إثبات المعرفة الصفرية (ZKP) هو تقنية تشفير تم اقتراحها لأول مرة من قبل إس جولدفاسر وإس ميكالي وسي راكوف في أوائل الثمانينيات في ورقة بعنوان تعقيد المعرفة لأنظمة الإثبات التفاعلية. في هذه الورقة، تم تصورها كنموذج نظري لمعالجة مشكلة التحقق من البيانات الرياضية دون الكشف عن الأدلة. اكتسب هذا المفهوم اهتمامًا كبيرًا في المجتمع الأكاديمي حيث تحدى حدود تقنيات التشفير التقليدية وقدم نهجًا جديدًا للتعامل مع المعلومات الحساسة.
مع مرور الوقت، تطورت ZKP من مفهوم نظري مجرد إلى بروتوكولات ملموسة يمكن دمجها في تطبيقات مختلفة. في عام 2010، نشر غروث ورقة بعنوان حجج المعرفة الصفرية غير التفاعلية القائمة على الاقتران القصير، والتي أصبحت عملاً أساسيًا في تطوير ZK-SNARK، وهو حل مهم في ZKP. أهم تطبيق عملي لـ ZKP هو نظام إثبات عدم المعرفة الذي استخدمته Z-cash في عام 2015، والذي حقق حماية الخصوصية للمعاملات والمبالغ. بعد ذلك، تم دمج ZK-SNARK مع العقود الذكية، مما أدى إلى مجموعة واسعة من التطبيقات.
المبادئ التي يجب على ZKP التقليدية الالتزام بها هي كما يلي:
يمكن فهم مبدأ ZKP من خلال مثال بسيط: إذا كنت بحاجة إلى إثبات لـ A أن لدي رقم هاتف B، فلست بحاجة إلى إخبار رقم هاتف A B مباشرة. بدلاً من ذلك، يمكنني الاتصال مباشرة برقم هاتف B وبمجرد توصيل المكالمة، يمكن أن يثبت أن لدي بالفعل رقم هاتف B. لا تكشف هذه العملية عن معلومات رقم B.
ويقوم Zk-SNARK بإجراء مزيد من الترقيات على هذا الأساس، بالخصائص التالية:
في ورقة غروث، اقترح طريقة غير تفاعلية لإثبات المعرفة الصفرية استنادًا إلى عمليات الاقتران التي تحول مشكلة حسابية إلى برنامج حسابي تربيعي (QAP)، ثم تقوم ببناء دليل فعال باستخدام تشفير المنحنى الإهليلجي ووظائف التجزئة. تتضمن التصميمات اللاحقة لـ zk-SNARK عمومًا أربع خطوات:
للمساعدة في الفهم، دعنا نفكر في مثال بسيط: لنفترض أن لديك خريطة كنز يمكن أن ترشدك إلى الموقع الدقيق للكنز المدفون. تريد أن تثبت لشخص ما أنك تعرف موقع الكنز دون الكشف عن محتويات الخريطة أو الموقع الفعلي للكنز. إذا كنت تستخدم تقنية zk-SNARK، فستحتاج إلى إنشاء لغز معقد لخريطة الكنز. يمكنك اختيار قطعة صغيرة من اللغز (دليل) وإظهارها للشخص، مما يقنعه بأنك تعرف كيف يتناسب اللغز الكامل معًا، أي موقع الكنز، دون رؤية اللغز بأكمله. ومع ذلك، لتحقيق ذلك، ستحتاج إلى الحصول على علامات خاصة من دار طباعة موثوقة، والتي تكون بمثابة دليل على أن قطعة اللغز الخاصة بك أصلية.
يتضمن النهج التقليدي لبراهين المعرفة الصفرية أساليب إثبات تفاعلية، حيث يسأل المُثبت المدقق مرارًا وتكرارًا «نعم أم لا؟» أسئلة حتى يتم الوصول إلى إجابة صحيحة. هذه العملية غير فعالة. ومع ذلك، يلغي ZK-SNARK الحاجة إلى التفاعلات المتكررة من خلال الحصول على CRS من طرف ثالث موثوق به. يمكن لجميع المزودين مقارنة CRS مباشرة لتحديد المصداقية. هذا يحسن بشكل كبير من كفاءة براهين المعرفة الصفرية.
