Доказательства с нулевым разглашением (ZKPs) в блокчейне: Руководство для начинающих

В блокчейне и web3 доказательства с нулевым разглашением (ZKP) представляют собой революционную концепцию, которая обеспечивает баланс между конфиденциальностью и прозрачностью. Представьте себе, что вы можете доказать, что знаете что-то, не раскрывая детали — например, показывая удостоверение личности для входа в клуб, не сообщая адрес. В этом состоит магия ZKP: обеспечение надежной безопасности блокчейна при защите чувствительной информации.

Происходя из криптографии, ZKP позволяет одной стороне доказать другой, что она знает значение, например, пароль, при этом не раскрывая никакой информации об этом значении. Это похоже на доказательство того, что в закрытом сейфе находится определенный объект, не открывая сейф.

Проще говоря, доказательства с нулевым разглашением (ZKP) — это криптографические протоколы, которые позволяют доказателю (вам) убедить проверяющего (другую сторону) в истинности утверждения (вы достигли совершеннолетия), не раскрывая никакой дополнительной информации (вашей даты рождения). Это похоже на открытие секретного хранилища с паролем, который никто не может расшифровать.

Как работают ZKP? 

Магия ZKP заключается в их способности проверять данные без их раскрытия. Они используют математические алгоритмы, в которых доказатель может убедить проверяющего в факте, не раскрывая сам факт. Например, в криптовалютной транзакции ZKP может подтвердить легитимность транзакции, не раскрывая сумму или участников. Это достигается с помощью сложных криптографических техник, таких как «свидетельство» и «вызов-ответ» протоколы.

Попробуем понять концепцию ZKP, используя пример воображаемого лабиринта. Доказатель проходит через лабиринт, оставляя цифровые следы, которые доказывают, что он достиг выхода, не раскрывая реальный путь. Проверяющий проверяет следы и убеждается, что доказатель прошел лабиринт, но путь остается скрытым.

Преимущества ZKP

• Усиленная конфиденциальность: ZKP позволяют доказать, что вы владеете определенной информацией или выполнили конкретные задачи, не раскрывая никаких исходных данных. Это защищает конфиденциальные данные, такие как суммы транзакций, личности отправителей/получателей и выборы в DAO.

• Увеличенная безопасность: ZKP могут использоваться для проверки достоверности сложных вычислений без доверия к источнику. Это укрепляет безопасность блокчейна, устраняя необходимость в посредниках и снижая потенциальные векторы атак.

• Повышенная эффективность: ZKP могут оптимизировать определенные процессы, проверяя сложные вычисления более эффективно, чем традиционные методы. Это может быть полезно в таких областях, как управление цепочками поставок и выявление мошенничества.

ZK Rollups представляют собой революционный шаг вперёд в масштабируемости блокчейна и конфиденциальности и являются одним из самых впечатляющих примеров использования доказательств с нулевым разглашением в технологии блокчейн. ZK Rollups — это мощные процессы обработки транзакций вне основного блокчейна. 

Вместо того чтобы перегружать основной блокчейн каждой отдельной сделкой, они объединяют сотни или даже тысячи транзакций в так называемый "rollup". Но вот в чём фишка: ZK Rollups не просто отправляют сводку этой группы транзакций, они доказывают с помощью хитрой криптографии, называемой доказательством с нулевым разглашением (ZKP), что все транзакции внутри этой группы действительны, не раскрывая при этом никаких конфиденциальных данных. Представьте это как предъявление удостоверения личности для входа в клуб без указания вашего адреса.

Например, ZK Rollups могут значительно увеличить пропускную способность транзакций Ethereum, объединяя множество транзакций в одну партию, обрабатываемую вне сети, тем самым снижая нагрузку на основную сеть. После обработки доказательство с нулевым разглашением отправляется в основную сеть Ethereum, подтверждая все транзакции без раскрытия их деталей. Такая обработка вне сети и отправка доказательств снижают нагрузку на сеть, увеличивают пропускную способность транзакций и повышают эффективность, потенциально позволяя Ethereum обрабатывать миллионы транзакций в секунду.

ZK Rollups используют ZKP не только для ускорения транзакций, но и для усиления конфиденциальности пользователей и приложений. Это открывает новые возможности для децентрализованных финансов (DeFi), NFT и других Web3 инноваций, требующих скорости и конфиденциальности. 

Какие преимущества предоставляют ZK Rollups?

Zero Knowledge (ZK) Rollups меняют облик блокчейн-технологий, предлагая ряд улучшений, которые решают самые насущные проблемы, связанные с её внедрением. Эти rollups — не просто теоретическая концепция, а практическое решение, которое улучшает скорость транзакций, масштабируемость, конфиденциальность и доступность, сохраняя при этом основной принцип децентрализации. Вот более детальный взгляд на многогранные преимущества, которые ZK Rollups привносят в мир блокчейна, устанавливая новый стандарт эффективности и удобства использования.

