Доказ із нульовим розголошенням (ZKPs) у блокчейні: Посібник для початківців

У блокчейні та web3 доказ із нульовим розголошенням є революційною концепцією, яка балансує між конфіденційністю та прозорістю. Уявіть, що ви можете довести, що знаєте щось, не розкриваючи деталей – як показати посвідчення, щоб зайти в клуб, не розкриваючи свою адресу. Це магія ZKP, яка пропонує надійну безпеку блокчейну, одночасно захищаючи чутливу інформацію.

Походячи з криптографії, ZKP дозволяють одній стороні довести іншій, що вона знає значення, наприклад пароль, без розкриття будь-якої інформації про це значення. Це схоже на доказ того, що в закритому сейфі є певний об'єкт, не відкриваючи сейф.

Простіше кажучи, доказ із нульовим розголошенням (ZKP) — це криптографічний протокол, що дозволяє тому, хто доводить (ви), переконати перевіряючу сторону (іншу особу) в істинності твердження (вам є 18 років), не розкриваючи жодної додаткової інформації (вашу дату народження). Це як відкрити секретний сейф за допомогою пароля, який ніхто не може розшифрувати.

Як працюють ZKP? 

Магія ZKP полягає в їх здатності перевіряти дані без їх обміну. Вони використовують математичні алгоритми, за допомогою яких той, хто доводить, може переконати перевіряючу сторону в істинності факту, не розкриваючи сам факт. Наприклад, у криптовалютній транзакції ZKP може підтвердити легітимність транзакції, не розкриваючи суму або сторони, які беруть участь. Це досягається за допомогою складних криптографічних технік, таких як "свідок" і "протоколи виклику-відповіді" протоколи.

Спробуймо зрозуміти концепцію ZKP на прикладі уявного лабіринту. Той, хто доводить, проходить лабіринт, залишаючи цифрові сліди, які доводять, що він досяг виходу, не розкриваючи фактичний маршрут. Перевіряюча сторона перевіряє ці сліди й переконується, що той, хто доводить, завершив лабіринт, але сам маршрут залишається прихованим.

Переваги ZKP

• Покращена конфіденційність: ZKP дозволяють довести, що ви володієте певною інформацією або виконали певні завдання без розкриття жодних деталей. Це захищає чутливі дані, такі як суми транзакцій, ідентичність відправників/отримувачів та виборчі рішення в DAO.

• Підвищена безпека: ZKP можуть використовуватися для перевірки валідності складних обчислень без необхідності довіряти джерелу. Це зміцнює безпеку блокчейну, усуваючи потребу у посередниках і знижуючи потенційні вектори атак.

• Покращена ефективність: ZKP можуть спрощувати певні процеси, перевіряючи складні обчислення більш ефективно, ніж традиційні методи. Це може бути корисним, наприклад, у таких сферах як управління ланцюгами постачання та виявлення шахрайства.

ZK Rollups представляють революційний прорив у масштабованості блокчейну та конфіденційності і є одним із найпереконливіших прикладів використання шифрування з нульовим розголошенням у технології блокчейн. ZK Rollups є потужними позаланцюговими механізмами обробки транзакцій. 

Замість перевантаження головного блокчейну кожною окремою транзакцією, вони об’єднують сотні або навіть тисячі транзакцій у "rollup". Але ось хитрість: ZK Rollups не просто надсилають підсумок цієї партії; вони доводять, використовуючи розумну криптографію, звану доказами з нульовим розголошенням (ZKPs), що всі транзакції всередині є дійсними, не розкриваючи жодних конфіденційних деталей. Уявіть собі це як показ вашого посвідчення особи для входу до клубу без розкриття вашої адреси.

