Лучшие примеры применения доказательств с нулевым разглашением в реальном мире на основе блокчейна

Блокчейны построены на принципах прозрачности. Каждая транзакция, баланс и изменение состояния видны и могут быть проверены любым пользователем. Такая конструкция устраняет зависимость от центральных органов власти, но вводит существенное ограничение. Конфиденциальные данные не могут оставаться в тайне.

Доказательства с нулевым разглашением устраняют это ограничение, изменяя принцип проверки. Вместо раскрытия данных для доказательства корректности система может генерировать доказательство, подтверждающее действительность утверждения, без раскрытия исходных данных. Это позволяет блокчейнам проверять транзакции, вычисления и личности, сохраняя при этом в тайне важную информацию.

В этом блоге рассматривается применение доказательств с нулевым разглашением в ключевых сценариях использования блокчейна, включая архитектуры первого уровня, системы масштабирования второго уровня, платформы взаимодействия и многое другое. 

Основные области применения ZK-доказательств в блокчейне 

Источник изображения: https://arxiv.org/html/2408.00243v2#S4 

1. Масштабирование уровня 2: ZK Rollups как модульный исполнительный уровень

Бизнес-проблема

Блокчейны первого уровня сталкиваются со структурными ограничениями:

• Высокие транзакционные издержки из-за ограниченного пространства в блоке.
• Низкая пропускная способность в условиях перегрузки сети.
• Требование к каждому узлу повторно выполнять транзакции.

Эти ограничения затрудняют поддержку приложений с большим объемом данных, таких как платежные системы, торговые платформы и системы корпоративного уровня.

Подход на основе ZK

В алгоритмах агрегирования с нулевым разглашением эта проблема решается путем разделения выполнения и проверки.

• Транзакции выполняются вне блокчейна.
• Переходы состояний суммируются в доказательство.
• Первый уровень проверяет доказательство, вместо того чтобы повторно запускать вычисления.

Эта модель позволяет организациям обрабатывать большие объемы транзакций, полагаясь при этом на первый уровень для окончательного расчета.

Реальные реализации

• zkSync Эра
  Совместимый с EVM пакет с нативной абстракцией учетных записей и пользовательскими оптимизациями компилятора.
• Полигон зкЭВМ
  Основное внимание уделяется эквивалентности EVM, что позволяет напрямую развертывать существующие смарт-контракты.
• манускрипт
  Обеспечивает совместимость с минимальными изменениями в коде операций.
• Линия
  Поддерживает стандартные инструменты Ethereum с обеспечением непрерывности работы для разработчиков.
• Старкнет
  Использует доказательства STARK и собственный язык (Cairo), отдавая приоритет масштабируемости и прозрачности.

2. Взаимодействие блокчейнов: межсетевая верификация без зависимости от доверия.

Бизнес-проблема

Экосистема блокчейна сильно фрагментирована. Организации работают в следующих областях:

• Многоуровневые сети первого уровня
• Сводные данные уровня 2 с изолированным состоянием
• Цепочки приложений

Такая фрагментация создает операционные проблемы:

• Для передачи активов необходимы посредники.
• Данные не могут свободно перемещаться по сетям.
• Межцепочечная координация создает риски безопасности.

Традиционные модели мостовых соединений полагаются на доверенные ретрансляторы или системы мультисигнатур, что повышает уязвимость к сбоям и атакам.

Подход на основе ZK

Доказательства с нулевым разглашением позволяют напрямую проверять состояние в разных цепочках.

Вместо того чтобы доверять посредникам, принимающая цепочка может проверить:

• Произошла сделка
• что переход состояния является допустимым
• Блокировка завершена

Это достигается с помощью криптографических доказательств, а не проверки третьей стороной.

Реальные реализации

зкбридж

• Использует релейную сеть с блочным заголовком.
• Генерирует доказательства корректности zkSNARK.
• Поддерживает проверенные заголовки в целевой цепочке.
• Предоставляет общий интерфейс для кроссчейн-приложений.

Телепатия

• Обеспечивает передачу сообщений между цепочками.
• Использует zkSNARKs для доказательства окончательности блока Ethereum.
• Комбинирует:
  • Подтверждение подписей валидаторов
  • Доказательства Меркла для включения транзакций
• Выполняет проверку сообщений в целевой цепочке.

