В сфере цифровых технологий вопросы безопасности и конфиденциальности данных стоят очень остро. Мы хотим быть уверены, что информация о нас надежно защищена. В то же время мы ждем от компаний полной прозрачности. Казалось бы, эти требования противоречат друг другу.

Достичь нужного баланса между открытостью и приватностью помогают новые крипто решения на основе доказательств с нулевым разглашением. Эта технология дает возможность убедиться в достоверности информации, не раскрывая ее содержания. Например, биржа может подтвердить, что располагает достаточными резервами для покрытия обязательств перед клиентами. При этом сумма каждого отдельного баланса останется в тайне.

В этой статье мы подробно разберем, что представляют собой доказательства с нулевым разглашением и как работает эта технология.

Как работают доказательства с нулевым разглашением?

Доказательства с нулевым разглашением (zero-knowledge proofs или ZKP) — это криптографические протоколы, позволяющие одной стороне, называемой «доказывающий», убедить другую сторону, «проверяющего», в истинности некоторого утверждения без раскрытия каких-либо деталей, связанных с этим утверждением. Звучит запутанно, но на деле все достаточно просто.

Представьте, что вы хотите доказать знание секретного пароля, но не можете его назвать. Обычно для этого пришлось бы раскрыть пароль проверяющему. С доказательствами с нулевым разглашением вы можете продемонстрировать знание пароля, не предоставляя его. Проверяющий убедится, что пароль вам известен, но так и не узнает, какой именно он.

Технология работает следующим образом. Вы формируете криптографическое «доказательство» с помощью специального алгоритма, подтверждающее точность вашего утверждения (в данном случае — знания пароля). Проверяющая сторона применяет другой алгоритм для верификации этого доказательства. Если оно корректно, проверяющий может быть полностью уверен в вашем знании пароля, не получив при этом его текста.

ZKP очень полезны для защиты персональных и финансовых данных. Например, крипто биржа может доказать наличие полных резервов для покрытия клиентских балансов, не раскрывая детали отдельных счетов. Так обеспечивается прозрачность при соблюдении конфиденциальности.

Достоверность доказательств очень высока, риск подделки полностью исключается. В то же время для проверки их корректности требуется гораздо меньше ресурсов, чем для создания самого доказательства. Поэтому системы с нулевым разглашением идеально подходят для публичных проверок данных, когда необходимо сохранить тайну отдельных фактов.

Критерии, которым должно отвечать доказательство с нулевым разглашением

Чтобы система доказательств с нулевым разглашением работала корректно и эффективно, она должна соответствовать ряду четких критериев. Рассмотрим основные требования к ним:

• Достоверность. Это, пожалуй, главное условие для любого вида доказательств. Верификатор должен быть абсолютно уверен, что если утверждение истинно, то предоставленное доказательство безусловно подтвердит этот факт. В противном случае, если утверждение ложно, доказательство не сможет ввести верификатора в заблуждение.
• Полнота информации. Верификатор не должен нуждаться в дополнительных сведениях для подтверждения истинности доказываемого утверждения. Предоставленного доказательства должно быть достаточно для формирования окончательного вывода.
• Нулевое разглашение. Это уникальное и крайне важное свойство ZKP. При успешной верификации доказательства, подтверждающего истинность утверждения, верификатор не получает абсолютно никакой дополнительной информации, кроме самого факта этой истинности.

Соблюдение всех трех этих критериев гарантирует надежность и эффективность системы доказательств с нулевым разглашением.

zk-SNARK и дерево Меркла: что это такое?

Технология доказательств с нулевым разглашением базируется на двух ключевых компонентах — протоколе zk-SNARK и структуре данных под названием «дерево Меркла». Рассмотрим каждый из них более детально.

zk-SNARK

zk-SNARK представляет собой криптографический протокол, позволяющий формировать и верифицировать ZKP-доказательства. Его основная роль — давать возможность доказывающей стороне убедить верификатора в достоверности некоего утверждения без передачи реальной информации, связанной с этим утверждением.

Протокол zk-SNARK также используется для доказательства корректности различных вычислительных задач и операций. В крипто сфере это позволяет верифицировать транзакции без разглашения деталей, таких как адреса отправителей/получателей или переводимые суммы.

Важным свойством zk-SNARK является неинтерактивность. После формирования самого доказательства верификатору не требуется дополнительно взаимодействовать с доказывающим — достаточно проверить соответствующим алгоритмом предоставленное доказательство.

Дерево Меркла

Также для реализации систем ZKP требуется еще один компонент — дерево Меркла.

Деревья Меркла представляют собой специальную хеш-структуру, в которой информация организована в виде дерева. На самом нижнем уровне находятся листовые узлы, каждый из которых содержит хеш-значение отдельной транзакции или набора данных. Эти листовые узлы являются основой всей структуры.

На следующем уровне находятся узлы, которые получаются путем объединения и повторного хеширования пар нижестоящих узлов. Например, если на нижнем уровне есть четыре листовых узла (A, B, C, D), то на следующем уровне будет два узла, один из которых будет содержать хеш-значение, полученное путем объединения и хеширования A и B, а другой — хеш-значение, полученное путем объединения и хеширования C и D.

Этот процесс повторяется на каждом следующем уровне, пока в конце концов на самом верхнем уровне не останется единственный узел, называемый корневым хешем. Этот корневой хеш криптографически представляет все изначальные данные, которые были включены в листовые узлы на самом нижнем уровне.