Наприклад, ZK Rollups можуть значно збільшити пропускну здатність транзакцій Ethereum, агрегуючи кілька транзакцій в одну партію, опрацьовану поза мережею, зменшуючи навантаження на головну мережу. Після обробки доказ із нульовим розголошенням надсилається до основної мережі Ethereum, підтверджуючи всі транзакції без розкриття їх деталей. Така позаланцюгова обробка та подання доказів знижує навантаження на мережу, збільшує пропускну здатність транзакцій і підвищує ефективність, потенційно дозволяючи Ethereum обробляти мільйони транзакцій за секунду.

ZK Rollups використовують ZKPs для досягнення не тільки швидших транзакцій, але й підвищеної конфіденційності для окремих користувачів та застосунків. Це відкриває нові можливості для DeFi, NFT та інших Web3 інновацій, які потребують швидкості та конфіденційності. 

Які переваги ZK Rollups?

Zero Knowledge (ZK) Rollups революціонізують блокчейн-ландшафт, пропонуючи низку покращень, які вирішують деякі з найнагальніших викликів у прийнятті технології блокчейн. Ці rollups не є лише теоретичною концепцією, а практичним рішенням, яке покращує швидкість транзакцій, масштабованість, конфіденційність і доступність, зберігаючи основний принцип децентралізації. Ось ближче знайомство з багатогранними перевагами, які ZK Rollups приносять у світ блокчейн, встановлюючи новий стандарт ефективності та зручності для користувачів.

• Блискавично швидкі транзакції: Завдяки перенесенню транзакцій за межі блокчейну, ZK Rollups значно зменшують комісії за газ та час очікування, роблячи торгівлю криптовалютою більш плавною та доступною.

• Покращена масштабованість: Уявіть блокчейн, який може обробляти мільйони транзакцій за секунду. ZK Rollups відкривають шлях до масового впровадження та розкривають весь потенціал блокчейн-технології.

• Посилена конфіденційність: ZKP захищають деталі транзакцій, забезпечуючи анонімність користувачів і зміцнюючи довіру до фінансової системи.

• Збережена децентралізація: ZK Rollups зберігають децентралізований характер блокчейнів, подаючи лише докази на основний блокчейн, забезпечуючи прозорість та довіру, водночас підвищуючи ефективність.

• Знижені комісії: Оскільки обробка транзакцій відбувається за межами блокчейну, комісії природно стають нижчими, роблячи торгівлю криптовалютою та інші взаємодії з блокчейном доступними для всіх. 

Уявіть собі DeFi-позики без розкриття вашої фінансової історії або голосування в DAO без компрометації вашої анонімності. ZKP дозволяють створити майбутнє, де фінансові операції і управління стають дійсно приватними, захищаючи конфіденційну інформацію при використанні прозорості блокчейн-технології.

Криптографія з нульовим розголошенням може відкрити можливості в різних секторах. Ось короткий огляд застосувань ZKE:

Використання технології з нульовим розголошенням у блокчейн-технологіях 

Одним із найпопулярніших випадків застосування технології з нульовим розголошенням (ZK) у блокчейні є рішення другого рівня. ZK-докази дозволяють рішенням другого рівня об'єднувати транзакції в єдиний доказ, підвищуючи масштабованість і конфіденційність, шляхом перевірки транзакцій без розкриття деталей. Існують два типи: zk-SNARKs, які відомі своєю ефективністю, та zk-STARKs, які стійкі до загроз квантових обчислень. Вони збільшують пропускну здатність транзакцій і конфіденційність, корисні в децентралізованих фінансах та корпоративних застосуваннях.

Ось інші випадки застосування ZK-шифрування в блокчейн-індустрії: 

• Масштабовані блокчейни: ZK-Rollups вирішують обмеження блокчейнів першого рівня (шляхом використання пакетів транзакцій із доказами, що зберігають конфіденційність), застосовуючи ZKE для швидших і дешевших транзакцій, що підвищує масштабованість блокчейну.

• Перевірка цілісності даних: Доведіть, що дані не були змінені, без необхідності завантажувати весь файл, спрощуючи процеси та заощаджуючи ресурси. Наприклад, ZKP дозволяє підтвердити, що користувач має дійсне посвідчення, як-от водійські права або паспорт, без розкриття самого документа, покращуючи конфіденційність при онлайн-перевірках.