• Молниеносные транзакции: Перевод транзакций вне цепочки позволяет ZK Rollups значительно сократить комиссии за газ и время ожидания, делая торговлю криптовалютой более плавной и доступной.

• Улучшенная масштабируемость: Представьте себе блокчейн, способный обрабатывать миллионы транзакций в секунду. ZK Rollups открывают путь к массовому применению и раскрывают полный потенциал технологии блокчейн.

• Повышенная конфиденциальность: ZKP скрывает детали транзакций, защищая анонимность пользователей и укрепляя доверие к финансовой системе.

• Сохранение децентрализации: ZK Rollups сохраняют децентрализованный характер блокчейнов, отправляя только доказательства на основную цепочку, обеспечивая прозрачность и доверие при увеличении эффективности.

• Снижение комиссий: Перемещение обработки транзакций вне цепочки естественным образом снижает комиссии, делая торговлю криптовалютой и другие взаимодействия с блокчейном более доступными для всех. 

Представьте себе DeFi-займы без необходимости раскрывать вашу финансовую историю или голосование в DAO без компрометации вашей анонимности. ZKP открывает будущее, где финансовые транзакции и управление становятся по-настоящему приватными, защищая конфиденциальную информацию при использовании прозрачности технологии блокчейн.

Криптография с нулевым разглашением может открыть возможности в различных секторах. Вот краткий обзор случаев применения ZKE:

Примеры использования технологии с нулевым разглашением в блокчейне 

Одно из самых популярных применений технологии с нулевым разглашением (ZK) в блокчейне — это для сетей второго уровня. ZK-доказательства позволяют решениям второго уровня объединять транзакции в одно доказательство, повышая масштабируемость и конфиденциальность, проверяя транзакции без раскрытия деталей. Существует два типа: zk-SNARKs, известные своей эффективностью, и zk-STARKs, устойчивые к угрозам квантовых вычислений. Они увеличивают пропускную способность транзакций и конфиденциальность, что полезно для децентрализованных финансов и корпоративных приложений.

Вот другие случаи применения ZK-шифрования в индустрии блокчейна: 

• Масштабируемые блокчейны: ZK-Rollups устраняют ограничения блокчейнов первого уровня (используя пакеты транзакций с доказательствами конфиденциальности), обеспечивая более быстрые и дешевые транзакции с помощью ZKE, что повышает масштабируемость блокчейнов.

• Проверка целостности данных: Доказательство того, что данные не были изменены, без необходимости скачивать весь файл, что упрощает процессы и экономит ресурсы. Например, ZKP может доказать, что у пользователя есть действительное удостоверение личности (например, водительское удостоверение или паспорт), не раскрывая сам документ, что повышает конфиденциальность при онлайн-проверках.

• Децентрализованные оракулы: Доказательства с нулевым разглашением (ZKP) улучшают децентрализованные оракулы, такие как Chainlink, в экосистемах блокчейнов, улучшая конфиденциальность, безопасность, доверие, масштабируемость и соответствие нормативным требованиям. ZKP позволяют оракулам проверять точность данных, не раскрывая их, что обеспечивает конфиденциальность и защиту данных. Они также сохраняют целостность данных и предотвращают мошенничество, проверяя их подлинность. 

• Безопасные многопользовательские вычисления (MPC): Совместная работа над вычислениями без раскрытия индивидуальных данных, открывая путь к новым приложениям с сохранением конфиденциальности в AI и машинном обучении.

• Управление цифровыми правами (DRM): Контроль доступа к защищенному авторским правом контенту без необходимости использования инвазивных методов защиты от копирования.

• Защищенные сообщения: Отправка конфиденциальных сообщений с защитой от вмешательства и сквозным шифрованием, сохраняя целостность сообщений.

• Справедливость в онлайн-играх: ZKP могут использоваться в онлайн играх для доказательства того, что результат игры честный, без раскрытия алгоритма или логики игры.

• Проверка владения NFT: ZKP могут аутентифицировать право собственности и оригинальность NFT (невзаимозаменяемых токенов), не раскрывая личность владельца.

Массовые применения ZKP

Другие реальные примеры использования доказательств с нулевым разглашением включают: 

• Финансовые транзакции: Представьте, что вы покупаете продукты, не раскрывая остаток на вашем банковском счете. ZKE обеспечивает анонимные платежи, скрывая детали транзакции и при этом поддерживая соблюдение законодательства. Например, в криптовалютах, таких как Zcash, ZKP подтверждают транзакции, не раскрывая отправителя, получателя или сумму транзакции, что повышает конфиденциальность.

