Preuve à divulgation nulle de connaissance (ZKP) dans la Blockchain : Guide pour débutant

Dans la blockchain et le web3, les ZKPs représentent un concept révolutionnaire, équilibrant la balance entre confidentialité et transparence. Imaginez prouver que vous savez quelque chose sans révéler les détails – comme montrer une pièce d'identité pour entrer dans un club sans divulguer votre adresse. Voilà la magie des ZKPs, offrant une sécurité robuste à la blockchain tout en protégeant les informations sensibles.

Issus de la cryptographie, les ZKPs permettent à une partie de prouver à une autre qu'elle connaît une valeur, comme un mot de passe, sans révéler aucune information sur cette valeur. Cela revient à prouver qu'un coffre-fort contient un objet spécifique sans l'ouvrir.

En termes simples, les preuves à divulgation nulle de connaissance (ZKPs) sont des protocoles cryptographiques qui permettent au prouveur (vous) de convaincre le vérificateur (une autre partie) de la véracité d'une déclaration (vous êtes majeur) sans divulguer aucune information supplémentaire (votre date de naissance). C'est comme déverrouiller un coffre secret avec un mot de passe que personne ne peut décrypter.

Comment fonctionnent les ZKPs ? 

La magie des ZKPs réside dans leur capacité à valider des données sans les partager. Elles utilisent des algorithmes mathématiques permettant au prouveur de convaincre le vérificateur d'un fait sans révéler le fait lui-même. Par exemple, dans une transaction en cryptomonnaie, les ZKPs peuvent valider la légitimité de la transaction sans exposer le montant ou les parties impliquées. Cela est rendu possible grâce à des techniques cryptographiques complexes comme les protocoles de "témoignage" et de "réponse-défi" protocoles.

Essayons de comprendre le concept des ZKPs en utilisant l'exemple d'un labyrinthe imaginaire. Le prouveur parcourt le labyrinthe, laissant des traces numériques prouvant qu'il a atteint la sortie sans révéler le chemin emprunté. Le vérificateur examine les traces et est convaincu que le prouveur a terminé le labyrinthe, mais le chemin reste obscur.

Avantages des ZKPs

• Confidentialité renforcée : Les ZKPs vous permettent de prouver que vous possédez certaines informations ou que vous avez accompli des tâches spécifiques sans révéler aucun détail sous-jacent. Cela protège des données sensibles telles que les montants des transactions, l'identité des expéditeurs/récepteurs et les choix de vote dans les DAO.

• Sécurité accrue : Les ZKPs peuvent être utilisés pour vérifier la validité de calculs complexes sans avoir à faire confiance à la source. Cela renforce la sécurité de la blockchain en éliminant le besoin d'intermédiaires et en réduisant les vecteurs d'attaque potentiels.

• Efficacité améliorée : Les ZKPs peuvent rationaliser certains processus en vérifiant des calculs complexes plus efficacement que les méthodes traditionnelles. Cela peut bénéficier à des domaines tels que la gestion de la chaîne d'approvisionnement et la détection des fraudes.

Les ZK Rollups représentent une avancée révolutionnaire en matière de scalabilité blockchain et de confidentialité, et constituent l'un des cas d'utilisation les plus convaincants de la cryptographie à divulgation nulle de connaissance dans la technologie blockchain. Les ZK Rollups sont des puissances de traitement des transactions hors chaîne. 

Au lieu d'encombrer la blockchain principale avec chaque transaction individuelle, ils regroupent des centaines, voire des milliers de transactions, dans un "rollup". Mais voici la subtilité : les ZK Rollups ne se contentent pas d'envoyer ce résumé en lot ; ils prouvent, grâce à une cryptographie ingénieuse appelée preuves à divulgation nulle de connaissance (ZKPs), que toutes les transactions incluses sont valides, sans révéler aucun détail sensible. Imaginez cela comme montrer votre pièce d'identité pour entrer dans un club sans divulguer votre adresse.

