Разберемся как работает эта технология, каковы ее основные механизмы и задачи.
Эволюция ZKP
Зарождение и развитие технологии ZKP связано с исследованиями в области криптографии, проведенными в конце 1980-х годов. Одним из первых проектов, реализованных на базе ZKP, был протокол Fiat-Shamir, предложенный израильскими профессорами компьютерных наук и информатики Ади Шамиром и Амосом Фьятом в 1986 году. Его функционал использовал для генерации доказательства комбинацию хэширования и псевдослучайных чисел. Это и позволяло обеспечивать конфиденциальность информации, доказывая при этом ее наличие.
Суть процесса заключался в прохождении четырех основных шагов, которые и стали основной для ZKP в будущем:
- Инициация. Получатель доказательства выбирает случайное число и отправляет его доказывающему в качестве вызова.
- Генерация доказательства. Доказывающий получает вызов и использует его для генерации доказательства. Он применяет хэш-функцию к комбинации вызова и секретного значения, получая псевдослучайное число.
- Ответ. Доказывающий отправляет полученное псевдослучайное число в качестве ответа получателю доказательства.
- Проверка. Получатель проверяет доказательство, применяя ту же хэш-функцию к комбинации вызова и полученного ответа. Если результат совпадает с исходным вызовом, доказательство принимается.
Основная идея протокола Fiat-Shamir состояла в том, что хэш-функция является публично доступной и обратимой, но при этом обратиться от значения хэша к его исходному значению практически невозможно. Протокол Fiat-Shamir широко применялся в различных системах аутентификации и протоколах обмена электронными деньгами.
Позже технология ZKP получила особую популярность в контексте развития блокчейн-систем. Технологии ZKP были адаптированы для использования их в рамках разработки различных блокчейн-протоколов с целью обеспечить конфиденциальность и безопасность транзакций, аутентификацию и другие функции.
Первые эксперименты с ZKP в рамках Web3-проектов и реализация ее потенциала были выполнены на блокчейне Ethereum, поскольку он является одной из наиболее известных и широко используемых платформ для разработки смарт-контрактов и децентрализованных приложений, а его гибкость позволяет программировать сложные логические условия.
Одними из первых успешных протоколов ZKP стали zk-SNARK и zk-STARK. Эти протоколы позволяют выполнять сложные вычисления на основе зашифрованных данных, обеспечивая высокую эффективность и масштабируемость ZKP. Оба протокола имеют свои преимущества и области применения:
- zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) обычно используются в приложениях, где требуется компактность и отсутствует интерактивность. Например, обеспечение конфиденциальности транзакций в блокчейн-сети.
- zk-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge) часто применяются в случаях, требующих масштабируемости и прозрачности. Например, для защиты конфиденциальности данных и сложных вычислений.
Сейчас технология ZKP продолжает привлекать внимание исследователей и разработчиков, а масштабы ее применения и интеграции с другими DLT-решениями активно растут, способствуя созданию более производительных и приватных решений.
Механизмы ZKP
Чтобы понять как работает технология ZKP, попробуем разобраться в ее основных механизмах. Для начала отметим, что в процессе участвуют две стороны:
- доказывающий или прувер (prover);
- проверяющий или верификатор (verifier).
Суть процесса заключается в прохождении четырех основных шагов, которые по сути остались неизменными со времен создания протокола Fiat-Shamir. В их основе лежат механизмы доказательства с нулевым разглашением:
- Доказательство знания (Proof of Knowledge). Этот механизм позволяет пруверу вместо раскрытия информации предоставлять доказательство, которое убеждает верификатора в достоверности определенного утверждения.
- Доказательство выполнения (Proof of Execution). Механизм, который позволяет пруверу предоставить доказательство, которое убеждает верификатора в том, что действие было правильно выполнено.
- Доказательство согласованности (Proof of Consistency). Алгоритм, позволяющий пруверу предоставить доказательство, которое показывает, что информация идентична и согласована с обеих сторон, не раскрывая конкретные детали самих данных.
- Доказательство неподменности (Proof of Non-repudiation). Этот механизм дает возможность пруверу предоставить доказательство целостности данных, которое позволяет верификатору убедиться в отсутствии подмены или изменений.
В каждом из этих механизмов ZKP использует различные математические и криптографические методы для создания доказательств, которые могут быть проверены без раскрытия непосредственно данных. Это обеспечивает конфиденциальность и приватность при передаче и обработке информации, сохраняя при этом доверие и достоверность доказательств.
Задачи и цели ZKP
Технология доказательства с нулевым разглашением (ZKP), помимо обеспечения конфиденциальности и приватности данных, которые безусловно являются основной ее целью, также решает и ряд других важных задач:
- Обеспечивает безопасность и целостность данных, позволяя проверить достоверность информации не раскрывая ее содержания, предотвращая возможность изменения данных в процессе.
- Позволяет пройти аутентификацию и доказать право доступа к определенным данным или ресурсу без необходимости раскрытия своей личности или конкретных сведений.
- Расширяет возможности блокчейн-технологий, делая их более привлекательными для различных отраслей, поскольку может обеспечить не только конфиденциальность транзакций, но и защиту данных.
Универсальность применения технологии ZKP делает ее востребованной не только в среде блокчейн-разработчиков. Ее механизмы используются для обеспечения безопасного доступа в различных сферах, требующих способов взаимодействия и обработки данных с повышенным уровнем приватности.
Преграды на пути массового внедрения
Как и любая инновационная технология, ZKP сталкивается с рядом преград, препятствующих массовому ее применению. Среди них:
- Сложность реализации. Разработка протоколов ZKP требуют значительных вычислительных ресурсов и применения специализированных криптографических методов. Необходимо учитывать эффективность и производительность протоколов ZKP, чтобы они могли масштабироваться и применяться в реальных условиях.
- Уязвимость. Некорректное проектирование и реализация протоколов ZKP может привести к нарушению их безопасности.
- Масштабируемость и производительность. ZKP-протоколы зачастую сталкиваются с проблемами при обработке больших объемов данных или при работе в распределенных сетях. Кроме того, вычислительные требования протоколов ZKP довольно высокие, что затрудняет их эффективное применение.
- Регулирование и нормативные вопросы. Применение ZKP, как и других блокчейн-технологий, пока не имеет четких нормативно-правовых рамок, что ограничивает применение технологии в больших масштабах.
С другой стороны разработчики активно экспериментируют с ZKP, поэтому протоколы на базе этой технологии все чаще становятся примером качественных и эффективных систем.
Подытоживая, стоит отметить, что ZKP имеет огромные перспективы на будущее не только в рамках блокчейн-индустрии, поскольку возможность соблюдать анонимность при работе в сети является самой актуальной проблемой во многих сферах. Стоит ожидать, что в скором будущем именно ZKP может глобально изменить принципы цифрового взаимодействия с информацией.