• Децентралізовані оракули: Докази з нульовим розголошенням (ZKPs) удосконалюють децентралізовані оракули, такі як Chainlink у блокчейн-екосистемах, покращуючи конфіденційність, безпеку, довіру, масштабованість та відповідність регуляторним вимогам. ZKP дозволяють оракулам перевіряти точність даних, не розкриваючи самі дані, забезпечуючи конфіденційність та приватність користувачів. Вони також підтримують цілісність даних і запобігають шахрайству, перевіряючи автентичність даних. 

• Безпечні багатосторонні обчислення (MPC): Співпрацюйте над обчисленнями, не розкриваючи окремі введені дані, відкриваючи нові можливості для конфіденційних застосувань штучного інтелекту та машинного навчання.

• Управління цифровими правами (DRM): Контролюйте доступ до захищеного авторським правом контенту без використання інвазивних заходів захисту від копіювання.

• Безпечні повідомлення: Надсилайте конфіденційні повідомлення з захистом від втручань, використовуючи наскрізне шифрування, зберігаючи їх цілісність.

• Справедливість в онлайн-іграх: ZKP можуть використовуватися в онлайн іграх для підтвердження, що результат гри є чесним, без розкриття алгоритму чи логіки гри.

• Перевірка власності NFT: Вони можуть підтвердити власність і оригінальність NFT (невзаємозамінні токени), не розкриваючи особу власника.

Основні застосування ZKP

Інші реальні застосування доказів з нульовим розголошенням включають: 

• Фінансові транзакції: Уявіть, що купуєте продукти, не розкриваючи баланс вашого банківського рахунку. ZKE дозволяє анонімні платежі, приховуючи деталі транзакцій, але дотримуючи юридичної відповідності. Наприклад, у криптовалютах, як-от Zcash, ZKP підтверджують транзакції, не розкриваючи відправника, отримувача чи суму транзакції, покращуючи конфіденційність.

• Медичні записи: Діліться лише необхідною медичною інформацією для діагностики з абсолютною впевненістю, що інші дані не просочаться - ZKE дозволяє пацієнтам контролювати свої чутливі дані. У сфері охорони здоров’я ZKP можуть дозволити обмін даними пацієнтів для досліджень або лікування, зберігаючи конфіденційність пацієнтів і відповідність таким регламентам, як HIPAA.

• Системи голосування: ZKP можуть використовуватися в електронних системах голосування для підтвердження правильності голосування без розкриття вибору виборця, забезпечуючи конфіденційність і цілісність процесу голосування.

• Перевірка товарів у управлінні ланцюгом поставок (SCM): Компанії можуть використовувати ZKP для підтвердження автентичності та походження продуктів у ланцюзі поставок, не розкриваючи чутливу комерційну інформацію чи торгові секрети.

• Кредитний скоринг у фінансових застосуваннях: ZKP можуть дозволити людям довести, що вони відповідають певним кредитним критеріям, не розкриваючи їх точну фінансову ситуацію.

• Конфіденційний доступ до державних записів: Уряди можуть використовувати ZKP для забезпечення безпечного та приватного доступу до публічних записів, гарантувавши, що чутлива інформація не розкривається без потреби.

• Аутентифікація без пароля: Відмовтеся від вразливих паролів. ZKE дозволяє довести, що ви знаєте пароль, не розкриваючи його, мінімізуючи ризики зламу.

• Хмарне сховище: Безпечно зберігайте дані у хмарі, не надаючи повного доступу до необроблених даних хмарним сервісам. ZKE забезпечує розшифрування лише за належної авторизації.

• Біометрична перевірка: Підтвердьте свою особу за допомогою відбитків пальців або розпізнавання обличчя без зберігання необроблених біометричних даних, вирішуючи проблеми конфіденційності. 