• Медицинские записи: Обмен только необходимой медицинской информацией для диагностики с абсолютной уверенностью в отсутствии утечек — ZKE позволяет пациентам контролировать свои конфиденциальные данные. В здравоохранении ZKP могут быть использованы для обмена данными пациентов в целях исследований или лечения с сохранением конфиденциальности пациентов и соблюдением таких нормативных требований, как HIPAA.

• Голосовательные системы: ZKP могут быть использованы в электронных голосовательных системах для проверки того, что голос был подан корректно, без раскрытия выбора избирателя, обеспечивая конфиденциальность и целостность процесса голосования.

• Проверка товаров в управлении цепочками поставок (SCM): Компании могут использовать ZKP для доказательства подлинности и происхождения продуктов в цепочке поставок без раскрытия конфиденциальной коммерческой информации или торговых секретов.

• Кредитный скоринг в финансовых приложениях: ZKP позволяют людям доказать, что они соответствуют определенным кредитным критериям, не раскрывая свои точные финансовые данные.

• Конфиденциальный доступ к публичным записям: Правительства могут использовать ZKP для обеспечения безопасного и конфиденциального доступа к публичным записям, гарантируя, что чувствительная информация не будет раскрыта.

• Аутентификация без паролей: Откажитесь от уязвимых паролей. ZKE позволяет доказать, что вы знаете пароль, не раскрывая его, минимизируя риски взлома.

• Облачное хранилище: Безопасное хранение данных в облаке без предоставления полного доступа к необработанным данным провайдерам облачных услуг. ZKE обеспечивает расшифровку только при наличии надлежащей авторизации.

• Биометрическая проверка: Подтверждение личности с помощью отпечатка пальца или распознавания лица без хранения необработанных биометрических данных, что снижает риски для конфиденциальности. 

• Обновления программного обеспечения: Проверка подлинности и защищенности обновлений программного обеспечения без раскрытия закрытого исходного кода, что повышает безопасность и доверие.

Помните, ZKE продолжает развиваться, но его применения имеют огромный потенциал. С развитием исследований и разработок мы можем ожидать, что ZKE революционизирует приватность данных, безопасность и эффективность в различных отраслях и изменит то, как мы взаимодействуем с технологиями в будущем.

Несколько интересных криптопроектов, особенно в экосистеме Ethereum, являются пионерами в использовании ZKP:

• Loopring: Loopring использует доказательства с нулевым разглашением для объединения нескольких переводов в одну транзакцию. Это значительно снижает комиссии за газ и увеличивает пропускную способность транзакций в сети Ethereum. Основное внимание уделяется децентрализованным биржам (DEX), Loopring позволяет осуществлять высокоскоростную и экономичную торговлю криптовалютами. Будучи лидером в ZK Rollups, Loopring обеспечивает быструю и низкокомиссионную торговлю криптовалютами в сети Ethereum. 

• Zcash: Zcash является пионером в области конфиденциальности, используя zk-SNARKs для полного сокрытия сумм транзакций и личностей как отправителя, так и получателя, обеспечивая непревзойденную конфиденциальность транзакций. Как криптовалюта, она предлагает высокий уровень конфиденциальности пользователям, которые акцентируют внимание на защите финансовых данных.

• Filecoin: Эта децентрализованная сеть хранения данных использует ZKP для проверки хранения и целостности данных без необходимости раскрытия самих данных. Это важно для обеспечения конфиденциальности и безопасности в экосистеме децентрализованного хранения файлов.

• StarkWare: StarkWare предоставляет платформу для разработчиков, позволяющую создавать пользовательские решения для масштабирования с использованием ZK-STARKs, обеспечивая более быстрые и дешевые транзакции. Это расширяет возможности и масштабируемость экосистемы Ethereum благодаря более эффективным DApp.

• Immutable X: Сосредоточив внимание на NFT, Immutable X использует доказательства с нулевым разглашением для обеспечения почти мгновенной торговли NFT без комиссий в сети Ethereum. Immutable X представляет собой привлекательное решение для разработчиков игр и игровых энтузиастов благодаря своей эффективности и экономичности обработки операций с NFT. 

• Secret Network: Secret Network сосредоточен на обеспечении конфиденциальности для смарт-контрактов. Он гарантирует, что данные и вычисления внутри контрактов остаются конфиденциальными. Это особенно актуально для приложений частного децентрализованного финансирования (DeFi) и других блокчейн-приложений, ориентированных на конфиденциальность.

• Mina Protocol (ранее Coda): Mina Protocol поддерживает очень компактный размер блокчейна с использованием zk-SNARKs, что обеспечивает возможность участия в сети даже для смартфонов. Это делает блокчейн невероятно доступным и удобным для пользователей, способствуя более широкому принятию.

