1.O que é uma prova de conhecimento zero?

Uma prova de conhecimento zero (ZK) é um protocolo criptográfico que permite a uma pessoa (o provador) convencer outra (o verificador) de que uma afirmação específica é verdadeira, sem revelar quaisquer detalhes sobre a afirmação em si.

Os pesquisadores Shafi Goldwasser, Silvio Micali e Charles Rackoff apresentaram a ideia pela primeira vez no início dos anos 1980. O principal objetivo de uma prova ZK é persuadir o verificador de que uma afirmação é verdadeira , sem revelar qualquer informação além da veracidade da afirmação.

Uma boa prova de conhecimento zero deve cumprir os três critérios a seguir:

1. Completude: O verificador aceitará a prova com alta probabilidade se a proposição for verdadeira, e tanto o provador quanto o verificador aderirem ao protocolo.
2. Solidez: Se a afirmação for falsa, nenhum provador deverá ser capaz de persuadir o verificador do contrário, salvo em circunstâncias extremamente improváveis.
3. Conhecimento zero: Mesmo depois de interagir com o provador, o verificador entende apenas a verdade da afirmação e nada mais sobre o segredo.

Existem diferentes tipos de provas ZK:

Provas ZK interativas

Provas interativas de conhecimento zero exigem comunicação direta entre o provador e o verificador.

Provas ZK não interativas

As provas não interativas de conhecimento zero fornecem uma prova compacta que pode ser verificada em uma única etapa.

Provas estatísticas de ZK

As provas estatísticas de conhecimento zero oferecem solidez computacional com uma pequena probabilidade de erro.

Prova de conhecimento (PoK)

PoK é uma subclasse de provas ZK que mostra que o provador possui conhecimento específico relacionado à afirmação.

Provas de shuffle e range

Essas provas ZK são usadas em votação eletrônica e transações de preservação de privacidade.

Protocolos Sigma

Os protocolos Sigma são uma classe de provas ZK que envolvem três etapas: compromisso, desafio e resposta.

À prova de balas

Bulletproofs são projetados para fornecer provas de intervalo eficientes para grandes conjuntos de valores.

2.Como funcionam as provas de conhecimento zero?

As provas ZK permitem que um provador convença um verificador da veracidade de uma afirmação sem revelar qualquer informação sobre a afirmação em si. O provador e o verificador interagem em múltiplas rodadas do protocolo e, na conclusão, o verificador desenvolve confiança na veracidade da afirmação sem aprender qualquer informação adicional sobre o segredo.

Vamos usar o “Problema das Três Cores”, também conhecido como “Problema de Coloração de Gráficos”, como uma ilustração de como funcionam as provas ZK.

O problema

Imagine que você tem um mapa com múltiplas áreas (vértices) conectadas por linhas (arestas), e esse é o problema. O objetivo é usar uma das três cores para colorir cada região, de modo que não haja duas partes vizinhas com a mesma cor. Você consegue convencer alguém de que conhece a coloração correta sem expor os matizes reais dados a cada região?

Solução usando o protocolo ZK-proofs

Configuração

O provador e o verificador concordam com as regiões e links do gráfico (mapa).

Declaração

O provador afirma ter três cores confiáveis para o gráfico fornecido.

Rodada 1: Compromisso

O provador escolhe cores aleatoriamente para cada local em segredo, sem divulgá-las. Em vez disso, o provador fornece ao verificador uma promessa criptografada para cada região. O verificador não consegue ver quais cores estão dentro dos compromissos porque eles estão trancados como caixas.

Rodada 2: Desafio

O verificador escolhe uma região aleatória e solicita que o provador abra o compromisso para aquela zona específica. O provador deve revelar o tom do comprometimento daquela área.

Rodada 3: Resposta

Depois de se comprometer com as cores, o provador deve agora provar que a coloração revelada é precisa. Isso envolve exibir as diferenças de cores entre seções adjacentes. O verificador examina a resposta para garantir que o provador seguiu corretamente as regras.

Iteração

As rodadas 2 e 3 são repetidas inúmeras vezes usando várias regiões escolhidas aleatoriamente. Este procedimento é repetido quantas vezes forem necessárias para estabelecer um alto grau de confiança na veracidade da afirmação do provador.

Conclusão

O verificador fica confiante de que o provador realmente possui três cores válidas sem saber as cores reais usadas se o provador produzir regularmente respostas válidas para cada rodada.

O verificador aumenta gradualmente a capacidade do provador de reconhecer uma três cores válida do gráfico, repetindo o procedimento para várias regiões. Entretanto, a propriedade de conhecimento zero é mantida, pois o verificador nunca descobre as cores reais atribuídas a cada região durante o procedimento.

