Dowody Zerowej Wiedzy (ZKP) w Blockchain: Przewodnik dla Początkujących

W blockchain i web3, dowody zerowej wiedzy (ZKP) stanowią przełomową koncepcję, równoważącą prywatność i przejrzystość. Wyobraź sobie, że możesz udowodnić, że coś wiesz, nie ujawniając szczegółów – jak pokazanie dowodu osobistego, aby wejść do klubu, bez ujawniania swojego adresu. To właśnie magia ZKP, które oferują solidne bezpieczeństwo blockchain przy jednoczesnym ochronie wrażliwych informacji.

Wychodząc z kryptografii, ZKP pozwalają jednej stronie udowodnić drugiej, że zna wartość, na przykład hasło, nie ujawniając żadnych informacji dotyczących tej wartości. To jak udowodnienie, że zamknięty sejf zawiera określony przedmiot, bez otwierania sejfu.

W skrócie, dowody zerowej wiedzy (ZKP) to protokoły kryptograficzne umożliwiające osobie udowadniającej (tobie) przekonanie osoby weryfikującej (innej strony) o prawdziwości stwierdzenia (masz pełnoletność) bez ujawnienia dodatkowych informacji (daty urodzenia). To jak otwieranie tajnego skarbca za pomocą hasła, którego nikt nie może rozszyfrować.

Jak działają ZKP? 

Magia ZKP polega na ich zdolności do weryfikacji danych bez ich udostępniania. Wykorzystują one algorytmy matematyczne, w których osoba udowadniająca może przekonać osobę weryfikującą o fakcie, nie ujawniając samego faktu. Na przykład w transakcji kryptowalutowej ZKP mogą potwierdzić legalność transakcji bez ujawnienia jej kwoty ani stron transakcji. Osiąga się to dzięki zaawansowanym technikom kryptograficznym, takim jak "świadek" i protokoły "wyzwanie-odpowiedź", protokoły.

Spróbujmy zrozumieć koncepcję ZKP na przykładzie wyimaginowanego labiryntu. Osoba udowadniająca przechodzi przez labirynt, zostawiając cyfrowe ślady, które udowadniają, że dotarła do wyjścia, nie ujawniając rzeczywistej trasy. Osoba weryfikująca sprawdza ślady i jest przekonana, że osoba udowadniająca ukończyła labirynt, ale ścieżka pozostaje nieznana.

Zalety ZKP

• Zwiększona prywatność: ZKP pozwalają udowodnić, że posiadasz określone informacje lub wykonałeś określone zadania bez ujawniania jakichkolwiek szczegółowych danych. Chroni to wrażliwe informacje, takie jak kwoty transakcji, tożsamości nadawcy/odbiorcy czy wybory głosowania w DAO.

• Zwiększone bezpieczeństwo: ZKP mogą być używane do weryfikacji poprawności skomplikowanych obliczeń bez konieczności zaufania źródłu. Wzmacnia to bezpieczeństwo blockchain poprzez eliminację potrzeby pośredników i zmniejszenie potencjalnych wektorów ataku.

• Poprawiona efektywność: ZKP mogą usprawniać pewne procesy poprzez bardziej efektywną weryfikację skomplikowanych obliczeń niż tradycyjne metody. Może to przynieść korzyści w obszarach takich jak zarządzanie łańcuchem dostaw czy wykrywanie oszustw.

ZK Rollups stanowią rewolucyjny krok naprzód w skalowalności blockchaina i prywatności, będąc jednym z najbardziej przekonujących przypadków użycia szyfrowania typu zero-knowledge w technologii blockchain. ZK Rollups to potężne mechanizmy przetwarzania transakcji poza łańcuchem. 

Zamiast obciążać główny blockchain każdą pojedynczą transakcją, agregują setki, a nawet tysiące transakcji w tzw. "rollup". Ale oto haczyk: ZK Rollups nie przesyłają tylko podsumowania tej paczki; udowadniają, przy użyciu sprytnej kryptografii zwanej Zero-Knowledge Proofs (ZKP), że wszystkie zawarte w niej transakcje są ważne, nie ujawniając żadnych wrażliwych szczegółów. To trochę jak pokazanie dowodu tożsamości przy wejściu do klubu bez ujawniania swojego adresu.

Na przykład, ZK Rollups mogą znacząco zwiększyć przepustowość transakcji Ethereum poprzez agregację wielu transakcji w jedną paczkę przetwarzaną poza łańcuchem, zmniejszając obciążenie głównej sieci. Po przetworzeniu dowód zero-knowledge jest przesyłany do głównej sieci Ethereum, potwierdzając ważność wszystkich transakcji bez ujawniania ich szczegółów. To przetwarzanie poza łańcuchem i przesyłanie dowodów zmniejsza obciążenie sieci, zwiększa przepustowość transakcji i poprawia efektywność, potencjalnie umożliwiając Ethereum obsługę milionów transakcji na sekundę.