• Aztec Protocol: Aztec Protocol сосредоточен на обеспечении конфиденциальных транзакций в пространстве DeFi, включая конфиденциальное кредитование и заимствование. Он прокладывает путь к будущему, где финансовые транзакции на блокчейне могут быть как безопасными, так и конфиденциальными.

• ZKsync: ZKsync обеспечивает быстрые и безопасные транзакции на Ethereum, используя эффективность ZK Rollups. Совместимость Zksync с существующей экосистемой Ethereum является значительным преимуществом, облегчающим адаптацию разработчиков и пользователей.

Узнайте больше о ZKsync и его работе.

• Hermez Network: Благодаря реализации ZK Rollups, Hermez Network значительно увеличивает скорость транзакций и снижает затраты в сети Ethereum. Особенно полезно для транзакций с высоким объемом и низкой стоимостью. 

• Tornado Cash: Tornado Cash использует zk-SNARKs для анонимизации транзакций Ethereum. Он разрывает связь между адресами источника и назначения в блокчейне. Этот сервис крайне важен для пользователей, которые стремятся к конфиденциальности в своих транзакциях, позволяя им производить операции в сети Ethereum и сохранять анонимность.

Несмотря на огромный потенциал криптографии с нулевым разглашением для технологий блокчейна, важно учитывать возможные риски и проблемы, связанные с ее реализацией. К ним относятся:

1. Вычислительная сложность: Генерация и проверка доказательств с нулевым разглашением (ZK proofs) может быть вычислительно затратной, что потенциально ограничивает более широкое внедрение, особенно на устройствах с ограниченными ресурсами.

2. Технологическая незрелость: Криптография ZK все еще находится в стадии развития, а ее интеграция с существующими блокчейн-платформами сопровождается проблемами совместимости, эффективности и безопасности.

3. Ограниченное доверие к настройке: ZK-SNARKs, распространенный тип доказательств с нулевым разглашением, опираются на разовую «церемонию доверенной настройки» для создания криптографических параметров. Уязвимости безопасности на этом этапе могут поставить под угрозу всю систему.

4. Угроза квантовых вычислений: Развитие квантовых вычислений может потенциально разрушить текущие схемы ZK-SNARK. Необходимы исследования для разработки криптографии ZK, устойчивой к квантовым вычислениям.

5. Проблемы централизации: Хотя ZK Rollups повышают масштабируемость, они по своей природе концентрируют власть проверки транзакций в руках секвенсоров, что может вызывать обеспокоенность по поводу централизации.

6. Потенциал для злоупотреблений: Приватные аспекты криптографии ZK могут быть использованы для незаконной деятельности, такой как отмывание денег или уклонение от уплаты налогов. Необходимы нормативные рамки и этические подходы для снижения этих рисков.

7. Атаки социальной инженерии: Пользователи, взаимодействующие с приложениями на базе ZK, остаются уязвимыми для атак социальной инженерии, если они поддаются мошенничеству или фишингу. Важны обучение и повышение осведомленности о безопасности.

Доказательства с нулевым разглашением и роллапы — это не просто криптографические новшества, а необходимые элементы для следующего этапа эволюции блокчейн-технологий. Они предлагают уникальное сочетание конфиденциальности, безопасности и эффективности, делая их незаменимыми для расширения использования решений на основе блокчейн. 

Технология доказательств с нулевым разглашением (ZK) обещает будущее с улучшенной конфиденциальностью, безопасностью и масштабируемостью. 

Технология ZK также обеспечивает конфиденциальность, анонимизируя транзакции и защищая персональные данные. Она повышает безопасность, проверяя сложные вычисления без раскрытия деталей. Помимо этого, доказательства с нулевым разглашением могут революционизировать децентрализованную идентичность, обеспечить безопасные многопользовательские вычисления и даже создать блокчейны, устойчивые к квантовым вычислениям.

Однако необходимо решить такие проблемы, как вычислительная сложность, технологическая незрелость и понимание со стороны широкой аудитории, чтобы обеспечить более широкое внедрение. Несмотря на это, будущее технологии ZK выглядит многообещающим благодаря активной разработке и реализации. Это не только технологический прогресс, но и способ вернуть контроль, раскрыть потенциал и сформировать цифровое будущее, где конфиденциальность, безопасность и масштабируемость сосуществуют.

1. Лучшие криптопроекты уровня 2 на Ethereum

2. Блокчейн: решения масштабирования уровня 1 и уровня 2 

3. Лучшие сети уровня 2, за которыми стоит следить 

4. Лучшие проекты уровня 2 на Bitcoin в 2024 году

5. Блокчейн уровня 2 vs. уровня 3: важная информация 

6. Лучшие сети уровня 0: основа масштабируемости блокчейна