Понятие доказательств с нулевым разглашением: Искусство доказывать, не раскрывая

Ссылка на оригинал статьи: https://www.leo.app/blog/understanding-zero-knowledge-proofs-the-art-of-proving-without-revealing Мой Discord: useless_dorozhkina#1394

Введение

В мире криптографии и конфиденциальности доказательства с нулевым разглашением (ZKPs) стали мощным инструментом для подтверждения подлинности информации без раскрытия лежащих в ее основе данных. В этой статье исследуются концепция доказательств с нулевым разглашением, их применение и то, как они работают. К концу этой статьи у вас будет четкое представление о том, что такое ZKPs, и почему они являются важным компонентом современной криптографии.

Раздел 1: Краткая история доказательств с нулевым разглашением

Концепция доказательств с нулевым разглашением восходит к 1980-м годам, когда Шафи Голдвассер, Сильвио Микали и Чарльз Ракофф представили эту идею в исследовательской работе. Этот прорыв в криптографии с тех пор нашел применение в различных областях, таких как безопасное голосование, криптовалюта, улучшения recaptcha и обмен данными с сохранением конфиденциальности.

Раздел 2: Что такое доказательства с нулевым разглашением?

Доказательство с нулевым разглашением — это криптографический метод, который позволяет одной стороне, известной как доказывающий, продемонстрировать другой стороне, известной как проверяющий, что они обладают определенным знанием, не раскрывая никакой информации о самом знании. Другими словами, ZKPs позволяют доказать правильность утверждения, не раскрывая его содержание.

Представьте себе сценарий, в котором вы хотите доказать, что знаете пароль к защищенной системе, фактически не раскрывая его. Доказательство с нулевым разглашением позволит вам доказать, что вы знаете пароль, никогда не раскрывая сам пароль. Это криптографическое новшество обеспечивает более безопасный способ взаимодействия между сторонами.

Раздел 3: Типы доказательств с нулевым разглашением

Существует два основных типа доказательств с нулевым разглашением:

Интерактивные ZKPs: В интерактивных ZKPs доказывающий и проверяющий участвуют в серии взаимных обменов или "раундов" общения. Во время этих раундов проверяющий задает доказывающему ряд вопросов, и доказывающий отвечает необходимой информацией, чтобы убедить проверяющего в достоверности доказательства, не раскрывая лежащего в его основе секрета.

Неинтерактивные ZKPs: Неинтерактивные ZKPs не требуют какого-либо взаимодействия между проверяющим и верификатором. Если вы слышали о zk-SNARK, то это краткие неинтерактивные аргументы знаний с нулевым разглашением, которые попадают в эту категорию ZKPs. Доказывающий генерирует единственное доказательство, которое проверяющий может проверить независимо. Неинтерактивные ZKPs более практичны в определенных приложениях, поскольку они снижают затраты на связь между вовлеченными сторонами.

Раздел 4: Как работают доказательства с нулевым разглашением

Чтобы понять, как работают доказательства с нулевым разглашением, давайте рассмотрим простой пример, известный как аналогия с "пещерой Али-Бабы".

Представьте себе пещеру, которая имеет единственный вход и разделяется на два пути, образуя круг с массивной дверью, блокирующей соединение между двумя путями. Дверь можно открыть только с помощью секретного пароля. Пегги, доказывающий, хочет доказать Виктору, проверяющему, что она знает секретный пароль, не раскрывая его.

Вот как работает этот процесс:

1. Пегги идет в пещеру, выбирая наугад один из двух путей (A или B), в то время как Виктор ждет снаружи.
2. Виктор кричит Пегги, чтобы она возвращалась из пути А или В, также выбранного наугад.
3. Пегги возвращается из пути, указанного Виктором. Если она знает секретный пароль, она может открыть дверь, чтобы выйти из любого пути.
4. Этот процесс повторяется несколько раз. Если Пегги знает секретный пароль, она всегда может вернуться из пути, указанного Виктором. Если она не знает пароль, у нее есть 50%-ная вероятность каждый раз угадывать правильный путь.
5. После нескольких повторений Виктор становится все более уверенным в том, что Пегги знает секретный пароль. Однако он никогда не узнает сам пароль, поскольку Пегги лишь демонстрирует свою способность возвращаться из указанного пути, не раскрывая, как она открыла дверь.