Par exemple, les ZK Rollups peuvent considérablement augmenter le débit des transactions sur Ethereum en regroupant plusieurs transactions en un seul lot traité hors chaîne, réduisant ainsi la charge sur le réseau principal. Après traitement, une preuve à divulgation nulle de connaissance est soumise au mainnet Ethereum, validant toutes les transactions sans en révéler les détails. Ce traitement hors chaîne et la soumission de preuves permettent de réduire la charge du réseau, d'augmenter le débit des transactions et d'améliorer l'efficacité, permettant potentiellement à Ethereum de gérer des millions de transactions par seconde.

Les ZK Rollups exploitent les ZKPs pour offrir non seulement des transactions plus rapides, mais également une confidentialité améliorée pour les utilisateurs et les applications. Cela ouvre de nouvelles possibilités pour la DeFi, les NFT, et d'autres innovations Web3 nécessitant vitesse et confidentialité. 

Quels sont les avantages des ZK Rollups ?

Les Zero Knowledge (ZK) Rollups révolutionnent le paysage blockchain en apportant une série d'améliorations qui répondent à certains des défis les plus pressants dans l'adoption des technologies blockchain. Ces rollups ne sont pas qu'un concept théorique mais une solution pratique qui améliore la vitesse des transactions, la scalabilité, la confidentialité et la rentabilité, tout en préservant le principe fondamental de décentralisation. Voici un aperçu des multiples avantages que les ZK Rollups apportent au monde de la blockchain, établissant un nouveau standard d'efficacité et d'expérience utilisateur.

• Transactions ultra-rapides : Grâce au traitement des transactions hors chaîne, les ZK Rollups réduisent considérablement les frais de gaz et les temps d'attente, rendant le trading de cryptos plus fluide et abordable.

• Scalabilité accrue : Imaginez une blockchain capable de traiter des millions de transactions par seconde. Les ZK Rollups ouvrent la voie à une adoption massive et débloquent le plein potentiel de la technologie blockchain.

• Confidentialité renforcée : Les ZKPs préservent les détails des transactions, protégeant l'anonymat des utilisateurs et favorisant la confiance dans le système financier.

• Décentralisation préservée : Les ZK Rollups conservent la nature décentralisée des blockchains en soumettant uniquement les preuves à la chaîne principale, garantissant la transparence et la confiance tout en améliorant l'efficacité.

• Frais réduits : Avec le traitement des transactions hors chaîne, les frais deviennent naturellement plus bas, rendant le trading de cryptos et les interactions blockchain plus abordables pour tous. 

Imaginez des prêts DeFi qui ne nécessitent pas de divulguer votre historique financier ou voter dans des DAOs tout en préservant votre anonymat. Les ZKPs permettent un avenir où les transactions financières et la gouvernance deviennent véritablement privées, protégeant les informations sensibles tout en exploitant la transparence de la technologie blockchain.

La cryptographie à divulgation nulle peut ouvrir des possibilités dans divers secteurs. Voici un aperçu des cas d’utilisation de ZKE :

Cas d’utilisation de la divulgation nulle dans la technologie blockchain 

Un des cas d'utilisation les plus populaires de la technologie Zero-knowledge (ZK) dans la blockchain concerne les réseaux de couche 2. Les preuves ZK permettent aux solutions de couche 2 de regrouper des transactions en une seule preuve, améliorant ainsi la scalabilité et la confidentialité en validant les transactions sans exposer les détails. Deux types sont zk-SNARKs, connus pour leur efficacité, et zk-STARKs, qui résistent aux menaces informatiques quantiques. Ils augmentent le débit des transactions et la confidentialité, utiles dans les applications financières décentralisées et d'entreprise.

Voici d'autres cas d’utilisation du chiffrement ZK dans l’industrie blockchain :

• Blockchains évolutifs : Les ZK-Rollups répondent aux limitations des blockchains de couche 1 (en utilisant des paquets de transactions avec des preuves préservant la confidentialité), exploitant les ZKE pour des transactions plus rapides et moins coûteuses, améliorant ainsi l'évolutivité des blockchains.