بالإضافة إلى ذلك، تقدم Zk-snark المزايا التالية:
أول تطبيق لـ ZK-SNARK هو Zcash، والذي يسمح للمستخدمين بالانخراط في معاملات مجهولة تمامًا عن طريق إخفاء معلومات مثل المرسلين والمستلمين والمبالغ باستخدام ZK-SNARK. في مساحة Web3 الحالية، تلعب تقنية ZK-SNARK دورًا مهمًا في قابلية تطوير blockchain وإدارة احتياطي الصرف.
نظرًا لآلية الإجماع ومتطلبات الأمان الخاصة بـ blockchain، فإن إنتاجيتها وكفاءتها محدودة للغاية. لمعالجة هذه المشكلة، يتمثل الحل الشائع في استخدام تقنية Layer2، التي تبني طبقة إضافية فوق blockchain لترحيل عدد كبير من المعاملات أو الحسابات من السلسلة الرئيسية (Layer1) إلى Layer2، وبالتالي تحسين أداء النظام وسهولة استخدامه.
تلعب ZK-SNARK دورًا مهمًا في هذا الحل، حيث يمكنها ضغط المعاملات أو الحسابات على Layer2 إلى دليل صغير وسريع، يتم تقديمه بعد ذلك للتحقق على السلسلة الرئيسية، مما يضمن صحة واتساق الطبقة 2. يوجد حاليًا حلان رئيسيان من Layer2 يعتمدان على ZK-SNARK: ZK-rollup و Validium.
نظرًا للتقلبات وعدم اليقين في سوق العملات المشفرة، تحتاج العديد من البورصات إلى الاحتفاظ بمبلغ معين من الأموال الاحتياطية لمعالجة المخاطر أو الطلبات المحتملة. ومع ذلك، غالبًا ما تفتقر هذه الصناديق الاحتياطية إلى الشفافية والجدارة بالثقة، مما يجعل المستخدمين غير متأكدين مما إذا كانت البورصة لديها بالفعل أموال احتياطية كافية لحماية أصولهم.
يمكن أن توفر ZK-SNARK حلاً في هذا الصدد من خلال السماح للبورصات بإثبات للمستخدمين أو الهيئات التنظيمية أنها تمتلك كمية وقيمة كافية من الأموال الاحتياطية دون الكشف عن تفاصيل أو مواقع أصول محددة.
المثال النموذجي هو Gate.io، الذي يستخدم مزيجًا من أشجار Zk-snark و Merkle. يقومون بتشفير بيانات المستخدم وإنشاء أدلة على 100 صندوق احتياطي من الرموز المختلفة باستخدام دوائر مقيدة لإثبات قدرتها على الملاءة المالية بنسبة 100٪.
المصدر: https://www.gate.io/proof-of-reserves
مزيد من القراءة: كيف تعمل Zk-snark على تحسين إثبات Gate.ioللاحتياطيات
بالإضافة إلى تطبيقات Web3، يمكن أيضًا استخدام zk-SNARK في المجالات غير المتسلسلة، مثل:
في القسم السابق، قدمنا المبادئ الفنية لـ ZK-SNARK، والتي ذكرت أن ZK-SNARK يحسن كفاءة الإثبات من خلال إيجاد طرف ثالث موثوق به لإنشاء CRS. ومع ذلك، يؤدي هذا أيضًا إلى بعض القيود والتحديات المتأصلة في ZK-SNARK.
باختصار، هناك طرق مختلفة لمعالجة القيود المتأصلة في zk-SNARK.
ZK-SNARK، كتقنية تشفير مبتكرة، لديها سيناريوهات تطبيقات مستقبلية واسعة، خاصة في مجال الخصوصية:
تمثل تقنية ZK-SNARK طفرة كبيرة في مجالات حماية الخصوصية والتحقق المشفر. إنها ليست واعدة فقط في توفير ضمانات خصوصية قوية ولكنها عملية أيضًا في تعزيز قابلية تطوير blockchain والعديد من التطبيقات الأخرى. على الرغم من وجود التحديات والقيود التقنية، من خلال البحث المستمر والابتكار، نتوقع أن تستمر ZK-SNARK في التطور وتحسين الأنظمة الحالية وإلهام نماذج التطبيقات الجديدة لدفع تقدم حماية الخصوصية وتكنولوجيا التشفير. مع نضج التكنولوجيا والتركيز المتزايد على خصوصية البيانات في المجتمع، تمتلك ZK-SNARK القدرة على أن تصبح أداة لا غنى عنها في العصر الرقمي، وتمكين المستخدمين من التحكم بشكل أكبر في معلوماتهم وتعزيز التفاعلات الرقمية الآمنة والشفافة.
