для NFT, использует ZK proofs для почти мгновенных транзакций без комиссий на Ethereum.

Secret Network — фокусируется на приватных смарт-контрактах, обеспечивая конфиденциальность данных и вычислений.

Mina Protocol — ранее Coda, поддерживает очень маленький размер блокчейна благодаря zk-SNARK, что позволяет полноценно участвовать даже на смартфонах.

Aztec Protocol — ориентирован на приватные транзакции в DeFi, создавая безопасные и приватные финансовые операции.

ZkSync — обеспечивает быстрые и безопасные транзакции на Ethereum через ZK Rollups, хорошо совместим с экосистемой Ethereum.

Hermez Network — ускоряет транзакции и снижает издержки на Ethereum с помощью ZK Rollups.

Tornado Cash — использует zk-SNARK для анонимизации транзакций Ethereum, разрушая цепочные связи между адресами.

Возможные проблемы и риски

Несмотря на многообещающие перспективы, у Zero Knowledge Proof есть и сложности:

Высокие вычислительные требования: создание и проверка доказательств ZK требуют значительных ресурсов, что может ограничить применение на устройствах с низкой мощностью.

Технологическая молодость: ZK всё ещё развивается, интеграция с существующими блокчейнами вызывает сложности по совместимости, эффективности и безопасности.

Зависимость от доверенной настройки: zk-SNARK требуют начальной «настройки доверия». Уязвимости на этом этапе могут поставить под угрозу всю систему.

Угрозы квантовых компьютеров: развитие квантовых технологий может разрушить существующие zk-SNARK, что требует разработки квантостойких решений.

Риски централизации: ZK Rollups могут сосредоточить контроль в руках секвенсера, вызывая опасения по поводу децентрализации.

Злоупотребление приватностью: возможность использования ZK для нелегальных целей, таких как отмывание денег или уклонение от налогов, требует соответствующего регулирования.

Кибератаки: пользователи, взаимодействующие с приложениями на базе ZK, остаются уязвимыми к мошенничествам, если не проявлять осторожность.

Будущее Zero Knowledge Proof в блокчейне

Zero Knowledge Proof — это не только криптографическая концепция, но и фундамент для следующего этапа развития блокчейна. Они объединяют приватность, безопасность и эффективность — ключевые компоненты для масштабирования технологий блокчейн.

ZKP обещают революцию в децентрализованной идентификации, обеспечении безопасности вычислений между сторонами и создании блокчейнов, устойчивых к квантовым атакам. Однако для широкого внедрения необходимо решить такие проблемы, как высокая вычислительная сложность, технологическая молодость и повышение осведомлённости пользователей.

Несмотря на сложности, будущее Zero Knowledge Proof выглядит многообещающим благодаря постоянным инновациям. Это технологический прогресс и инструмент, который поможет вернуть контроль, раскрыть потенциал и сформировать цифровое будущее, где приватность, безопасность и масштабируемость сосуществуют гармонично.