• Vérification de l'intégrité des données : Prouver que les données n'ont pas été altérées sans télécharger l'intégralité du fichier, simplifiant les processus et économisant des ressources. Par exemple, les ZKP peuvent prouver qu'un utilisateur possède une pièce d'identité valide (comme un permis de conduire ou un passeport) sans divulguer le document lui-même, renforçant la confidentialité dans les processus de vérification en ligne.

• Oracles décentralisés : Les preuves à connaissance nulle (ZKP) améliorent les oracles décentralisés tels que Chainlink dans les écosystèmes blockchain en augmentant la confidentialité, la sécurité, la confiance, l'évolutivité et la conformité réglementaire. Les ZKP permettent aux oracles de vérifier l'exactitude des données sans révéler ces données, garantissant la confidentialité et le respect de la vie privée des utilisateurs. Ils maintiennent également l'intégrité des données et empêchent les fraudes en validant l'authenticité des informations. 

• Calcul multipartite sécurisé (MPC) : Collaborer sur des calculs sans révéler les entrées individuelles, ouvrant des portes à de nouvelles applications d'IA et de machine learning préservant la confidentialité.

• Gestion des droits numériques (DRM) : Contrôler l'accès aux contenus protégés par le droit d'auteur sans recourir à des mesures de protection invasives.

• Messagerie sécurisée : Envoyer des messages confidentiels avec un chiffrement de bout en bout inviolable tout en maintenant l'intégrité des messages.

• Équité dans les jeux en ligne : Les ZKP peuvent être utilisés dans les jeux en ligne pour prouver qu'un résultat de jeu est équitable sans révéler l'algorithme ou la logique sous-jacente du jeu.

• Vérification de la propriété des NFTs : Ils peuvent authentifier la propriété et l'originalité des NFTs (Non-Fungible Tokens) sans divulguer l'identité du propriétaire.

Applications courantes des ZKP

Voici d'autres usages concrets des preuves à connaissance nulle : 

• Transactions financières : Imaginez acheter des courses sans révéler votre solde bancaire. Les ZKE permettent des paiements anonymes, protégeant les détails des transactions tout en respectant les lois. Par exemple, dans les cryptomonnaies comme Zcash, les ZKP valident les transactions sans révéler l'expéditeur, le destinataire, ni le montant de la transaction, renforçant la confidentialité.

• Dossiers médicaux : Partager uniquement les informations médicales nécessaires au diagnostic avec une assurance absolue qu'aucune fuite supplémentaire ne se produit - les ZKE permettent aux patients de contrôler leurs données sensibles. Dans le domaine de la santé, les ZKP permettent de partager les données des patients pour des recherches ou des traitements tout en préservant leur vie privée et en respectant des réglementations comme HIPAA.

• Systèmes de vote : Les ZKP peuvent être utilisés dans les systèmes de vote électronique pour vérifier qu'un vote a été correctement exprimé sans révéler le choix de l'électeur, assurant à la fois la confidentialité et l'intégrité du processus de vote.

• Vérification des biens dans la gestion des chaînes d'approvisionnement (SCM) : Les entreprises peuvent utiliser les ZKP pour prouver l'authenticité et l'origine des produits dans une chaîne d'approvisionnement sans révéler des informations commerciales sensibles ou des secrets industriels.

• Notation de crédit dans les applications financières : Les ZKP peuvent permettre aux individus de prouver qu'ils remplissent certains critères de crédit sans révéler leur situation financière exacte.

• Accès confidentiel aux registres publics : Les gouvernements peuvent utiliser les ZKP pour permettre un accès sécurisé et privé à des registres publics tout en s'assurant que les informations sensibles ne sont pas exposées inutilement.

• Authentification sans mot de passe : Abandonnez les mots de passe vulnérables. Les ZKE vous permettent de prouver que vous connaissez le mot de passe sans le révéler, minimisant les risques de piratage.

• Stockage en cloud : Stocker des données de manière sécurisée dans le cloud sans accorder un accès complet aux données brutes aux fournisseurs de services cloud. Les ZKE garantissent le décryptage uniquement avec une autorisation appropriée.

• Vérification biométrique : Prouver votre identité avec la reconnaissance d'empreintes digitales ou faciale sans stocker les données biométriques brutes, réduisant ainsi les préoccupations liées à la confidentialité. 

