O que são provas de conhecimento zero

As provas de conhecimento zero são um dos conceitos mais abstratos e fascinantes da criptografia aplicada hoje. De potencialmente aplicado a negociações de desarmamento nuclear para fornecer transações anônimas e seguras para redes públicas de blockchain, as provas de conhecimento zero são um exemplo profundo de inovação criptográfica.

O que são provas de conhecimento zero

Histórico e aplicativos

O conceito de provas de conhecimento zero foi introduzido pela primeira vez em 1985 por Shafi Goldwasser, Charles Rackoff e Silvio Micali e realmente apareceu em O jornal New York Times em 1987. Eles projetaram a noção de complexidade do conhecimento, uma métrica para a quantidade de conhecimento que é necessária para transferir de um provador para um verificador para ser considerado válido.

Eventualmente, eles foram capazes de provar que, com alguma interação entre um provador e um verificador, eles poderiam essencialmente reduzir a quantidade de conhecimento que precisava ser transmitida entre os dois para zero. O problema que eles estavam resolvendo era provar que um número estava não-resíduo quadrático mod m. A principal preocupação deles era vazamento de informação, o que significa quanta informação um verificador aprenderá ao longo da verificação de que uma declaração é válida.

A matemática por trás do conceito é excepcionalmente sofisticada (isenção de responsabilidade – não tenho ideia de como a matemática funciona, mas você pode tentar) e seu trabalho lhes valeu o Prêmio Gõdel em 1993 para avanços na Ciência da Computação Teórica.

Outros desenvolvimentos viram a criação de sistemas à prova de conhecimento zero para o problema de coloração do gráfico e que tudo o que pode ser provado com um sistema de prova interativo pode ser provado com conhecimento zero. Construir provas de conhecimento zero sobre protocolos de Internet foi mais desafiador e exigiu o desenvolvimento de protocolos à prova de testemunhas indistinguíveis. Agora, sua integração em redes descentralizadas está levando sua aplicação ainda mais longe.

Provas não interativas de conhecimento zero foram eventualmente inventadas e são onde a interação entre o provador e o verificador é removida. Em vez disso, uma string de referência comum compartilhada entre o provador e o verificador é tudo o que é necessário para obter conhecimento zero computacional. Esses tipos de suposições matemáticas e computacionais são o motivo pelo qual as provas de conhecimento zero são comumente chamadas de “criptografia mágica”, que são extremamente difíceis de entender, mesmo de uma perspectiva abstrata.

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Com relação às criptomoedas, provas não interativas de conhecimento zero também podem ser obtidas no Modelo Random Oracle usando o Heurística Fiat-Shamir. Esta introduzido O conceito de zk-SNARKs, que formou a base para o anonimato dentro da criptomoeda Zcash. Posteriormente, as provas de bala foram introduzidas pelo grupo de criptografia aplicada de Stanford como provas curtas não interativas de conhecimento zero que eliminaram a necessidade do controverso configuração confiável dentro do Zcash e outros protocolos usando zk-SNARKs. Finalmente, zk-STARKs foram criados no início deste ano e também eliminou a necessidade de uma configuração confiável.

Formulários

As provas de conhecimento zero têm uma ampla variedade de aplicações devido à sua natureza única. Eles são particularmente eficazes na comunicação segura, autenticação e privacidade.

A aplicação relevante para criptomoedas é o anonimato nas transações. As plataformas que usam alguma forma de provas de conhecimento zero incluem ZCash, Monero, PIVX e Zerocoin. É importante ressaltar que essas criptomoedas usam provas de conhecimento zero para ofuscar os detalhes das transações em redes públicas de blockchain. Esses detalhes incluem o remetente, o destinatário e a quantia transferida.

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O uso de provas de conhecimento zero em uma rede pública descentralizada onde o valor transferido é um avanço revolucionário. A capacidade de anonimizar completamente as transações de rede em uma rede pública é um feito incrível que não deve ser esquecido.

Outra aplicação de destaque da tecnologia está em sistemas de autenticação. UMA prova de conhecimento de zero conhecimento pode ser usado para provar informações secretas, como uma senha, sem realmente revelar a senha. As provas de conhecimento zero são normalmente muito complicadas para serem úteis apenas com senhas, mas, eventualmente, isso pode ser muito útil para proteger as senhas de usuários na Internet.

