Доказательства с нулевым разглашением, хорошо известные в области анонимных криптовалют, являются очень мощными криптографическими инструментами. Они позволяют доказать, что нам известна информация или что информация верна, без необходимости ее раскрытия. Сфера их применения обширна — от криптовалют до систем голосования.

Понятие доказательства с нулевым разглашением

Шифрование с нулевым разглашением (ZKP) — сложный метод криптографии, при котором данные надежно кодируются таким образом, что их можно проверить, не раскрывая никаких подробностей об их содержании.

В отличие от обычного шифрования, где для разблокировки данных требуются ключи дешифрования, ZKP позволяет проводить верификацию без доступа к фактической информации. Это обеспечивает максимальную конфиденциальность, при этом позволяя аутентификацию данных.

Как работают доказательства с нулевым разглашением

Zero-knowledge proofs работают с использованием базовых строительных блоков передовых криптографических алгоритмов и математических концепций. Например, используют криптографические хэш-функции для генерации случайных задач для верификаторов, поскольку они работают над развитием взаимного доверия с доказывающими.

Рассмотрим пример того, как два пользователя могут использовать доказательства с нулевым разглашением для совершения транзакций:

1. Лицо А (доказывающее) хочет выполнить транзакцию с использованием конфиденциальной монеты ZCash, чтобы ни один наблюдатель блокчейна не мог извлечь какие-либо подробности транзакции (переведенную сумму, адрес, на который осуществляется перевод, и др.);
2. Лицо B (верификатор) ожидает получить ZCash от лица A, но не знает его личных данных, таких как общая сумма активов, хранящихся в кошельке лица A;
3. Лицо А шифрует транзакцию и отправляет ее в блокчейн;
4. Лицо А отправляет ZKP с зашифрованной транзакцией, чтобы доказать, что транзакция действительна;
5. Узлы в блокчейне проверяют ZKP, чтобы убедиться, что зашифрованная транзакция лица А действительна;
6. Если ZKP действителен, лицо B его примет;
7. ZCash перемещается со счета лица А на счет лица Б;
8. Транзакция навсегда записывается в блокчейн.

Типы доказательств с нулевым разглашением

Существует два вида zero-knowledge proofs:

• Интерактивные доказательства с нулевым разглашением: позволяют осуществлять двустороннюю коммуникацию между сторонами. Проверяющий активно участвует в процессе, отправляя запросы доказывающей стороне, получая ответы. Не подходят для приложений блокчейна, поскольку необходимость в повторных взаимодействиях нецелесообразна;
• Неинтерактивные доказательства с нулевым разглашением: предполагает отправку единого сообщения от доказывающей стороны проверяющей стороне, содержащего необходимую информацию для доказательства. Не требуется дальнейшего взаимодействия между проверяющим и доказывающим. Проверяющая сторона может проверить доказательство самостоятельно. Подходят для приложений блокчейна, поскольку снижают потребность в коммуникации, повышают эффективность и могут быть проверены любым участником сети. Таким образом, обеспечивают надежную проверку и легкую интеграцию в смарт-контракты и децентрализованные протоколы.

Учитывая удобство неинтерактивных ZKP, многие доступные протоколы попадают в категорию неинтерактивных ZKP. Рассмотрим некоторые из них:

• zk-SNARK — это быстрый способ проверить, правда ли что-то, не раскрывая дополнительной информации. Они работают быстро, и уже много лет используются в Zcash. Но требуют надежной настройки, что может быть проблематично;
• zk-STARK являются более новыми и обеспечивают повышенную безопасность от будущих угроз. Им не нужна настройка доверия. Но они оказываются более важными, чем zk-SNARK. Полезны для обеспечения безопасности обмена блокчейнами и закрытых ключей биткоинов;
• Bulletproofs — это особый тип ZKP, обеспечивающий лучшую конфиденциальность транзакций. Позволяют пользователям доказывать, что транзакции действительны, не раскрывая таких деталей как сумма. Подходят для сохранения конфиденциальности транзакций.

Использование доказательств с нулевым разглашением

Рассмотрим основные направления использования ZKP более подробно.