إثبات المعرفة الصفرية (ZKP) هو تقنية تشفير تم اقتراحها لأول مرة من قبل إس جولدفاسر وإس ميكالي وسي راكوف في أوائل الثمانينيات في ورقة بعنوان تعقيد المعرفة لأنظمة الإثبات التفاعلية. في هذه الورقة، تم تصورها كنموذج نظري لمعالجة مشكلة التحقق من البيانات الرياضية دون الكشف عن الأدلة. اكتسب هذا المفهوم اهتمامًا كبيرًا في المجتمع الأكاديمي حيث تحدى حدود تقنيات التشفير التقليدية وقدم نهجًا جديدًا للتعامل مع المعلومات الحساسة.
مع مرور الوقت، تطورت ZKP من مفهوم نظري مجرد إلى بروتوكولات ملموسة يمكن دمجها في تطبيقات مختلفة. في عام 2010، نشر غروث ورقة بعنوان حجج المعرفة الصفرية غير التفاعلية القائمة على الاقتران القصير، والتي أصبحت عملاً أساسيًا في تطوير ZK-SNARK، وهو حل مهم في ZKP. أهم تطبيق عملي لـ ZKP هو نظام إثبات عدم المعرفة الذي استخدمته Z-cash في عام 2015، والذي حقق حماية الخصوصية للمعاملات والمبالغ. بعد ذلك، تم دمج ZK-SNARK مع العقود الذكية، مما أدى إلى مجموعة واسعة من التطبيقات.
المبادئ التي يجب على ZKP التقليدية الالتزام بها هي كما يلي:
يمكن فهم مبدأ ZKP من خلال مثال بسيط: إذا كنت بحاجة إلى إثبات لـ A أن لدي رقم هاتف B، فلست بحاجة إلى إخبار رقم هاتف A B مباشرة. بدلاً من ذلك، يمكنني الاتصال مباشرة برقم هاتف B وبمجرد توصيل المكالمة، يمكن أن يثبت أن لدي بالفعل رقم هاتف B. لا تكشف هذه العملية عن معلومات رقم B.
ويقوم Zk-SNARK بإجراء مزيد من الترقيات على هذا الأساس، بالخصائص التالية:
في ورقة غروث، اقترح طريقة غير تفاعلية لإثبات المعرفة الصفرية استنادًا إلى عمليات الاقتران التي تحول مشكلة حسابية إلى برنامج حسابي تربيعي (QAP)، ثم تقوم ببناء دليل فعال باستخدام تشفير المنحنى الإهليلجي ووظائف التجزئة. تتضمن التصميمات اللاحقة لـ zk-SNARK عمومًا أربع خطوات:
للمساعدة في الفهم، دعنا نفكر في مثال بسيط: لنفترض أن لديك خريطة كنز يمكن أن ترشدك إلى الموقع الدقيق للكنز المدفون. تريد أن تثبت لشخص ما أنك تعرف موقع الكنز دون الكشف عن محتويات الخريطة أو الموقع الفعلي للكنز. إذا كنت تستخدم تقنية zk-SNARK، فستحتاج إلى إنشاء لغز معقد لخريطة الكنز. يمكنك اختيار قطعة صغيرة من اللغز (دليل) وإظهارها للشخص، مما يقنعه بأنك تعرف كيف يتناسب اللغز الكامل معًا، أي موقع الكنز، دون رؤية اللغز بأكمله. ومع ذلك، لتحقيق ذلك، ستحتاج إلى الحصول على علامات خاصة من دار طباعة موثوقة، والتي تكون بمثابة دليل على أن قطعة اللغز الخاصة بك أصلية.
يتضمن النهج التقليدي لبراهين المعرفة الصفرية أساليب إثبات تفاعلية، حيث يسأل المُثبت المدقق مرارًا وتكرارًا «نعم أم لا؟» أسئلة حتى يتم الوصول إلى إجابة صحيحة. هذه العملية غير فعالة. ومع ذلك، يلغي ZK-SNARK الحاجة إلى التفاعلات المتكررة من خلال الحصول على CRS من طرف ثالث موثوق به. يمكن لجميع المزودين مقارنة CRS مباشرة لتحديد المصداقية. هذا يحسن بشكل كبير من كفاءة براهين المعرفة الصفرية.