3. Хранение данных в блокчейне: проверка данных без их хранения в блокчейне.

Бизнес-проблема

Хранение больших объемов данных непосредственно в блокчейне — дорогостоящий и сложный в масштабировании процесс.

Проблемы включают:

• Высокие затраты на хранение
• Увеличение накладных расходов на проверку
• Увеличение объема подтверждающих документов по мере расширения наборов данных.

Традиционные подходы основаны на доказательствах Меркла для проверки включения данных. По мере роста наборов данных эти доказательства становятся все больше и дороже в проверке, что делает их непригодными для приложений с большими объемами данных или корпоративного уровня.

Подход на основе ZK

Доказательства с нулевым разглашением вводят другую модель.

Вместо хранения и проверки полных наборов данных в блокчейне:

• Данные хранятся вне блокчейна.
• Вычисления выполняются вне блокчейна.
• Для подтверждения корректности генерируется краткое доказательство.

Блокчейн проверяет только само доказательство, а не лежащие в его основе данные или вычисления.

Реальные реализации

Геродот

• Вводит механизмы подтверждения хранения данных в блокчейне.
• Предоставляет доступ к историческим данным Ethereum.
• Комбинирует:
  • Доказательства включения
  • Доказательства вычислений
• Использует системы на основе STARK для верификации.

Filecoin

• Использует распределенное хранилище на глобальных узлах.
• Применяет zkSNARKs для генерации компактных доказательств.
• Обеспечивает быструю и недорогую проверку.
• Значительно снижает накладные расходы на проверку по сравнению с традиционными методами.

4. Конфиденциальность смарт-контрактов и транзакций: избирательная конфиденциальность в публичных блокчейнах

Бизнес-проблема

Публичные блокчейны раскрывают все детали транзакций и взаимодействия смарт-контрактов.

Это накладывает ограничения на сценарии использования, требующие конфиденциальности, такие как:

• Финансовые операции
• Механизмы аукциона
• управление денежными средствами
• Конфиденциальная бизнес-логика

Организациям необходим способ работы на общедоступной инфраструктуре с сохранением контроля над доступностью данных.

Подход на основе ZK

Доказательства с нулевым разглашением позволяют обеспечить избирательную конфиденциальность на уровне приложения.

• Вычисления, связанные с конфиденциальными данными, выполняются вне блокчейна.
• Создается доказательство, подтверждающее правильность.
• Доказательство проверяется в блокчейне без раскрытия входных данных.

Это позволяет приложениям сохранять конфиденциальность, одновременно обеспечивая возможность проверки.

Реальные реализации

Tornado Cash

• Обеспечивает смешивание транзакций в сети Ethereum.
• Использует zkSNARKs для доказательства принадлежности к множеству депозитов.
• Предотвращает двойные траты с помощью аннулаторов

Эксплуатационные ограничения:

• Уровень анонимности зависит от участия пользователя.
• номиналы фиксированных транзакций
• Анализ временных параметров может снизить уровень конфиденциальности.

5. Подтверждение личности: проверяемые учетные данные без утечки информации.

Бизнес-проблема

Системы цифровой идентификации требуют от пользователей предоставления конфиденциальной информации для доступа к услугам.

Это создает ряд рисков:

• Раскрытие персональных данных
• Уязвимости централизованного хранения данных
• Повторяющиеся процедуры KYC на разных платформах.
• Отсутствие контроля пользователя над идентификационными данными.

Организациям необходима модель, позволяющая проверять личность без передачи или хранения исходных персональных данных.

Подход на основе ZK

Доказательства с нулевым разглашением позволяют проводить проверку личности на основе криптографических обязательств, а не прямого раскрытия информации.

Пользователь может доказать:

• Членство в группе
• Право собственности на учетные данные
• Критерии доступа

Не раскрывая подробностей:

• Личность
• Исходные данные
• Данные учетных данных

Проверка осуществляется в блокчейне с помощью смарт-контрактов.

Реальные реализации

семафор

• Включает анонимную сигнализацию в сети Ethereum.
• Пользователи подтверждают своё членство в группе, не раскрывая свою личность.
• Применение:
  • Доказательства включения деревьев Меркла
  • Аннулировщики для предотвращения двойного использования
  • Проверка подписи в рамках схем подтверждения

Мировой идентификатор

• Система подтверждения личности
• Построено поверх Семафора
• Проверяет уникальность пользователя, не раскрывая при этом его личные данные.