• Mises à jour logicielles : Vérifier que les mises à jour logicielles sont légitimes et inviolables sans partager le code source privé, améliorant la sécurité et la confiance.

Rappelez-vous, les ZKE évoluent encore, mais leurs applications promettent énormément. À mesure que les recherches et développements progressent, nous pouvons nous attendre à ce que les ZKE révolutionnent la confidentialité des données, la sécurité et l'efficacité dans divers secteurs, redéfinissant notre interaction avec la technologie à l'avenir.

De nombreux projets crypto passionnants, notamment dans l'écosystème Ethereum, sont pionniers dans l'utilisation des ZKP :

• Loopring : Loopring utilise les preuves à divulgation nulle de connaissance (ZK proofs) pour regrouper plusieurs transferts en une seule transaction. Cela réduit considérablement les frais de gaz et augmente le débit des transactions sur le réseau Ethereum. Principalement axé sur les échanges décentralisés (DEX), Loopring permet un trading de cryptomonnaies rapide et économique. En tête dans les ZK Rollups, Loopring offre un trading crypto rapide et à faible coût sur Ethereum. 

• Zcash : Zcash est un pionnier de la confidentialité, utilisant zk-SNARKs pour dissimuler complètement les montants des transactions et les identités des expéditeurs et des destinataires, garantissant une confidentialité inégalée. En tant que cryptomonnaie, elle offre un haut niveau de confidentialité pour les utilisateurs qui privilégient la confidentialité dans leurs transactions financières.

• Filecoin : Ce réseau de stockage décentralisé utilise des ZK proofs pour vérifier le stockage et l'intégrité des données sans avoir à révéler les données elles-mêmes. Cela est essentiel pour garantir la confidentialité et la sécurité dans un écosystème de stockage de fichiers décentralisé.

• StarkWare : StarkWare fournit une plateforme permettant aux développeurs de créer des solutions de mise à l'échelle personnalisées en utilisant les ZK-STARKs, facilitant des transactions plus rapides et moins coûteuses. En permettant aux développeurs de concevoir des DApps plus efficaces, StarkWare élargit la portée et la scalabilité de l'écosystème Ethereum.

• Immutable X : Ciblant les NFT, Immutable X utilise des ZK proofs pour permettre un trading de NFT quasi instantané et sans frais de gaz sur Ethereum. Immutable X est particulièrement attrayant pour les développeurs de jeux et les passionnés de jeux vidéo grâce à son efficacité et à son faible coût pour les transactions NFT. 

• Secret Network : Secret Network se concentre sur la confidentialité des smart contracts. Il garantit que les données et les calculs au sein des contrats restent confidentiels. Cela est particulièrement pertinent pour les applications de finance décentralisée (DeFi) privées et autres applications blockchain axées sur la confidentialité.

• Mina Protocol (anciennement Coda) : Mina Protocol maintient une taille de blockchain extrêmement compacte grâce aux zk-SNARKs, ce qui permet même aux smartphones de participer pleinement au réseau. Cela rend la blockchain incroyablement accessible et conviviale, favorisant une adoption plus large.

• Aztec Protocol : Aztec Protocol se concentre sur les transactions privées dans l'espace DeFi, y compris les prêts et emprunts confidentiels. Il ouvre la voie à un avenir où les transactions financières sur la blockchain peuvent être à la fois sécurisées et privées.

• ZKsync : ZKsync propose des transactions rapides et sécurisées sur Ethereum, en tirant parti de l'efficacité des ZK Rollups. La compatibilité de ZKsync avec l'écosystème Ethereum existant est un avantage majeur, facilitant son adoption par les développeurs et les utilisateurs.

En savoir plus sur ZKsync et son fonctionnement.

• Hermez Network : En mettant en œuvre les ZK Rollups, Hermez Network augmente considérablement les vitesses de transaction et réduit les coûts sur le réseau Ethereum. Cela rend les transactions Ethereum plus efficaces, particulièrement bénéfique pour les transactions à volume élevé et à faible valeur. 

