Перейти к содержимому

Как работает Zero Knowledge?

Zero-Knowledge (доказательство с нулевым разглашением) — это криптографический метод, позволяющий одной стороне (доказывающему) убедить другую сторону (проверяющего) в том, что определенное утверждение является истинным, не раскрывая при этом никаких деталей самого утверждения. Давайте разберем, как это работает, принципы и применение.

Основные принципы Zero-Knowledge

Zero-Knowledge Proofs (ZKP) должны удовлетворять трем основным требованиям:

Полнота (Completeness):

  • Если утверждение истинно, честный доказывающий сможет убедить проверяющего в этом с высокой вероятностью.

Корректность (Soundness):

  • Если утверждение ложно, то проверяющего невозможно убедить в его истинности (за исключением очень небольшой вероятности обмана).

Нулевое разглашение (Zero-Knowledge):

  • Проверяющий не получает никакой информации о самом утверждении, кроме того факта, что оно истинно.

Как работает Zero-Knowledge на интуитивном уровне

Представьте, что доказывающий (Алиса) хочет доказать проверяющему (Бобу), что у нее есть секретный пароль, позволяющий открыть дверь в кольцевой пещере. Алиса не хочет раскрывать сам пароль, но хочет убедить Боба, что она его знает. Этот пример часто называют «пещерным протоколом»:

  1. Шаг 1: Вход в пещеру: Алиса входит в пещеру и подходит к двери, которая может быть открыта только с помощью пароля. Она может выбрать, пойти налево или направо от входа.
  2. Шаг 2: Боб выбирает путь: Боб, оставаясь у входа и не видя, какой путь выбрала Алиса, случайно говорит ей, по какому пути она должна вернуться: левому или правому.
  3. Шаг 3: Алиса возвращается: Если Алиса знает пароль, она сможет открыть дверь и вернуться к Бобу по выбранному им пути. Если она не знает пароля, ей придется угадать и вернуться, что будет удаваться только в 50% случаев.
  4. Повторение: Боб несколько раз повторяет этот процесс. Если Алиса каждый раз возвращается по выбранному пути, Боб убеждается, что она действительно знает пароль.

Применение на практике в криптографии

Реальные доказательства с нулевым разглашением используют сложные математические алгоритмы, но принцип остается таким же. Давайте рассмотрим два популярных вида Zero-Knowledge Proofs:

zk-SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge):

  • Позволяет доказывающему создать краткое доказательство, которое проверяющий может верифицировать мгновенно и без взаимодействия. Это краткое доказательство обеспечивает подтверждение истинности без раскрытия данных и широко используется, например, в криптовалюте Zcash для конфиденциальных транзакций.

zk-STARKs (Zero-Knowledge Scalable Transparent ARguments of Knowledge):

  • Масштабируемая и прозрачная версия zk-SNARKs, не требующая доверенной начальной установки. Она обеспечивает большую эффективность и безопасность для сложных вычислений.

Пример работы Zero-Knowledge в блокчейне

В блокчейне ZKP позволяет подтверждать транзакции без раскрытия их деталей. Например, когда пользователь отправляет средства через ZKP-систему:

  • Пользователь создает криптографическое доказательство, подтверждающее, что у него есть достаточное количество средств для транзакции, не раскрывая свой баланс.
  • Это доказательство отправляется в блокчейн, и узлы сети проверяют его.
  • Если доказательство подтверждается, транзакция считается действительной и добавляется в блокчейн, но информация о балансе остается скрытой.

Преимущества Zero-Knowledge:

  1. Конфиденциальность: Позволяет подтверждать информацию, не раскрывая ее, что идеально подходит для финансовых транзакций и защиты данных.
  2. Безопасность: Высокая криптографическая надежность делает ZKP безопасным для использования даже в критически важных системах.
  3. Масштабируемость: Снижает объем данных, которые необходимо передавать и хранить, что повышает эффективность.

Недостатки Zero-Knowledge:

  1. Сложность: Реализация ZKP требует сложных математических вычислений.
  2. Ресурсоемкость: Процесс создания и проверки доказательств может быть интенсивным с точки зрения вычислительных ресурсов.

Заключение

Zero-Knowledge Proofs — это мощный инструмент для обеспечения конфиденциальности и безопасности в цифровом мире. Они позволяют подтверждать истинность данных, не раскрывая их, и все чаще используются в блокчейнах, системах аутентификации и финансовых приложениях.