Применение в криптовалютах:

• Конфиденциальность транзакций. В большинстве блокчейнов (например, Биткоин) все транзакции доступны для публичного просмотра. Любой может отслеживать, какие адреса отправляют или получают сколько денег. ZKP можно использовать для подтверждения действительности транзакции (например, доступности отправленной суммы) без раскрытия суммы, адресов отправителя и получателя или других конфиденциальных данных. Пример: в Zcash пользователи могут выполнять “защищенную транзакцию”. Транзакция криптографически защищена с помощью zk-SNARK. Доказывающий доказывает, что отправитель имеет достаточный кредит, баланс корректно переводится с одного адреса на другой, все правила блокчейна соблюдаются. Не раскрываются ни суммы, ни адреса;
• Проверка без полного раскрытия информации. Обычно пользователи блокчейна должны раскрывать все данные своей учетной записи или данные транзакций, чтобы майнеры или валидаторы могли их проверить. Через ZKP валидаторы могут проверять транзакции без просмотра конфиденциальных данных. Пример: zk-SNARK в Zcash – пользователь доказывает, что у него есть правильная подпись для транзакции и он соблюдает правила блокчейна, не раскрывая подпись или содержимое. Zk-Rollups (Ethereum Layer-2) — несколько транзакций объединяются в единую структуру доказательства. Доказательство с нулевым разглашением доказывает, что все включенные транзакции верны, без необходимости проверять каждую из них по отдельности;
• Повышенная эффективность. Такие блокчейны, как Ethereum, страдают от проблем с масштабируемостью, поскольку каждая транзакция должна проверяться всеми узлами. С помощью zk-rollup многие транзакции могут быть объединены и подтверждены одним доказательством с нулевым разглашением. Это существенно снижает нагрузку на основной блокчейн. Пример: zkSync, протокол уровня 2 в Ethereum, использует zk-rollups для объединения тысяч транзакций в один пакет. Доказательства гарантируют точность транзакций без необходимости проверять каждую индивидуально;
• Анонимное голосование и DAO. В децентрализованных организациях (DAO) голосование в блокчейне потенциально может раскрыть личности участников. Участники могут голосовать с помощью ZKP и доказать, что они имеют право голосовать, не раскрывая свою личность или выбор для голосования.

Применение в других отраслях:

• Финансовый сектор: банки могут использовать ZKP, чтобы доказать, что клиенты имеют правильные учетные данные, не раскрывая банковские реквизиты. Это обеспечивает безопасный и эффективный способ аутентификации, одновременно защищая конфиденциальные данные;
• Электронное голосование. Могут использоваться в системах электронного голосования для обеспечения анонимности избирателей и точности голосования;
• Безопасный обмен данными: в областях, где происходит обмен конфиденциальными данными, ZKP позволяют доказать определенные свойства данных без раскрытия самих данных;
• Проверка прозрачности и целостности цепочки поставок: ZKP могут повысить безопасность цепочки поставок, проверяя полномочия поставщиков и подлинность продуктов без раскрытия информации о транзакциях неавторизованным сторонам или конфиденциальной информации о производственном процессе. Кроме того, zero-knowledge proofs могут помочь проверить сертификацию и соответствие нормативным стандартам;
• Цифровая проверка личности. Компании могут использовать шифрование с нулевым разглашением для проверки личности клиентов без раскрытия личной информации, защищая конфиденциальность пользователей.

Преимущества и недостатки ZKP

Плюсы и Минусы Zero-Knowledge Proofs (ZKP)

Заключение

Доказательства с нулевым разглашением позволяют одной стороне доказать информацию другой стороне, фактически не раскрывая эту информацию. Эти принципы используют криптовалюты, ориентированные на конфиденциальность, чтобы предложить своим пользователям полную анонимность. Помимо криптовалют существует множество различных сфер для использования шифрования с нулевым разглашением – это финансовый сектор, системы голосования, логистика и другие.

Как и любые инновации, шифрование с нулевым разглашением имеет свои преимущества и недостатки. Среди плюсов – анонимность, масштабируемость, гибкость и др., среди минусов – сложность внедрения, возможные издержки производительности, ограниченное принятие и другие.