اصطلاحات ارزدیجیتال
معرفی کامل اثبات دانش صفر (Zero-knowledge proof)
سپتامبر
آیا می‌دانید چگونه می‌توان اطلاعاتی را بدون افشای آن اثبات کرد؟ اثبات دانش صفر (Zero-Knowledge Proof) پاسخی شگفت‌انگیز برای این پرسش است. در دنیایی که حریم خصوصی به یک دغدغه جدی تبدیل شده، این فناوری نوظهور به عنوان یک سپر محکم برای محافظت از اطلاعات کاربران در شبکه‌های بلاک چین عمل می‌کند.
تصور کنید می‌خواهید ثابت کنید که عضوی از یک گروه خاص هستید، بدون اینکه اطلاعاتی درباره خود یا گروه فاش کنید. این دقیقاً همان کاری است که اثبات دانش صفر انجام می‌دهد. با استفاده از این تکنولوژی، می‌توانید به دیگران ثابت کنید که اطلاعات خاصی را در اختیار دارید، بدون اینکه خود آن اطلاعات را آشکار کنید.
در این مقاله، به بررسی عمیق اثبات دانش صفر، کاربردهای آن در دنیای بلاک چین و همچنین انواع مختلف آن خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید تا دریابید که چگونه این فناوری می‌تواند آینده حریم خصوصی در دنیای دیجیتال را متحول کند.
اثبات دانش صفر چیست؟
اثبات دانش صفر یک پروتکل رمزنگاری قدرتمند است که به شما اجازه می‌دهد بدون افشای جزئیات محرمانه، صحت یک ادعا را اثبات کنید. این تکنولوژی در دنیای بلاک چین کاربردهای بسیار گسترده‌ای دارد، از جمله:
- حفظ حریم خصوصی تراکنش‌ها: با استفاده از اثبات دانش صفر، می‌توانید تراکنش‌های خود را بدون افشای آدرس‌های فرستنده و گیرنده انجام دهید.
- تایید هویت بدون افشای اطلاعات شخصی: می‌توانید هویت خود را بدون نیاز به ارائه اطلاعات حساس مانند شماره ملی یا گذرنامه تایید کنید.
- ایجاد قراردادهای هوشمند با حفظ حریم خصوصی: می‌توانید قراردادهای هوشمندی ایجاد کنید که اطلاعات محرمانه را محافظت می‌کنند.
در ادامه این مقاله، به بررسی فنی‌تر اثبات دانش صفر، انواع مختلف آن و کاربردهای گسترده آن در دنیای بلاک چین خواهیم پرداخت.
ایده اثبات دانش صفر از کجا آغاز شد؟
شفی گلدواسر (Shafi Goldwasser) سیلویو میکالی (Silvio Micali) و چارلز راکف (Charles Rackoff) از جمله محققینی بودند که ایده اثبات دانش صفر را برای اولین بار در اوایل دهه 1980 ارائه کردند. هدف اصلی اثبات دانش صفر یا ZK-proof متقاعد کردن تأییدکننده است که تنها قبول کند یک ادعا صحت دارد و درست است بدون اینکه لازم باشد اطلاعات دیگری فاش شود.
ویژگی‌هایی که برای داشتن اثبات دانش صفر مورد نیاز است
برای اینکه یک اثبات دانش صفر خوب و قابل اتکا به وجود بیاید، در ابتدا باید چندین ویژگی زیر برآورده شود:
- کامل بودن: اگر گزاره درست باشد، تأیید کننده با احتمال زیاد اثبات را می‌پذیرد و هم اثبات‌کننده (Prover) و همینطور تأییدکننده (verifier) به پروتکل پایبند هستند.
- درستی: اگر یک ادعا نادرست است، هیچ اثبات کننده‌ای نباید موفق شود یک تأییدکننده را متقاعد کند که ادعا درست است، مگر در شرایط بسیار بعید و نزدیک به غیرممکن.
- دانش صفر: حتی پس از تعامل با اثبات کننده، شخص تأییدکننده فقط صحت گفته را درک کرده و چیز دیگری از راز نمی‌داند.
فرآیند اثبات دانش صفر شامل دو طرف اصلی است: اثبات‌کننده و تأییدکننده. اثبات‌کننده کسی است که می‌خواهد ادعای خود را ثابت کند و تأییدکننده کسی است که صحت ادعا را بررسی می‌کند.
- توافق اولیه: ابتدا، اثبات‌کننده و تأییدکننده در مورد قوانین و پارامترهای اثبات توافق می‌کنند.