ZK Rollups wykorzystują ZKP, aby osiągnąć nie tylko szybsze transakcje, ale również zwiększoną prywatność dla indywidualnych użytkowników i aplikacji. Otwiera to nowe możliwości dla DeFi, NFT oraz innych Web3 innowacji wymagających szybkości i poufności. 

Jakie są korzyści ZK Rollups?

Zero Knowledge (ZK) Rollups rewolucjonizują przestrzeń blockchain, oferując zestaw ulepszeń, które rozwiązują jedne z najpilniejszych wyzwań związanych z wdrażaniem technologii blockchain. Te rollupy to nie tylko teoretyczna koncepcja, ale praktyczne rozwiązanie zwiększające szybkość transakcji, skalowalność, prywatność i przystępność kosztową, jednocześnie zachowując fundamentalną zasadę decentralizacji. Oto bliższe spojrzenie na wielowymiarowe korzyści, jakie ZK Rollups wnoszą do świata blockchain, ustanawiając nowy standard efektywności i doświadczenia użytkownika.

• Ekspresowe transakcje: Poprzez realizację transakcji off-chain, ZK Rollups znacząco obniżają opłaty za gaz oraz czas oczekiwania, czyniąc handel kryptowalutami płynniejszym i bardziej przystępnym cenowo.

• Zwiększona skalowalność: Wyobraź sobie blockchain, który może obsługiwać miliony transakcji na sekundę. ZK Rollups torują drogę do masowej adopcji i uwalniają pełen potencjał technologii blockchain.

• Poprawiona prywatność: Dowody zerowej wiedzy (ZKP) ukrywają szczegóły transakcji, chroniąc anonimowość użytkowników oraz budując zaufanie do systemu finansowego.

• Zachowana decentralizacja: ZK Rollups utrzymują zdecentralizowany charakter blockchainów, przesyłając jedynie dowody do głównego łańcucha, zapewniając przejrzystość i zaufanie przy jednoczesnym zwiększeniu efektywności.

• Obniżenie opłat: Dzięki przeniesieniu przetwarzania transakcji poza główny łańcuch, opłaty naturalnie maleją, umożliwiając bardziej przystępne korzystanie z handlu kryptowalutami i innych interakcji na blockchainie dla wszystkich użytkowników. 

Wyobraź sobie pożyczki DeFi bez ujawniania swojej historii finansowej lub głosowanie w DAO bez kompromitowania swojej anonimowości. Dowody zerowej wiedzy (ZKP) umożliwiają przyszłość, w której transakcje finansowe i zarządzanie są naprawdę prywatne, chroniąc wrażliwe informacje przy jednoczesnym wykorzystaniu przejrzystości technologii blockchain.

Szyfrowanie zerowej wiedzy może otworzyć możliwości w różnych sektorach. Oto przegląd przypadków użycia ZKE:

Przypadki użycia zerowej wiedzy w technologii blockchain 

Jednym z najpopularniejszych przypadków użycia technologii zerowej wiedzy (ZK) w blockchainie są sieci warstwy 2. Dowody zerowej wiedzy umożliwiają rozwiązaniom warstwy 2 grupowanie transakcji w pojedynczy dowód, co zwiększa skalowalność i prywatność poprzez weryfikację transakcji bez ujawniania szczegółów. Wyróżnia się dwa typy: zk-SNARKs, znane z efektywności, oraz zk-STARKs, odporne na zagrożenia związane z obliczeniami kwantowymi. Zwiększają przepustowość transakcji i prywatność, co jest przydatne w zdecentralizowanych finansach oraz aplikacjach korporacyjnych.

Oto inne przypadki użycia szyfrowania zerowej wiedzy w branży blockchain: 

• Skalowalne Blockchainy: ZK-Rollupy rozwiązują ograniczenia blockchainów warstwy 1 (przez wykorzystanie pakietów transakcji z dowodami zachowującymi prywatność), wykorzystując ZKE do szybszych, tańszych transakcji, zwiększając skalowalność blockchainów.

• Weryfikacja Integralności Danych: Udowodnij, że dane nie zostały zmanipulowane, bez konieczności pobierania całego pliku, usprawniając procesy i oszczędzając zasoby. Na przykład, ZKP mogą udowodnić, że użytkownik ma ważny dokument (np. prawo jazdy lub paszport), bez ujawniania samego dokumentu, zwiększając prywatność w procesach weryfikacji online.