• Оновлення програмного забезпечення: Перевіряйте, що оновлення програмного забезпечення легітимні та захищені від втручань, не розкриваючи приватний вихідний код, покращуючи безпеку та довіру.

Пам’ятайте, ZKE все ще розвивається, але його застосування має величезний потенціал. У міру розвитку досліджень і розробок ми можемо очікувати, що ZKE революціонізує конфіденційність даних, безпеку та ефективність у різних галузях і змінить спосіб взаємодії з технологіями в майбутньому.

Кілька захоплюючих криптопроектів, особливо в екосистемі Ethereum, впроваджують використання ZKP:

• Loopring: Loopring використовує докази з нульовим розголошенням (ZK proofs) для агрегування декількох переказів в одну транзакцію. Це значно знижує комісії за газ та підвищує пропускну здатність транзакцій в мережі Ethereum. Зосереджуючись передусім на децентралізованих біржах (DEX), Loopring забезпечує високошвидкісну та економічно ефективну торгівлю криптовалютами. Очолюючи застосування ZK Rollups, Loopring пропонує швидку та недорогу торгівлю криптовалютами у мережі Ethereum. 

• Zcash: Zcash є піонером у сфері конфіденційності, використовуючи zk-SNARKs для повного приховування сум транзакцій та особистостей як відправника, так і отримувача, забезпечуючи безпрецедентну конфіденційність операцій. Як криптовалюта, вона пропонує високий рівень конфіденційності для користувачів, які цінують анонімність у своїх фінансових операціях.

• Filecoin: Ця децентралізована мережа зберігання даних використовує докази з нульовим розголошенням (ZKPs) для перевірки збереження та цілісності даних без необхідності розкриття самих даних. Це важливо для забезпечення конфіденційності та безпеки у децентралізованій екосистемі зберігання файлів.

• StarkWare: StarkWare надає платформу для розробників створювати кастомні рішення для масштабування за допомогою ZK-STARKs, що дозволяє проводити швидші та дешевші транзакції. Завдяки створенню більш ефективних децентралізованих додатків (DApps), це розширює можливості та масштабованість екосистеми Ethereum.

• Immutable X: Зосереджуючись на NFT, Immutable X використовує ZK proofs для майже миттєвої та безгазової торгівлі NFT у мережі Ethereum. Immutable X є дуже привабливим для розробників ігрових додатків та любителів ігор завдяки своїй ефективності та економічності у роботі з NFT-транзакціями. 

• Secret Network: Secret Network зосереджений на забезпеченні конфіденційності для смарт-контрактів. Він гарантує, що дані та обчислення в межах контрактів залишаються конфіденційними. Це особливо актуально для приватних додатків децентралізованих фінансів (DeFi) та інших блокчейн-додатків, орієнтованих на конфіденційність.

• Mina Protocol (Раніше Coda): Mina Protocol підтримує надзвичайно компактний розмір блокчейну завдяки zk-SNARKs, що дозволяє навіть смартфонам повноцінно брати участь у мережі. Це робить блокчейн надзвичайно доступним та зручним для користувачів, сприяючи більш широкому впровадженню.

• Aztec Protocol: Aztec Protocol зосереджений на забезпеченні приватних транзакцій у сфері DeFi, включаючи конфіденційне кредитування та позики. Він прокладає шлях до майбутнього, де фінансові операції на блокчейні можуть бути безпечними та приватними.

• ZKsync: ZKsync пропонує швидкі та безпечні транзакції в мережі Ethereum, використовуючи ефективність ZK Rollups. Сумісність Zksync з існуючою екосистемою Ethereum є значною перевагою, що спрощує адаптацію для розробників та користувачів.

Дізнайтеся більше про ZKsync та його принцип роботи.

• Hermez Network: Застосовуючи ZK Rollups, Hermez Network значно підвищує швидкість транзакцій та знижує їхню вартість у мережі Ethereum. Це особливо корисно для високочастотних транзакцій з низькою вартістю. 