- تعهد اولیه: اثبات‌کننده یک تعهد رمزنگاری‌شده ایجاد می‌کند که ادعای او را بدون افشای جزئیات آن نشان می‌دهد.
- چالش: تأییدکننده به‌طور تصادفی از اثبات‌کننده یک چالش می‌خواهد.
- پاسخ: اثبات‌کننده با استفاده از اطلاعاتی که در اختیار دارد و تعهد اولیه، پاسخی به چالش ارائه می‌دهد
- تکرار: مرحله سوم و چهارم بارها با استفاده از مناطق مختلف تکرار می‌شود تا اعتماد به صحت ادعای ارائه‌کننده افزایش یابد.
- تأیید: تأییدکننده پاسخ ارائه شده را با توجه به قوانین توافق‌شده بررسی می‌کند. اگر پاسخ صحیح باشد، تأییدکننده به صحت ادعای اثبات‌کننده اطمینان پیدا می‌کند.
این فرآیند ممکن است چندین بار تکرار شود تا اطمینان از صحت ادعا افزایش یابد.
مثال: غار علی بابا
برای درک بهتر این مفهوم، می‌توانیم از مثال معروف غار علی بابا استفاده کنیم. تصور کنید شخصی ادعا می‌کند که راه ورود به یک غار را می‌داند. او می‌تواند با وارد شدن به غار از یک ورودی و خارج شدن از ورودی دیگر، به فرد مقابل ثابت کند که راه ورود را می‌داند، بدون اینکه خود راه را نشان دهد. هر بار که این کار تکرار می‌شود، اطمینان فرد مقابل از صحت ادعای او بیشتر می‌شود.
انواع مختلف از اثبات دانش صفر ZK-proof
همانطور که پیش از این اشاره شد، اثبات دانش صفر شکل‌های مختلفی دارد و هر کدام کاربرد منحصر به خود را دارد و طبیعتا بر اساس شرایط، ممکن است نوع خاصی از آنها استفاده شود. البته شاید تعاریف کلی آنها بیش از حد پیچیده و گنگ به نظر برسد اما واقعیت کارکرد آنها بر اساس پروژه‌ها قابل درک‌تر خواهد بود. در این بخش مختصرا به آنها اشاره می‌کنیم.
- اثبات دانش صفر تعاملی (Interactive ZK-proofs)
شیوه کار اثبات‌های دانش صفر تعاملی به اینگونه است که نیاز به ارتباط رفت و برگشتی میان اثبات‌کننده و تأیید کننده وجود دارد.
- اثبات دانش صفر غیرتعاملی (Non-interactive ZK-proofs)
شیوه کار اثبات‌های دانش صفر غیرتعاملی، به این شیوه است که یک مدرک محکم ارائه می‌شود و به همین خاطر امکان تایید یک مرحله‌ای ادعا به وجود می‌آید.
- اثبات دانش صفر آماری (Statistical ZK-proofs)
اثبات‌های دانش صفر آماری به طوری عمل می‌کنند که مدارک محاسباتی را با احتمال کمترین خطا را برای اثبات ادعا ارائه می‌دهند.
- اثبات دانش (Proof-of-knowledge (PoK
اثبات دانش زیرمجموعه‌ای از اثبات‌های دانش صفر است که اثبات کننده، ثابت می‌کند دانشی درباره یک عبارت یا ادعا خاص دارد.
- اثبات Proofs of shuffle and range
این نوع اثبات دانش صفر در رای‌گیری الکترونیکی و تراکنش‌های حفظ حریم خصوصی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- پروتکل‌های سیگما (Sigma protocols)
پروتکل‌های سیگما نیز نوعی از اثبات‌دانش صفر هستند که از سه بخش تشکیل شده‌اند که شامل تعهد، چالش و پاسخ هستند. این پروتکل‌ها قدرت بسیار زیادی دارند و جزء اثبات‌های پرکاربرد به شمار می‌روند.
- اثبات بولت (Bulletproofs)
ضدگلوله به مدارک کوتاهی گفته می‌شود که از اثبات‌دانش صفر غیرتعاملی استفاده می‌کند و نیاز به تنظیمات قابل اعتماد ندارد. این الگوریتم‌ها در پروژه‌های بزرگ و برای فعال کردن تراکنش‌های خصوصی ارزهای دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرند. از مطرح‌ترین پروژه‌هایی که از این فناوری استفاده می‌کنند می‌توان به StarkNet، zkSync و Loopring اشاره کرد.