• Zdecentralizowane Orakle: Dowody zerowej wiedzy (ZKP) poprawiają funkcjonowanie zdecentralizowanych orakli takich jak Chainlink w ekosystemach blockchain, zwiększając prywatność, bezpieczeństwo, zaufanie, skalowalność oraz zgodność regulacyjną. ZKP umożliwiają weryfikację dokładności danych przez orakle bez ujawniania tych danych, zapewniając poufność i prywatność użytkownika. Jednocześnie utrzymują integralność danych i zapobiegają oszustwom poprzez weryfikację autentyczności danych. 

• Bezpieczne Obliczenia Wielostronne (MPC): Współpracuj przy obliczeniach, nie ujawniając indywidualnych danych wejściowych, co otwiera drzwi dla nowych aplikacji AI i uczenia maszynowego zachowujących prywatność.

• Zarządzanie Prawami Cyfrowymi (DRM): Kontroluj dostęp do treści chronionych prawem autorskim bez konieczności stosowania inwazyjnych środków ochrony przed kopiowaniem.

• Bezpieczne Wiadomości: Wysyłaj poufne wiadomości z ochroną przed manipulacją i szyfrowaniem od końca do końca, jednocześnie utrzymując integralność wiadomości.

• Sprawiedliwość w Grach Online: ZKP mogą być stosowane w grach online do udowodnienia, że wynik gry jest sprawiedliwy, bez ujawniania algorytmu lub logiki gry.

• Weryfikacja Własności NFT: ZKP mogą uwierzytelnić własność i oryginalność NFT (Tokenów Niewymienialnych), nie ujawniając tożsamości właściciela.

Główne Zastosowania ZKP

Inne praktyczne zastosowania dowodów zerowej wiedzy obejmują: 

• Transakcje Finansowe: Wyobraź sobie, że kupujesz produkty spożywcze, nie ujawniając swojego salda bankowego. ZKE umożliwia anonimowe płatności, chroniąc szczegóły transakcji przy zachowaniu zgodności z przepisami. Na przykład, w kryptowalutach takich jak Zcash, ZKP pozwalają na weryfikację transakcji bez ujawniania nadawcy, odbiorcy ani kwoty transakcji, zwiększając prywatność.

• Rekordy Medyczne: Udostępniaj tylko niezbędne informacje medyczne do diagnozy, z absolutną pewnością, że nie dojdzie do wycieku danych. ZKE pozwala pacjentom kontrolować swoje wrażliwe dane. W ochronie zdrowia ZKP umożliwiają udostępnianie danych pacjentów na potrzeby badań lub leczenia, przy zachowaniu prywatności pacjenta i zgodności z regulacjami, takimi jak HIPAA.

• Systemy Głosowania: ZKP mogą być wykorzystywane w elektronicznych systemach głosowania, aby zweryfikować, że głos został oddany poprawnie, bez ujawniania wyboru głosującego, zapewniając zarówno prywatność, jak i integralność procesu głosowania.

• Weryfikacja Produktów w Zarządzaniu Łańcuchem Dostaw (SCM): Firmy mogą używać ZKP, aby udowodnić autentyczność i pochodzenie produktów w łańcuchu dostaw, nie ujawniając wrażliwych informacji handlowych ani tajemnic handlowych.

• Skoring Kredytowy w Aplikacjach Finansowych: ZKP pozwalają osobom fizycznym udowodnić, że spełniają określone kryteria kredytowe, bez ujawniania swojej dokładnej sytuacji finansowej.

• Poufny Dostęp do Rejestrów Publicznych: Rządy mogą korzystać z ZKP, aby umożliwić bezpieczny i prywatny dostęp do rejestrów publicznych, zapewniając, że wrażliwe informacje nie są niepotrzebnie ujawniane.

• Logowanie Bez Hasła: Porzuć podatne na ataki hasła. ZKE pozwala udowodnić, że znasz hasło, bez jego ujawniania, minimalizując ryzyko włamań.

• Przechowywanie Danych w Chmurze: Bezpiecznie przechowuj dane w chmurze, nie udzielając pełnego dostępu do surowych danych dostawcom usług w chmurze. ZKE zapewnia odszyfrowanie tylko przy odpowiednim upoważnieniu.

• Weryfikacja Biometryczna: Udowodnij swoją tożsamość za pomocą odcisku palca lub rozpoznawania twarzy, nie przechowując surowych danych biometrycznych, zmniejszając obawy dotyczące prywatności. 