Раздел 5: Применение доказательств с нулевым разглашением

Доказательства с нулевым разглашением имеют множество применений в различных отраслях и областях. Некоторые из наиболее заметных из них:

Криптовалюта: ZKPs играют значительную роль в повышении конфиденциальности и безопасности криптовалют. Например, Zcash, криптовалюта, ориентированная на конфиденциальность, использует тип доказательства с нулевым разглашением, называемый zk-SNARKs (краткий неинтерактивный аргумент знания с нулевым разглашением), чтобы скрыть детали транзакции, такие как отправитель, получатель и сумма транзакции.

Безопасное голосование: Доказательства с нулевым разглашением могут быть использованы для создания безопасных систем электронного голосования. Избиратели могут подтвердить свое право голоса, не раскрывая своей личности, обеспечивая как конфиденциальность избирателей, так и целостность процесса голосования.

Проверка личности: ZKPs можно использовать для создания систем цифровой идентификации, сохраняющих конфиденциальность. Пользователи могут подтвердить свою личность поставщику услуг, не раскрывая конфиденциальную личную информацию, такую как дата их рождения или номер социального страхования.

Безопасные многосторонние вычисления: В случаях, когда нескольким сторонам необходимо совместно работать над конфиденциальными данными, не раскрывая свои индивидуальные входные данные, ZKPs может облегчить безопасные вычисления. Например, группа компаний может захотеть рассчитать свой общий доход, не раскрывая друг другу свои индивидуальные доходы.

Аутентификация: Системы аутентификации на основе паролей могут использовать ZKPs для проверки пароля пользователя без необходимости передачи пользователем своего пароля через Интернет, что снижает риск перехвата и кражи пароля.

Раздел 6: Проблемы и ограничения доказательств с нулевым разглашением

Несмотря на свои многообещающие возможности, доказательства с нулевым разглашением не лишены проблем и ограничений:

Вычислительная сложность: Создание и проверка доказательств с нулевым разглашением может потребовать больших вычислительных затрат, что приводит к снижению производительности по сравнению с традиционными криптографическими методами. Эта проблема привела к продолжающимся исследованиям и разработкам для создания более эффективных алгоритмов и реализаций ZKP.

Надежная настройка (Trusted Setup): Для некоторых систем ZKP, таких, как система проверки Marlin, требуется начальный этап "надежной настройки". Эта настройка создает секреты, которые, в свою очередь, генерируют общие параметры; они будут использоваться во многих различных доказательствах для многих различных программ. Эти секреты должны быть забыты; в противном случае безопасность системы будет поставлена под угрозу. Сбой в безопасности процедуры настройки может быть сложно обнаружить, что вызывает опасения по поводу надежности созданных общих параметров.

Настройка без доверия (Trustless Setup): Непосредственный вопрос, следующий за проблемами надежной настройки, заключается в том, почему бы вместо этого не использовать алгоритмы, использующие настройку без доверия? Во всех системах ZKP существуют компромиссы в скорости, сложности, требуемых вычислениях, времени проверки и самоконтроля. Надежные настройки обычно выполняются намного быстрее и создают более краткие доказательства, чем настройки без доверия. Церемонии настройки без доверия обычно должны выполняться для каждой отдельной программы, для которой должны быть сгенерированы доказательства, в то время как надежная настройка выполняется один раз.

Внедрение: Внедрение доказательств с нулевым разглашением в реальных приложениях все еще относительно невелико из-за сложности внедрения систем ZKP и необходимости специальных знаний для их интеграции в существующие системы.

Вывод

Доказательства с нулевым разглашением превратились в мощный криптографический инструмент, обеспечивающий безопасный и сохраняющий конфиденциальность обмен данными и аутентификацию в различных приложениях. Несмотря на сохраняющиеся проблемы с точки зрения вычислительной эффективности и широкого внедрения, потенциальное влияние ZKPs на конфиденциальность и безопасность в цифровом мире является значительным. По мере продолжения исследований и разработки новых методов доказательства с нулевым разглашением будут играть все более важную роль в обеспечении безопасности нашей цифровой жизни.