A ilustração acima mostra como as provas ZK podem ser usadas para persuadir alguém de que existe uma solução, mantendo a identidade da solução em segredo, oferecendo uma ferramenta potente para aumentar a privacidade e a segurança em uma variedade de aplicações.

3.Quais são as aplicações das provas de conhecimento zero?

As provas ZK são ferramentas úteis que têm muitos usos em diversos campos e abordam importantes questões de privacidade e segurança.

As provas ZK são cruciais no mundo das criptomoedas para melhorar a privacidade e escalabilidade das transações. Eles permitem transações anônimas sem revelar os detalhes da transação ou a identidade dos usuários, como é o caso das criptomoedas com foco na privacidade, como o Zcash (ZEC).

As provas ZK podem ser usadas nos campos de autenticação e controle de acesso para demonstrar a compreensão de uma senha ou chave criptográfica sem revelar a senha ou a própria chave. Isso resulta em técnicas de autenticação mais fáceis de usar e seguras.

As provas ZK também são utilizadas em sistemas de votação electrónica, onde permitem aos eleitores demonstrar a legitimidade do seu voto sem divulgar o voto real, protegendo tanto a privacidade do eleitor como a integridade do processo eleitoral.

As provas ZK também têm implicações para a transferência e verificação segura de dados, dando a um lado a capacidade de demonstrar a precisão dos cálculos em dados privados sem divulgar os dados em si.

As provas de conhecimento zero podem melhorar a privacidade das transações em moedas digitais do banco central (CBDCs) , facilitando as transações privadas e mantendo o anonimato do usuário. Ao equilibrar privacidade e transparência nas transações CBDC, as provas ZK permitem auditabilidade sem revelar detalhes específicos da transação.

4.As provas ZK podem ser integradas em plataformas blockchain?

Sim, as provas ZK podem ser integradas em plataformas blockchain e, de fato, foram implementadas com sucesso em várias redes blockchain. As provas ZK fornecem uma técnica potente para aumentar a eficiência, segurança e privacidade em sistemas blockchain.

Quando integradas em plataformas blockchain, as provas ZK podem servir a vários propósitos:

Privacidade e confidencialidade

As provas ZK permitem transações privadas, permitindo que os usuários realizem transações sem divulgar as informações subjacentes, como o valor da transação e os endereços do remetente e do destinatário. A melhoria da privacidade do usuário em blockchains abertas depende disso.

Verificação e auditoria

Sem divulgar os dados ou informações reais, as provas ZK podem ser usadas para verificar a precisão de cálculos ou declarações específicas. Isso garante a integridade dos dados e possibilita procedimentos de auditoria eficazes.

Escalabilidade

As provas ZK podem aumentar a escalabilidade da plataforma, oferecendo provas concisas para cálculos complexos, o que pode ajudar a minimizar a sobrecarga computacional e de armazenamento no blockchain.

Identidade e autenticação

Ao usar provas ZK para verificação e autenticação seguras de identidade e, ao mesmo tempo, proteger a privacidade do usuário, os aplicativos baseados em blockchain serão mais seguros.

Interoperabilidade entre cadeias

As provas ZK podem ajudar na comunicação entre cadeias e transferências de ativos, ao mesmo tempo que protegem a privacidade, facilitando a interoperabilidade entre várias redes blockchain.

5.Quais são as desvantagens das provas de conhecimento zero?

As provas ZK oferecem benefícios de privacidade e segurança, mas podem ser computacionalmente intensivas e complexas de implementar.

O desenvolvimento e a verificação de provas ZK podem consumir muitos recursos e recursos computacionais, especialmente para provas mais complicadas. Isto pode resultar em tempos de processamento mais longos para transações e mais trabalho computacional, o que pode tornar os sistemas blockchain mais difíceis de escalar.

Além disso, as provas ZK podem adicionar uma camada de complexidade que pode tornar o protocolo mais difícil de auditar e verificar, gerando preocupações sobre possíveis falhas ou bugs de segurança. Além disso, embora as provas ZK melhorem a privacidade ao ocultar informações, também podem facilitar atividades ilegais em algumas situações, criando dificuldades para o cumprimento regulamentar.

As provas ZK também podem não ser apropriadas para todos os casos de uso ou setores porque exigem treinamento e experiência específicos para serem implementadas adequadamente. Isto pode impedir que sejam amplamente utilizados e adotados em muitos campos.

Embora as provas ZK forneçam recursos úteis de privacidade e segurança, suas desvantagens exigem um estudo cuidadoso e avaliação das compensações associadas antes de sua adoção em sistemas ou aplicativos específicos.

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