• Aktualizacje Oprogramowania: Zweryfikuj, czy aktualizacje oprogramowania są legalne i odporne na manipulację, bez udostępniania prywatnego kodu źródłowego, zwiększając bezpieczeństwo i zaufanie.

Pamiętaj, ZKE wciąż się rozwija, ale jego zastosowania mają ogromny potencjał. W miarę postępów w badaniach i rozwoju, możemy oczekiwać, że ZKE zrewolucjonizuje prywatność danych, bezpieczeństwo i efektywność w różnych branżach, zmieniając sposób, w jaki wchodzimy w interakcje z technologią w przyszłości.

Wiele ekscytujących projektów kryptograficznych, szczególnie w ekosystemie Ethereum, pioniersko wykorzystuje ZKP:

• Loopring: Loopring wykorzystuje dowody zerowej wiedzy (zero-knowledge proofs), aby agregować wiele transferów w pojedynczą transakcję. To znacząco redukuje opłaty za gaz i zwiększa przepustowość transakcji w sieci Ethereum. Skoncentrowany głównie na zdecentralizowanych giełdach (DEX), Loopring pozwala na szybki i ekonomiczny handel kryptowalutami. Przewodząc w technologii ZK Rollups, Loopring oferuje szybki i niskokosztowy handel kryptowalutami na Ethereum. 

• Zcash: Zcash jest pionierem w dziedzinie prywatności, wykorzystującym zk-SNARKs, aby całkowicie ukryć kwoty transakcji oraz tożsamości nadawcy i odbiorcy, zapewniając niezrównaną prywatność w transakcjach. Jako kryptowaluta, oferuje wysoki poziom prywatności użytkownikom, którzy cenią sobie poufność w swoich transakcjach finansowych.

• Filecoin: Ten zdecentralizowany system przechowywania danych używa ZKPs do weryfikacji przechowywania i integralności danych bez konieczności ujawniania rzeczywistych danych. To kluczowe dla zapewnienia prywatności i bezpieczeństwa w zdecentralizowanym ekosystemie przechowywania plików.

• StarkWare: StarkWare zapewnia platformę dla deweloperów do tworzenia niestandardowych rozwiązań skalowania z wykorzystaniem ZK-STARKs, umożliwiając szybsze i tańsze transakcje. Dzięki temu deweloperzy mogą tworzyć bardziej efektywne aplikacje zdecentralizowane (DApps), poszerzając zakres i skalowalność ekosystemu Ethereum.

• Immutable X: Skupiając się na NFT, Immutable X wykorzystuje dowody zerowej wiedzy (ZK proofs), aby umożliwić niemal natychmiastowe i bezkosztowe transakcje NFT na Ethereum. Immutable X jest szczególnie atrakcyjny dla twórców gier i entuzjastów gier, dzięki swojej efektywności i ekonomiczności w obsłudze transakcji NFT. 

• Secret Network: Secret Network koncentruje się na zapewnieniu prywatności dla inteligentnych kontraktów. Zapewnia, że dane oraz obliczenia w ramach kontraktów pozostają poufne. Ma to szczególne znaczenie dla prywatnych aplikacji zdecentralizowanych finansów (DeFi) oraz innych aplikacji blockchain ukierunkowanych na prywatność.

• Mina Protocol (wcześniej Coda): Mina Protocol utrzymuje bardzo kompaktowy rozmiar blockchainu, wykorzystując zk-SNARKs, co pozwala nawet smartfonom uczestniczyć w pełni w sieci. To sprawia, że blockchain jest niezwykle dostępny i przyjazny dla użytkownika, promując szerszą adopcję.

• Aztec Protocol: Aztec Protocol skupia się na umożliwieniu prywatnych transakcji w przestrzeni DeFi, w tym poufnego udzielania pożyczek i ich zaciągania. Toruje drogę do przyszłości, w której transakcje finansowe na blockchainie mogą być zarówno bezpieczne, jak i prywatne.

• ZKsync: ZKsync oferuje szybkie i bezpieczne transakcje na Ethereum, wykorzystując efektywność ZK Rollups. ZKsync jest w pełni kompatybilny z istniejącym ekosystemem Ethereum, co stanowi istotną zaletę, ułatwiającą adopcję zarówno przez deweloperów, jak i użytkowników.

Dowiedz się więcej o ZKsync i jego działaniu.

• Hermez Network: Wdrożenie ZK Rollups przez Hermez Network znacząco zwiększa szybkość transakcji i redukuje koszty w sieci Ethereum. Jest to szczególnie korzystne dla transakcji o dużej liczbie i niskiej wartości. 