As provas de conhecimento zero também podem ser aplicadas na verificação de identidade. Para simplificar, para acessar uma instalação de alta segurança, você precisaria de um número PIN ou de um cartão de identidade autenticado para obter acesso por uma porta. O componente de autenticação da porta representa uma brecha de segurança, pois pode ser potencialmente manipulado para descobrir o PIN de acesso. Usando uma prova de conhecimento zero, o componente pode conter um número n sem sua fatoração.

Os usuários autorizados receberiam a solução para essa instância de problema em particular e eles podem provar ao componente de autenticação que conhecem a solução sem realmente inserir nada específico para a solução no componente de autenticação. Portanto, manipular o componente de autenticação para encontrar o PIN não funcionará, pois não armazena o PIN (solução).

Como eles trabalham

Uma prova de conhecimento zero é quando um provador (Alice) pode provar que conhece as informações x a um verificador (Bob) sem comunicar qualquer outra informação a Bob além do fato de que ela sabe x.

Por definição, uma prova de conhecimento zero deve satisfazer as três propriedades a seguir:

  • Completenos
  • Soundnes
  • Conhecimento zero

Integridade é a chance altamente probabilística de que, se Alice estiver dizendo a verdade, Bob acabará se convencendo de que ela está dizendo a verdade.

Solidez é o fato de que Alice pode convencer Bob se ela está falando a verdade.

Conhecimento zero é que Bob não aprende nada sobre o conhecimento secreto de Alice (solução).

A complexidade das provas de conhecimento zero faz com que sejam normalmente descritas com exemplos abstratos. Vários estão disponíveis, incluindo o Ali Baba Cave, Two Balls and the Color Blind Friend e The Telecom Giant. Todos eles fazem um trabalho sólido em elucidar o conceito de provas de conhecimento zero, mas vamos nos concentrar no primeiro, a Caverna de Ali Baba.

A história vem de um artigo intitulado “Como explicar provas de conhecimento zero para seus filhos”Por Jean-Jacques Quisquater e geralmente é o seguinte:

Um exemplo ligeiramente ajustado e mais útil pode ser usado com Alice e Bob.

Alice descobre a frase secreta para abrir uma porta secreta em uma caverna estranha. A caverna tem a forma de um anel com a porta secreta bloqueando os caminhos de conexão no final. Bob quer saber a palavra secreta, mas Alice não vai revelar a ele.

Para resolver a situação, eles rotulam os dois caminhos de A e B. Alice segue um caminho enquanto Bob espera do lado de fora e não consegue ver qual caminho ela escolheu. Bob entra na caverna e grita para qual caminho ele quer que Alice volte. Porque Alice tem a frase secreta para a porta, ela pode retornar em qualquer caminho, retornando facilmente pelo caminho que Bob grita. Ela também não precisa revelar a frase secreta para fazer isso.

Se Alice não souber a palavra secreta, ela terá 50 por cento de chance de retornar ao caminho desejado. No entanto, em tentativas contínuas, as chances de ela ser capaz de antecipar o pedido de Bob seriam negligentes.

Como ela possui a frase secreta, sua capacidade de retornar ao caminho desejado demonstra consistentemente a Bob (com probabilidade extremamente alta) que ela conhece a frase secreta. Para observadores terceirizados, eles não podem ver Alice na caverna devido ao seu formato, então eles verão apenas Alice retornar no caminho correto. Isso efetivamente torna toda a interação entre Alice e Bob anônima.

As provas de conhecimento zero continuarão a ser aplicadas onde quer que sejam úteis à medida que continuam a se desenvolver. A tecnologia subjacente pode ser extremamente complexa, mas seu potencial de privacidade, autenticidade e segurança não pode ser exagerado.

O uso de provas de conhecimento zero em criptomoedas está levando a inovação da tecnologia ainda mais longe. Se você está procurando uma análise mais técnica ou exemplos do mundo real de uma perspectiva técnica, Matthew Green oferece um excelente análise da tecnologia com alguns experimentos de pensamento interessantes.

Conclusão

As provas de conhecimento zero ocupam corretamente seu lugar como uma das tecnologias mais complicadas e exclusivas usadas em redes blockchain. Suas implicações são progressistas e até atraíram o admiração do cofundador do Google Sergey Brin.

A aplicação de provas de conhecimento zero em criptomoedas continuará a liderar o caminho para revelar uma das tecnologias mais interessantes e anônimas disponíveis hoje.

Mike Owergreen Administrator
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