• Tornado Cash: Tornado Cash використовує zk-SNARKs для анонімізації транзакцій Ethereum. Він розриває зв'язок на ланцюжку між адресами джерела та призначення. Ця послуга є важливою для користувачів, які шукають конфіденційність у своїх транзакціях, дозволяючи їм проводити операції в мережі Ethereum, зберігаючи анонімність.

Хоча криптографія ZK має величезний потенціал для технологій блокчейну, важливо визнати можливі ризики та виклики, пов'язані з її впровадженням. До них належать:

1. Обчислювальна складність: Генерація та перевірка доказів із нульовим розголошенням можуть бути інтенсивними з точки зору обчислювальних ресурсів, що потенційно обмежує ширше впровадження, особливо на пристроях із обмеженими ресурсами.

2. Технологічна незрілість: Криптографія з нульовим розголошенням все ще розвивається, а її інтеграція з існуючими платформами блокчейну стикається з проблемами сумісності, ефективності та безпеки.

3. Обмежена довіра до налаштування: ZK-SNARKs, поширений тип доказів із нульовим розголошенням, залежать від одноразової "церемонії довіреного налаштування" для генерації криптографічних параметрів. Вразливості безпеки на цьому етапі можуть поставити під загрозу всю систему.

4. Загроза квантових обчислень: Зростання квантових обчислень може потенційно зламати поточні схеми ZK-SNARK. Безперервні дослідження є життєво необхідними для розробки криптографії з нульовим розголошенням, стійкої до квантових обчислень.

5. Питання централізації: Хоча ZK Rollups покращують масштабованість, вони за своєю суттю концентрують потужність перевірки транзакцій у руках секвенсерів, що може викликати занепокоєння щодо централізації.

6. Потенціал для зловживань: Аспект конфіденційності криптографії з нульовим розголошенням може використовуватися для незаконних дій, таких як відмивання грошей або ухилення від сплати податків. Регуляторні рамки та етичні міркування необхідні для зменшення цих ризиків.

7. Атаки соціальної інженерії: Користувачі, які взаємодіють із додатками на основі доказів із нульовим розголошенням, залишаються вразливими до атак соціальної інженерії у разі потрапляння на шахрайські схеми або фішингові спроби. Підвищення обізнаності та навчання з безпеки є надзвичайно важливими.

Докази з нульовим розголошенням і Rollups — це не просто криптографічні цікавинки, а ключові елементи для наступного етапу еволюції блокчейн-технологій. Вони пропонують унікальне поєднання конфіденційності, безпеки та ефективності, що робить їх незамінними для розширення застосування блокчейн-рішень. 

Технологія нульового розголошення (ZK) обіцяє майбутнє з покращеною конфіденційністю, безпекою та масштабованістю. 

ZK також забезпечує конфіденційність, анонімізуючи транзакції та захищаючи персональні дані. Вона підвищує безпеку, перевіряючи складні обчислення без розкриття деталей. Крім того, ZK може революціонізувати децентралізовану ідентифікацію, забезпечити безпечне багатостороннє обчислення та навіть створити блокчейни, захищені від квантових загроз.

Однак для ширшого впровадження необхідно вирішити виклики, такі як обчислювальна складність, технологічна недосконалість і недостатнє розуміння з боку суспільства. Незважаючи на це, майбутнє ZK виглядає перспективним завдяки постійному розвитку та впровадженню. Це не лише технологічний прорив, а й засіб повернення контролю, розкриття потенціалу та формування цифрового майбутнього, де конфіденційність, безпека та масштабованість гармонійно співіснують.

1. Найкращі Layer-2 проекти Ethereum, які варто знати

2. Рішення масштабування Layer-1 vs. Layer-2 у блокчейні: Пояснення 

3. Найкращі Layer-2 мережі, які варто спостерігати 

4. Найкращі Layer-2 проекти Bitcoin, які варто знати у 2024 році

5. Layer-2 vs. Layer-3 блокчейни: Все, що потрібно знати 

6. Найкращі Layer-0 мережі: Основа масштабованості блокчейну