• Tornado Cash : Tornado Cash utilise les zk-SNARKs pour anonymiser les transactions Ethereum. Il brise le lien on-chain entre les adresses source et destination. Ce service est crucial pour les utilisateurs recherchant la confidentialité dans leurs transactions, leur permettant de transacter sur Ethereum tout en maintenant l'anonymat.

Bien que la cryptographie ZK offre un potentiel immense pour la technologie blockchain, il est essentiel de reconnaître les risques et défis potentiels associés à son implémentation. Ceux-ci incluent :

1. Complexité computationnelle : La génération et la vérification des preuves ZK peuvent être intensives en ressources informatiques, ce qui limite potentiellement une adoption plus large, en particulier sur les appareils aux ressources limitées.

2. Immaturité technologique : La cryptographie ZK est encore en pleine évolution, et son intégration transparente avec les plateformes blockchain existantes pose des défis de compatibilité, d'efficacité et de sécurité.

3. Confiance limitée dans la configuration : Les ZK-SNARKs, un type courant de preuve ZK, reposent sur une « configuration de confiance » unique pour générer des paramètres cryptographiques. Des vulnérabilités de sécurité lors de cette phase pourraient compromettre l'ensemble du système.

4. Menace de l'informatique quantique : L'émergence de l'informatique quantique pourrait potentiellement compromettre les schémas actuels des ZK-SNARKs. Des recherches continues sont nécessaires pour développer une cryptographie ZK résistante aux ordinateurs quantiques.

5. Inquiétudes liées à la centralisation : Bien que les ZK Rollups améliorent la scalabilité, ils concentrent intrinsèquement le pouvoir de vérification des transactions entre les mains des séquenceurs, ce qui peut soulever des préoccupations liées à la centralisation.

6. Potentiel d'usage abusif : L'aspect confidentialité de la cryptographie ZK pourrait être détourné pour faciliter des activités illégales telles que le blanchiment d'argent ou l'évasion fiscale. Des cadres réglementaires et des considérations éthiques sont nécessaires pour atténuer ces risques.

7. Attaques d'ingénierie sociale : Les utilisateurs interagissant avec des applications basées sur les preuves ZK restent vulnérables aux attaques d'ingénierie sociale s'ils sont victimes d'escroqueries ou de tentatives d'hameçonnage. La sensibilisation à la sécurité et l'éducation sont essentielles.

Les preuves à divulgation nulle de connaissance et les Rollups ne sont pas seulement des curiosités cryptographiques, mais constituent des éléments essentiels pour la prochaine phase de l'évolution de la blockchain. Elles offrent un mélange unique de confidentialité, de sécurité et d'efficacité, ce qui les rend indispensables pour élargir l'adoption des solutions basées sur la blockchain. 

La technologie à connaissance nulle (ZK) promet un avenir avec une confidentialité, une sécurité et une scalabilité améliorées. 

La ZK garantit également la confidentialité en anonymisant les transactions et en protégeant les données personnelles. Elle améliore la sécurité en vérifiant des calculs complexes sans exposer les détails. Au-delà de ces avantages, la ZK pourrait révolutionner l'identité décentralisée, sécuriser les calculs multipartites, et même permettre la création de blockchains résistantes aux technologies quantiques.

Cependant, des défis tels que la complexité computationnelle, l'immaturité technologique et la compréhension du public doivent être surmontés pour une adoption plus large. Malgré cela, l'avenir de la ZK reste prometteur grâce aux développements et mises en œuvre en cours. C'est à la fois une avancée technologique et un moyen de reprendre le contrôle, de libérer le potentiel, et de façonner un avenir numérique où la confidentialité, la sécurité et la scalabilité coexistent.

1. Les meilleurs projets Ethereum Layer-2 à connaître

2. Blockchain Layer-1 vs Layer-2 : Solutions de scalabilité expliquées 

3. Les meilleurs réseaux Layer-2 à surveiller 

4. Les meilleurs projets Bitcoin Layer-2 à connaître en 2024

5. Layer-2 vs Layer-3 : Tout ce qu’il faut savoir 

6. Les meilleurs réseaux Layer-0 : La colonne vertébrale de la scalabilité blockchain