بالإضافة إلى ذلك، تقدم Zk-snark المزايا التالية:
أول تطبيق لـ ZK-SNARK هو Zcash، والذي يسمح للمستخدمين بالانخراط في معاملات مجهولة تمامًا عن طريق إخفاء معلومات مثل المرسلين والمستلمين والمبالغ باستخدام ZK-SNARK. في مساحة Web3 الحالية، تلعب تقنية ZK-SNARK دورًا مهمًا في قابلية تطوير blockchain وإدارة احتياطي الصرف.
نظرًا لآلية الإجماع ومتطلبات الأمان الخاصة بـ blockchain، فإن إنتاجيتها وكفاءتها محدودة للغاية. لمعالجة هذه المشكلة، يتمثل الحل الشائع في استخدام تقنية Layer2، التي تبني طبقة إضافية فوق blockchain لترحيل عدد كبير من المعاملات أو الحسابات من السلسلة الرئيسية (Layer1) إلى Layer2، وبالتالي تحسين أداء النظام وسهولة استخدامه.
تلعب ZK-SNARK دورًا مهمًا في هذا الحل، حيث يمكنها ضغط المعاملات أو الحسابات على Layer2 إلى دليل صغير وسريع، يتم تقديمه بعد ذلك للتحقق على السلسلة الرئيسية، مما يضمن صحة واتساق الطبقة 2. يوجد حاليًا حلان رئيسيان من Layer2 يعتمدان على ZK-SNARK: ZK-rollup و Validium.
نظرًا للتقلبات وعدم اليقين في سوق العملات المشفرة، تحتاج العديد من البورصات إلى الاحتفاظ بمبلغ معين من الأموال الاحتياطية لمعالجة المخاطر أو الطلبات المحتملة. ومع ذلك، غالبًا ما تفتقر هذه الصناديق الاحتياطية إلى الشفافية والجدارة بالثقة، مما يجعل المستخدمين غير متأكدين مما إذا كانت البورصة لديها بالفعل أموال احتياطية كافية لحماية أصولهم.
يمكن أن توفر ZK-SNARK حلاً في هذا الصدد من خلال السماح للبورصات بإثبات للمستخدمين أو الهيئات التنظيمية أنها تمتلك كمية وقيمة كافية من الأموال الاحتياطية دون الكشف عن تفاصيل أو مواقع أصول محددة.
المثال النموذجي هو Gate.io، الذي يستخدم مزيجًا من أشجار Zk-snark و Merkle. يقومون بتشفير بيانات المستخدم وإنشاء أدلة على 100 صندوق احتياطي من الرموز المختلفة باستخدام دوائر مقيدة لإثبات قدرتها على الملاءة المالية بنسبة 100٪.
المصدر: https://www.gate.io/proof-of-reserves
مزيد من القراءة: كيف تعمل Zk-snark على تحسين إثبات Gate.ioللاحتياطيات
بالإضافة إلى تطبيقات Web3، يمكن أيضًا استخدام zk-SNARK في المجالات غير المتسلسلة، مثل:
في القسم السابق، قدمنا المبادئ الفنية لـ ZK-SNARK، والتي ذكرت أن ZK-SNARK يحسن كفاءة الإثبات من خلال إيجاد طرف ثالث موثوق به لإنشاء CRS. ومع ذلك، يؤدي هذا أيضًا إلى بعض القيود والتحديات المتأصلة في ZK-SNARK.
باختصار، هناك طرق مختلفة لمعالجة القيود المتأصلة في zk-SNARK.
ZK-SNARK، كتقنية تشفير مبتكرة، لديها سيناريوهات تطبيقات مستقبلية واسعة، خاصة في مجال الخصوصية:
تمثل تقنية ZK-SNARK طفرة كبيرة في مجالات حماية الخصوصية والتحقق المشفر. إنها ليست واعدة فقط في توفير ضمانات خصوصية قوية ولكنها عملية أيضًا في تعزيز قابلية تطوير blockchain والعديد من التطبيقات الأخرى. على الرغم من وجود التحديات والقيود التقنية، من خلال البحث المستمر والابتكار، نتوقع أن تستمر ZK-SNARK في التطور وتحسين الأنظمة الحالية وإلهام نماذج التطبيقات الجديدة لدفع تقدم حماية الخصوصية وتكنولوجيا التشفير. مع نضج التكنولوجيا والتركيز المتزايد على خصوصية البيانات في المجتمع، تمتلك ZK-SNARK القدرة على أن تصبح أداة لا غنى عنها في العصر الرقمي، وتمكين المستخدمين من التحكم بشكل أكبر في معلوماتهم وتعزيز التفاعلات الرقمية الآمنة والشفافة.