Протокол Галксе

• Объединяет несколько учетных данных в единую структуру.
• Позволяет пользователям подтверждать определенные атрибуты на разных платформах.
• Использует zkSNARKs с обязательствами на основе Poseidon.

zPass (Aleo)

• Позволяет проводить проверку личности с использованием реальных документов.
• Поддерживает выборочное раскрытие атрибутов.
• Разработан для интеграции с блокчейн-средами, ориентированными на конфиденциальность.

6. Блокчейн для цепочки поставок и предприятий: безопасное взаимодействие с данными без риска утечки информации.

Бизнес-проблема

В корпоративных средах и цепочках поставок множество заинтересованных сторон обмениваются конфиденциальными данными, в том числе:

• Цены и контракты
• Уровни инвентаря
• Производственные графики
• Отношения поставщиков

Публичные блокчейны обеспечивают прозрачность, что противоречит необходимости защиты критически важной для бизнеса информации.

Организациям необходима модель, которая поддерживает:

• Проверка данных
• Межпартийная координация
• Контролируемый доступ к данным

Не раскрывая конфиденциальную информацию.

Подход на основе ZK

Доказательства с нулевым разглашением позволяют организациям проверять бизнес-процессы и состояние данных без обмена исходными данными.

Это позволяет участникам:

• Подтвердите соответствие
• Проверить подлинность продукта
• Подтвердите действительность транзакции.

При этом внутренние документы остаются конфиденциальными.

Реальные реализации

QEDIT

• Обеспечивает расширенные возможности для конфиденциального взаимодействия с корпоративными данными.
• Обеспечивает безопасную аналитику и составление отчетов.
• Интегрируется с существующими базами данных.

zk-BeSC

• Структура цепочки поставок с использованием доказательств на основе полиномов.
• Поддерживает конфиденциальные транзакции между участниками.
• Демонстрирует снижение затрат на проверку подлинности в сети Ethereum.

Модели на основе Hyperledger 

• Сочетание блокчейна с ограниченным доступом и доказательств ZK.
• Клиентская поддержка:
  • Отслеживание продукта
  • Конфиденциальность данных
  • Проверка процесса

7. Подтверждение наличия резервов: проверяемая финансовая добросовестность без раскрытия информации.

Бизнес-проблема

Финансовые платформы, особенно биржи цифровых активов и депозитарии, обязаны продемонстрировать наличие достаточных резервов для покрытия обязательств пользователей.

Традиционные подходы основаны на:

• Сторонние аудиты
• Периодическая отчетность
• Доверие к централизованным структурам

Эти модели сопряжены с рисками:

• Ограниченная прозрачность между аудитами.
• Возможные искажения информации
• Раскрытие конфиденциальных финансовых данных

Организациям необходим метод для непрерывного подтверждения платежеспособности без раскрытия внутренних финансовых данных.

Подход на основе ZK

Технология подтверждения резервов с нулевым разглашением позволяет учреждениям демонстрировать, что их активы соответствуют или превышают обязательства, не раскрывая при этом следующую информацию:

• Остатки на индивидуальных счетах
• Общие суммы резервов
• Идентификаторы пользователей

Это достигается за счет криптографических обязательств и систем подтверждения, которые гарантируют финансовую целостность, сохраняя при этом конфиденциальность.

Реальные реализации

предметы снабжения

• Предназначено для криптовалютных бирж.
• Позволяет подтвердить платежеспособность без раскрытия остатков на счетах.
• Демонстрирует, что обязательства полностью обеспечены активами.

Proven (ZeKnow Solv)

• Предоставляет платформу для финансовой проверки.
• Позволяет учреждениям подтверждать наличие ликвидности.
• Основное внимание уделяется сохранению конфиденциальности при одновременной проверке финансовой устойчивости.

Заключение

Доказательства с нулевым разглашением — это не единое универсальное решение. Они образуют гибкую структуру, которая адаптируется к различным уровням и бизнес-требованиям. Для организаций, оценивающих архитектуру блокчейна, акцент следует делать не на внедрении доказательств с нулевым разглашением как функции, а на определении того, где верификация на основе доказательств заменяет существующие предположения о доверии. Именно здесь проявляется наибольшая ценность.