کاربردهای اثبات دانش صفر (ZK-proofs)
اثبات‌های دانش صفر (ZK-proofs) ابزارهای قدرتمندی هستند که در حال متحول کردن دنیای بلاک چین و حفظ حریم خصوصی هستند. در این بخش، به برخی از مهم‌ترین کاربردهای این فناوری می‌پردازیم:
-
بهبود حریم خصوصی در تراکنش‌ها
- تراکنش‌های ناشناس: ZK-proofs به کاربران اجازه می‌دهد تا تراکنش‌های خود را بدون افشای اطلاعات شخصی مانند آدرس کیف پول یا مبلغ تراکنش انجام دهند.
- ارزهای دیجیتال حریم خصوصی محور: پروژه‌هایی مانند Zcash از ZK-proofs برای ایجاد تراکنش‌های کاملاً محرمانه استفاده می‌کنند.
-
احراز هویت و کنترل دسترسی
- تأیید هویت بدون افشای اطلاعات حساس: با استفاده از ZK-proofs، می‌توان هویت کاربران را بدون نیاز به ارائه اطلاعات شخصی مانند شماره ملی یا گذرنامه تایید کرد.
- افزایش امنیت: ZK-proofs به دلیل ماهیت غیر تعاملی خود، در برابر حملات مختلف امن‌تر هستند.
-
سیستم‌های رای‌گیری الکترونیکی
- حفظ حریم خصوصی رای‌دهندگان: ZK-proofs به رای‌دهندگان اجازه می‌دهد تا به صورت ناشناس رای دهند و در عین حال از صحت رای خود اطمینان حاصل کنند.
- یکپارچگی انتخابات: با استفاده از ZK-proofs می‌توان از دستکاری نتایج انتخابات جلوگیری کرد.
-
انتقال و تأیید امن داده‌ها
- محاسبات محرمانه: ZK-proofs امکان انجام محاسبات پیچیده روی داده‌های خصوصی را بدون افشای خود داده‌ها فراهم می‌کند.
- تأیید صحت داده‌ها: می‌توان از ZK-proofs برای تأیید صحت داده‌ها بدون نیاز به دسترسی به خود داده‌ها استفاده کرد.
-
ارزهای دیجیتال بانک مرکزی (CBDCs)
- تراکنش‌های خصوصی: ZK-proofs می‌توانند به CBDCها اجازه دهند تا تراکنش‌های خصوصی را با حفظ شفافیت مورد نیاز برای مقررات مالی انجام دهند.
- ممیزی‌پذیری: ZK-proofs می‌توانند به مقامات نظارتی اجازه دهند تا تراکنش‌ها را بدون نقض حریم خصوصی کاربران ممیزی کنند.
مزایای استفاده از ZK-proofs در بلاک چین
- افزایش حریم خصوصی: محافظت از اطلاعات شخصی کاربران
- امنیت بالاتر: مقاومت در برابر حملات مختلف
- مقیاس‌پذیری: افزایش توان پردازشی شبکه
- قابلیت همکاری بین زنجیره‌ای: تسهیل تعامل بین شبکه‌های مختلف بلاک چین
چالش‌ها و محدودیت‌ها
- پیچیدگی محاسباتی: پیاده‌سازی ZK-proofs به منابع محاسباتی زیادی نیاز دارد.
- پیچیدگی فنی: درک و پیاده‌سازی ZK-proofs نیازمند دانش فنی بالایی است.
- محدودیت در برخی کاربردها: ZK-proofs ممکن است برای همه کاربردها مناسب نباشد.
سخن پایانی
اثبات‌دانش صفر (ZK-proofs) نیاز به اشتراک‌گذاری اطلاعات خصوصی از جمله نام، رمز عبور و… را از بین می‌برد. الگوریتم اثبات‌دانش صفر یک راه‌حل ایدئال برای اثبات موضوعات مهم بدون افشای اطلاعات خصوصی است. این موضوع در کنار استفاده آسان از فناوری بلاک چین سبب شده است که کاربران تجربه کاربری بهتری داشته باشند. با استفاده از ZKP سطح جدیدی از امنیت به تراکنش‌های بلاک چین اضافه شده و تمام تراکنش‌ها، توافق‌نامه‌ها، اطلاعات و تعاملات به‌صورت ایمن و خصوصی رد و بدل می‌شوند. به‌خاطر همین، در این مقاله، بررسی کردیم که اثبات‌دانش صفر چیست، چه انواعی دارد و چگونه کار می‌کند.