Was sind wissensfreie Beweise? Kompletter Anfängerleitfaden

Was sind Zero-Knowledge-Beweise?

Zero-Knowledge-Proofs sind heute eines der abstrakteren und faszinierenderen Konzepte in der angewandten Kryptographie. Von potenziell angewendet auf Gespräche über nukleare Abrüstung Für die Bereitstellung anonymer und sicherer Transaktionen für öffentliche Blockchain-Netzwerke sind wissensfreie Beweise ein tiefgreifendes Beispiel für kryptografische Innovation.

Was sind Zero-Knowledge-Beweise?

Hintergrund und Anwendungen

Das Konzept der wissensfreien Beweise wurde erstmals 1985 von Shafi Goldwasser, Charles Rackoff und Silvio Micali eingeführt und erschien tatsächlich in Die New York Times Sie entwarfen den Begriff der Wissenskomplexität, eine Metrik für die Menge an Wissen, die benötigt wird, um von einem Prüfer auf einen Prüfer zu übertragen, damit es als gültig angesehen wird.

Schließlich konnten sie beweisen, dass sie durch eine gewisse Interaktion zwischen einem Prüfer und einem Prüfer die Menge an Wissen, die zwischen den beiden vermittelt werden musste, wesentlich auf Null reduzieren konnten. Das Problem, das sie lösten, war der Beweis, dass eine Zahl war quadratischer Rückstand mod m. Ihr Hauptanliegen drehte sich um Informationsleck, Dies bedeutet, wie viele Informationen ein Prüfer im Verlauf der Überprüfung der Gültigkeit eines Anspruchs erfahren wird.

Die Mathematik hinter dem Konzept ist außergewöhnlich ausgefeilt (Haftungsausschluss – Ich habe keine Ahnung, wie die Mathematik funktioniert, aber Sie können Versuchen) und ihre Arbeit gewann sie die Gödelpreis 1993 für Fortschritte in der Theoretischen Informatik.

Bei weiteren Entwicklungen wurden wissensfreie Systeme für die Grafikfärbungsproblem und dass alles, was mit einem interaktiven Beweissystem bewiesen werden kann, ohne Wissen bewiesen werden kann. Das Erstellen von wissensfreien Beweisen über Internetprotokolle war schwieriger und erforderte die Entwicklung von Zeugen nicht unterscheidbare Beweisprotokolle. Die Integration in dezentrale Netzwerke treibt ihre Anwendung jetzt noch weiter voran.

Schließlich wurden nicht interaktive wissensfreie Beweise erfunden, bei denen die Interaktion zwischen Prüfer und Prüfer beseitigt wird. Stattdessen ist nur eine gemeinsame Referenzzeichenfolge erforderlich, die von Prüfer und Prüfer gemeinsam genutzt wird, um rechnerisches Nullwissen zu erzielen. Diese Art von mathematischen und rechnerischen Annahmen sind der Grund, warum wissensfreie Beweise allgemein als „Kryptomagie“ bezeichnet werden, die selbst aus einer abstrakten Perspektive äußerst schwer zu verstehen sind.

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In Bezug auf Kryptowährungen konnten auch nicht interaktive, wissensfreie Beweise in der EU erhalten werden Zufälliges Oracle-Modell Verwendung der Fiat-Shamir-Heuristik. Dies eingeführt das Konzept von zk-SNARKs, Dies hat die Grundlage für die Anonymität innerhalb der Zcash-Kryptowährung gebildet. Anschließend wurden von der Stanford Applied Cryptography Group kugelsichere Beweise als kurze, nicht interaktive, wissensfreie Beweise eingeführt, die die Notwendigkeit des Kontroversen beseitigten vertrauenswürdiges Setup innerhalb von Zcash und anderen Protokollen mit zk-SNARKs. Schließlich, zk-STARKs wurden Anfang dieses Jahres erstellt und machten ein vertrauenswürdiges Setup überflüssig.

Anwendungen

Zero-Knowledge-Proofs haben aufgrund ihrer Einzigartigkeit eine Vielzahl von Anwendungen. Sie sind besonders effektiv bei der sicheren Kommunikation, Authentifizierung und beim Datenschutz.

Die für Kryptowährungen relevante Anwendung ist die Anonymität bei Transaktionen. Zu den Plattformen, auf denen wissensfreie Beweise verwendet werden, gehören ZCash, Monero, PIVX und Zerocoin. Wichtig ist, dass diese Kryptowährungen wissensfreie Beweise verwenden, um die Details von Transaktionen in öffentlichen Blockchain-Netzwerken zu verschleiern. Diese Angaben umfassen den Absender, den Empfänger und den überwiesenen Betrag.

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Die Verwendung von wissensfreien Beweisen in einem dezentralen öffentlichen Netzwerk, in dem der Wert übertragen wird, ist ein bahnbrechender Fortschritt. Die Möglichkeit, Netzwerktransaktionen über ein öffentliches Netzwerk vollständig zu anonymisieren, ist eine unglaubliche Leistung, die nicht übersehen werden sollte.

Eine weitere herausragende Anwendung der Technologie sind Authentifizierungssysteme. EIN wissensfreier Wissensnachweis kann verwendet werden, um geheime Informationen wie ein Passwort zu beweisen, ohne das Passwort tatsächlich preiszugeben. Proofs ohne Wissen sind in der Regel zu umständlich, um nur mit Kennwörtern verwendet zu werden. Letztendlich kann dies jedoch sehr nützlich sein, um Benutzerkennwörter im Internet zu schützen.