Главная особенность деревьев Меркла заключается в том, что любые изменения в исходных данных, будь то изменение одной транзакции или добавление новой, приводят к полной смене корневого хеша. Это свойство позволяет эффективно проверять целостность очень больших массивов данных, просто вычисляя и сравнивая корневой хеш с ожидаемым значением.

В системах ZKP деревья Меркла используются совместно с протоколом zk-SNARK. Они служат для структурированного хранения и верификации информации о резервах, балансах и других важных данных. При этом сами детали пользовательских записей не раскрываются, а только подтверждается их суммарная корректность.

Благодаря объединению zk-SNARK и деревьев Меркла становится возможным реализовать полноценные системы доказательств с нулевым разглашением. Они позволяют убедиться в истинности каких-либо утверждений или достоверности данных. Так достигается уникальное сочетание прозрачности и конфиденциальности, крайне важное для многих сфер, особенно крипто индустрии.

Что такое хеширование?

Хеширование является одним из основных процессов в криптографии и лежит в основе многих технологий защиты данных, включая доказательства с нулевым разглашением. Рассмотрим, что это такое и как работает.

Хеширование — это преобразование входных данных произвольного размера в выходную строку фиксированной длины при помощи специальной математической функции, называемой хеш-функцией. Результат такого преобразования называется хеш-суммой или просто хешем.

Главные свойства надежных хеш-функций:

• Сжатие исходных данных — вне зависимости от объема входной информации, длина хеша всегда одинакова и меньше исходного размера.
• Высокая скорость вычисления — операция хеширования выполняется очень быстро даже для больших объемов данных.
• Практическая невозможность найти две разные входные последовательности с одинаковыми хешами.
• Любые изменения во входных данных приводят к полному изменению хеш-суммы.

Благодаря этим свойствам хеширование позволяет надежно защищать информацию без утечки ее содержимого. Вместо передачи или хранения самих данных можно использовать их зашифрованные хеш-значения.

Хеш-функции активно применяются в крипто пространстве. Например, в цепочках блоков транзакций каждый новый блок содержит хеш предыдущего. Это связывает все блоки в неразрывную последовательность и защищает от подмены данных.

Аналогичным образом хеширование используется в деревьях Меркла. Суть в том, что вся информация, будь то балансы пользователей или транзакции, хешируется и помещается в дерево в виде хеш-сумм на нижнем уровне. Затем эти хеши последовательно объединяются и вновь хешируются для формирования следующих уровней, пока на вершине не останется единственный итоговый корневой хеш.

Корневой хеш криптографически представляет весь набор исходных данных, но не раскрывает их подробностей. При этом любые изменения отдельных записей приводят к полной смене корневого хеша, что позволяет легко проверять целостность информации.

Таким образом, хеширование является базовым инструментом, обеспечивающим работу сложных протоколов нулевого разглашения.

Зачем использовать доказательства с нулевым разглашением?

Какие именно преимущества дает технология доказательства с нулевым разглашением:

• Сохранение приватности информации при публичных проверках. Раньше компаниям приходилось делать нелегкий выбор — либо раскрывать критически важные данные для подтверждения своей подотчетности, либо не предоставлять никакой информации, рискуя утратить доверие. Благодаря ZKP обе стороны получают желаемое — достоверные публичные доказательства при полной конфиденциальности деталей.
• Упрощение соблюдения требований по защите данных. Все больше отраслей подпадает под строгие регуляторные нормы в области обработки и хранения персональных и финансовых сведений. Доказательства с нулевым разглашением позволяют автоматизировать процессы проверок без риска утечки конфиденциальной информации.
• Повышение эффективности бизнес-процессов. Необходимость постоянно вручную собирать, систематизировать и предоставлять данные для аудитов сильно замедляет рабочие процессы. ZKP обеспечивают автоматическую верификацию с минимальными затратами ресурсов и времени.
• Рост уровня доверия со стороны клиентов и партнеров. Прозрачность в сочетании с гарантией приватности данных воспринимается как весомое конкурентное преимущество. Использование решений на базе ZKP демонстрирует клиентам высокие стандарты безопасности.
• Защита от действий злоумышленников. При традиционных подходах инсайдеры могут получить доступ к критичным данным в процессе проверок. Технология нулевого разглашения исключает саму возможность утечки из-за человеческого фактора.
• Применимость во многих сферах. Хотя ZKP особенно востребованы в финансовой индустрии и на крипто рынках, перспективы их использования гораздо шире. Они могут применяться везде, где требуется сочетание открытости и конфиденциальности — в здравоохранении, госсекторе, бизнесе.

В целом, доказательства с нулевым разглашением открывают новую главу в области защиты данных и могут стать катализатором для развития инноваций во многих отраслях.

Заключение

ZKP открывают широкие перспективы для трейдеров и инвесторов.

Для трейдеров внедрение ZKP на биржах снижает риски, связанные с возможным банкротством или мошенничеством со стороны платформы. Регулярная публикация доказательств с нулевым разглашением подтверждает финансовую устойчивость биржи и наличие средств для исполнения обязательств перед клиентами. При этом детали счетов остаются в тайне.

Также ZKP могут применяться для защиты приватности транзакций в публичных блокчейнах. Технология позволяет скрывать адреса отправителей/получателей и суммы переводов, сохраняя возможность проверки корректности операций. Это особенно важно для институциональных инвесторов, которым требуется конфиденциальность сделок.

В целом, доказательства с нулевым разглашением вносят большой вклад в индустрию крипто безопасности, упрощая процедуры аудита и соблюдения регуляторных требований.