• Tornado Cash: Tornado Cash wykorzystuje zk-SNARKs do anonimizacji transakcji na Ethereum. Zrywa powiązanie na blockchainie pomiędzy adresami źródłowymi i docelowymi. Ta usługa jest kluczowa dla użytkowników poszukujących prywatności w swoich transakcjach, umożliwiając im operowanie na Ethereum z zachowaniem anonimowości.

Chociaż kryptografia ZK ma ogromny potencjał dla technologii blockchain, ważne jest, aby zauważyć potencjalne ryzyka i wyzwania związane z jej wdrożeniem. Obejmują one:

1. Złożoność Obliczeniowa: Generowanie i weryfikacja dowodów zerowej wiedzy (ZK) może być intensywna obliczeniowo, co potencjalnie ogranicza szersze zastosowanie, szczególnie na urządzeniach o ograniczonych zasobach.

2. Niedojrzałość Technologiczna: Kryptografia ZK wciąż się rozwija, a jej płynna integracja z istniejącymi platformami blockchain stwarza wyzwania związane z kompatybilnością, efektywnością i bezpieczeństwem.

3. Ograniczone Zaufanie do Ustawień: ZK-SNARKs, jeden z popularnych typów dowodów ZK, opiera się na jednorazowej ceremonii „zaufanego ustawienia”, aby wygenerować parametry kryptograficzne. Wrażliwość na zagrożenia podczas tego etapu może narazić cały system na niebezpieczeństwo.

4. Zagrożenie ze Strony Komputerów Kwantowych: Rozwój komputerów kwantowych może potencjalnie przełamać obecne schematy ZK-SNARK. Niezbędne są badania nad kryptografią ZK odporną na komputery kwantowe.

5. Obawy o Centralizację: Podczas gdy ZK Rollupy poprawiają skalowalność, z natury koncentrują moc weryfikacji transakcji w rękach sekwencerów, co może budzić obawy o centralizację.

6. Potencjalne Nadużycia: Prywatność oferowana przez kryptografię ZK może zostać wykorzystana do nielegalnych działań, takich jak pranie pieniędzy czy unikanie podatków. Ramy regulacyjne i rozważania etyczne są niezbędne, aby ograniczyć te ryzyka.

7. Ataki Inżynierii Społecznej: Użytkownicy korzystający z aplikacji opartych na ZK pozostają podatni na ataki inżynierii społecznej, jeśli padną ofiarą oszustw lub prób phishingowych. Świadomość bezpieczeństwa i edukacja są kluczowe.

Dowody Zerowej Wiedzy (Zero Knowledge Proofs) i Rollupy to nie tylko kryptograficzne ciekawostki, lecz także kluczowe elementy następnej fazy ewolucji blockchain. Oferują unikalne połączenie prywatności, bezpieczeństwa i wydajności, czyniąc je nieodzownymi w rozszerzaniu przyjęcia rozwiązań opartych na blockchainie. 

Technologia Zerowej Wiedzy (ZK) obiecuje przyszłość z ulepszonym poziomem prywatności, bezpieczeństwa i skalowalności. 

Technologia ZK zapewnia prywatność poprzez anonimizację transakcji i ochronę danych osobowych. Zwiększa bezpieczeństwo, weryfikując złożone obliczenia bez ujawniania szczegółów. Oprócz tego, ZK może zrewolucjonizować zdecentralizowaną identyfikację, zabezpieczone obliczenia wielostronne, a nawet stworzyć blockchainy odporne na ataki kwantowe.

Jednakże wyzwania takie jak złożoność obliczeniowa, niedojrzałość technologiczna i zrozumienie przez społeczeństwo muszą zostać rozwiązane, aby umożliwić szersze zastosowanie. Pomimo tych przeszkód, przyszłość technologii ZK jest obiecująca, dzięki trwającemu rozwojowi i wdrożeniom. Jest to zarówno zaawansowanie technologiczne, jak i sposób na odzyskanie kontroli, odblokowanie potencjału oraz kształtowanie cyfrowej przyszłości, w której prywatność, bezpieczeństwo i skalowalność współistnieją.

1. Najlepsze projekty Ethereum Layer-2, które warto poznać

2. Blockchain Layer 1 vs. Layer 2: Wyjaśnienie rozwiązań skalowania 

3. Najlepsze sieci Layer-2, na które warto zwrócić uwagę 

4. Najlepsze projekty Bitcoin Layer-2, które warto poznać w 2024 roku

5. Blockchains Layer-2 vs. Layer-3: Wszystko, co musisz wiedzieć 

6. Najlepsze sieci Layer-0: Kręgosłup skalowalności blockchain