Zero-Knowledge-Proofs können auch bei der Identitätsprüfung angewendet werden. Für den Zugriff auf eine Hochsicherheitseinrichtung benötigen Sie der Einfachheit halber entweder eine PIN-Nummer oder einen authentifizierten Personalausweis, um Zugang durch eine Tür zu erhalten. Die Authentifizierungskomponente der Tür stellt eine Sicherheitslücke dar, da sie möglicherweise manipuliert werden kann, um die Zugangs-PIN zu erfahren. Bei Verwendung eines wissensfreien Beweises könnte die Komponente eine Zahl enthalten n ohne seine Faktorisierung.

Autorisierte Benutzer erhalten die Lösung für diese bestimmte Probleminstanz und können der Authentifizierungskomponente nachweisen, dass sie die Lösung kennen, ohne tatsächlich etwas Spezifisches für die Lösung in die Authentifizierungskomponente einzugeben. Daher funktioniert die Manipulation der Authentifizierungskomponente zum Auffinden der PIN nicht, da die PIN (Lösung) nicht tatsächlich gespeichert wird..

Wie sie arbeiten

Bei einem wissensfreien Beweis kann eine Prüferin (Alice) nachweisen, dass sie Informationen kennt x an einen Prüfer (Bob), ohne Bob andere Informationen als die Tatsache mitzuteilen, dass sie es weiß x.

Per Definition muss ein wissensfreier Beweis die folgenden drei Eigenschaften erfüllen:

  • Vervollständigt
  • Soundnes
  • Keine Kenntnis

Vollständigkeit ist die hochwahrscheinliche Chance, dass Bob, wenn Alice die Wahrheit sagt, irgendwann davon überzeugt sein wird, dass sie die Wahrheit sagt.

Solidität ist die Tatsache, dass Alice kann nur Überzeugen Sie Bob, ob sie die Wahrheit sagt.

Keine Kenntnis ist, dass Bob nicht lernt etwas über Alices geheimes Wissen (Lösung).

Die Komplexität von wissensfreien Beweisen führt dazu, dass sie typischerweise mit abstrakten Beispielen beschrieben werden. Einige sind erhältlich, darunter die Ali Baba-Höhle, zwei Bälle und der farbenblinde Freund sowie The Telecom Giant. Alle von ihnen leisten solide Arbeit bei der Aufklärung des Konzepts der Null-Wissens-Beweise, aber konzentrieren wir uns auf die erste, die Ali Baba-Höhle.

Die Geschichte stammt aus einem Artikel mit dem Titel „So erklären Sie Ihren Kindern wissensfreie Beweise”Von Jean-Jacques Quisquater und lautet im Allgemeinen wie folgt:

Ein leicht optimiertes und nützlicheres Beispiel kann mit Alice und Bob verwendet werden.

Alice entdeckt den geheimen Satz, um eine geheime Tür in einer seltsamen Höhle zu öffnen. Die Höhle hat die Form eines Rings, wobei die Geheimtür die Wege am Ende daran hindert, sich zu verbinden. Bob will das geheime Wort wissen, aber Alice wird es ihm nicht verraten.

Um die Situation zu lösen, beschriften sie die beiden Pfade A und B. Alice nimmt einen Pfad, während Bob draußen wartet und nicht sehen kann, welchen Pfad sie wählt. Bob betritt die Höhle und ruft, auf welchem ​​Weg Alice zurückkehren soll. Da Alice die geheime Phrase zur Tür hat, kann sie auf beiden Pfaden zurückkehren und leicht auf den Pfad zurückkehren, den Bob schreit. Sie muss auch den geheimen Satz nicht preisgeben, um dies zu tun.

Wenn Alice das geheime Wort nicht kennt, hat sie eine 50-prozentige Chance, auf den gewünschten Weg zurückzukehren. Bei ständigen Versuchen wäre die Wahrscheinlichkeit, dass sie Bobs Bitte antizipieren könnte, jedoch fahrlässig.

Da sie die geheime Phrase hat, zeigt ihre Fähigkeit, auf den gewünschten Weg zurückzukehren, Bob (mit extrem hoher Wahrscheinlichkeit) immer wieder, dass sie die geheime Phrase kennt. Für Beobachter von Drittanbietern können sie Alice aufgrund ihrer Form nicht in der Höhle sehen, sodass sie nur sehen würden, wie Alice auf dem richtigen Weg zurückkehrt. Dies macht die gesamte Interaktion zwischen Alice und Bob effektiv anonym.

Zero-Knowledge-Proofs werden weiterhin angewendet, wo immer sie nützlich sind, während sie sich weiterentwickeln. Die zugrunde liegende Technologie mag äußerst komplex sein, aber ihr Potenzial für Datenschutz, Authentizität und Sicherheit kann nicht überbewertet werden.

Die Verwendung von wissensfreien Beweisen in Kryptowährungen treibt die Innovation der Technologie noch weiter voran. Wenn Sie aus technischer Sicht nach einer technischeren Aufschlüsselung oder nach Beispielen aus der Praxis suchen, bietet Matthew Green eine hervorragende Lösung Analyse der Technologie mit einigen coolen Gedankenexperimenten.

Fazit

Zero-Knowledge-Proofs nehmen zu Recht ihren Platz als eine der kompliziertesten und einzigartigsten Technologien ein, die in Blockchain-Netzwerken verwendet werden. Ihre Implikationen sind vorausschauend und haben sogar die angezogen Bewunderung von Googles Mitbegründer Sergey Brin.

Die Anwendung von Proofs ohne Wissen in Kryptowährungen wird weiterhin eine Vorreiterrolle bei der Aufdeckung einer der aufregendsten und anonymsten Technologien spielen, die heute verfügbar sind.

Mike Owergreen Administrator
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