براهين المعرفة الصفرية: إلى أي مدى يمكن أن تكون تحويلية؟

<سبان ليف = "">المؤلف:<سبان ليف = "">0xكيرا

مقدمة

في المشهد المتطور باستمرار للتشفير وتقنية البلوكشين، لم تجذب سوى القليل من الابتكارات نفس القدر من الاهتمام الذي اجتذبته إثباتات المعرفة الصفرية (ZK). بعد أن كان مفهومًا أكاديميًا غامضًا في الأبحاث النظرية لعلوم الكمبيوتر، انتقلت إثباتات المعرفة الصفرية بسرعة من الورق إلى الشبكة الرئيسية، لتصبح حجر الزاوية للجيل القادم من البنية التحتية للتشفير.

في جوهرها، تتحدى إثباتات المعرفة الصفرية الافتراض القديم في الأنظمة الرقمية: وهو أن التحقق يتطلب الكشف عن المعلومات.سواء كان ذلك تسجيل الدخول إلى أحد التطبيقات، أو التحقق من الهوية، أو تأكيد المعاملة، فنحن نحتاج دائمًا إلى الكشف عن معلومات معينة من أجل كسب الثقة.تعمل تقنية إثبات المعرفة الصفرية على كسر هذه المقايضة، مما يسمح لنا بإثبات الحقائق حول الهويات أو البيانات أو الحسابات دون الكشف عن المعلومات الأساسية.

بالإضافة إلى حماية الخصوصية، تتيح إثباتات صفر المعرفة إمكانية التوسع وقابلية التشغيل البيني والتحقق غير الموثوق به على نطاق عالمي.بدءًا من مجموعات ZK التي تعمل على توسيع نطاق إنتاجية blockchain، إلى أنظمة الهوية والامتثال التي تحافظ على الخصوصية، تعيد إثباتات المعرفة الصفرية تعريف ما هو ممكن في العملات المشفرة.

ملخص

<لي>

يمكن لإثباتات المعرفة الصفرية (ZK) التحقق من المعلومات مثل الهوية أو الرصيد أو صحة المعاملة دون الكشف عن البيانات الأساسية.<لي>

على الرغم من أن تقنية إثبات المعرفة الصفرية تم اقتراحها لأول مرة في الثمانينيات، إلا أنها لم تصبح عملية إلا مؤخرًا بسبب التقدم في تكنولوجيا الحوسبة والتشفير وتكنولوجيا blockchain.<لي>

تدعم ZK Proofs المعاملات الخاصة، والهوية اللامركزية، وتصويت DAO، وقابلية التشغيل البيني عبر السلاسل، مع توسيع نطاق Ethereum من خلال تجميع آلاف المعاملات في دليل واحد عبر ZK Rollup.<لي>

على الرغم من أنها مكثفة حسابيًا، إلا أن خوارزمية ZK المجمعة تتمتع بنهائية فورية ورسوم أقل وأمان أقوى، مما يجعلها متقدمة على المخططات المتفائلة.

ما هو دليل المعرفة الصفرية؟

إثبات المعرفة الصفرية (ZK) هو أسلوب تشفير يمكّن أحد الأطراف (المُثبت) من أن يثبت لطرف آخر (المُحقق) أن عبارة معينة صحيحة دون الكشف عن سبب صحة العبارة أو أي معلومات إضافية.

على سبيل المثال، تريد أليس أن تثبت لبوب أنها تعرف كلمة المرور لباب مخفي في كهف، لكنها لا تستطيع إخباره بكلمة المرور مباشرة.تدخل الكهف وتفتح الباب وتخرج من الجانب الآخر.لم يتمكن بوب من رؤية كيف فعلت ذلك، لكنه كان يعلم أنها لا بد أن تعرف كلمة المرور.

الاستعارة الكلاسيكية لإثبات المعرفة الصفرية – Chainlink

تقليديًا، يتطلب التحقق الكشف عن بعض المعلومات: مثل معلومات الهوية أو كلمات المرور أو البيانات.تقلب أدلة المعرفة الصفرية هذا النموذج رأسًا على عقب، وتثبت الهوية أو الأصالة أو الملكية دون الكشف عن البيانات نفسها.

في النظام الرقمي، هذا يعني أنه يمكنك:

<لي>

يمكنك إثبات أن عمرك 18 عامًا أو أكثر دون الكشف عن تاريخ ميلادك.<لي>

إثبات وجود أموال كافية دون الكشف عن رصيد المحفظة<لي>

إثبات صحة المعاملة دون الكشف عن محتويات المعاملة

هذه القدرة على “الإثبات دون الكشف عن المعلومات” هي أساس نظام يحافظ على الخصوصية والأمن والشفافية، ويمكن لإثبات المعرفة الصفرية الاستفادة من هاتين الخاصيتين.

كيف يعملون؟

تعتمد براهين المعرفة الصفرية على هياكل رياضية مقصورة على فئة معينة وأوائل التشفير، ولكنها من الناحية النظرية تتلخص في ثلاث خصائص أساسية:

<لي>

<ب>الاكتمال: إذا كانت العبارة صحيحة، فيمكن للممثل الصادق أن يقنع المتحقق بصحتها.<لي>

<ب>سلامة: إذا كانت العبارة كاذبة، فلن يتمكن أي محقق غشاش من إقناع المتحقق بأن العبارة كاذبة.<لي>

<ب>المعرفة الصفرية: لا يعلم المتحقق إلا أن القول صحيح.

هناك في الواقع عدة أنواع من براهين المعرفة الصفرية، لكن المناقشة الحالية تركز على نوعين: براهين المعرفة الصفرية التفاعلية وغير التفاعلية.

في التصاميم المبكرة، كانت براهين المعرفة الصفرية تفاعلية.ينخرط المثبت والمتحقق في محادثة ثنائية الاتجاه، حيث يطرح المدقق تحديات عشوائية ويقدم المثبت الأدلة ردًا على ذلك، مما يؤدي إلى بناء الثقة بشكل مشترك في حقيقة البيان.على الرغم من أن هذا النموذج يعمل من الناحية النظرية، إلا أنه في بيئة blockchain، غالبًا ما يكون من الصعب على جميع الأطراف التفاعل في الوقت الفعلي، لذلك فهو ليس فعالاً للغاية.

ولجعل الأمر أكثر عملية، قام علماء التشفير بتطوير إثباتات المعرفة الصفرية غير التفاعلية (NIZK)، والتي تتطلب فقط من المُثبت إرسال رسالة إلى المتحقق.أشهرها هي zk-SNARKs، القادرة على توليد أدلة مضغوطة للغاية والتحقق منها في أجزاء من الثانية.البديل الآخر هو zk-STARKs، والذي لا يتطلب أي إعداد موثوق به ويوفر مستوى من الأمان بعد الكم.

كيف تعمل zk-SNARKs – شبكة منتصف الليل

بشكل أساسي، تسمح هذه الأنظمة للمثبتين بإنشاء “بصمات” رياضية للحسابات الفعالة.يمكن لأداة التحقق بعد ذلك التحقق من بصمة الإصبع هذه دون إعادة إجراء الحساب بالكامل.وهذا هو بالضبط سبب قوتها الكبيرة في توسيع نطاق blockchain: يمكن التحقق من آلاف المعاملات بسرعة وبتكلفة زهيدة بمجرد التحقق من دليل تشفير واحد.

متى تم اختراع براهين المعرفة الصفرية؟

يعود تاريخ إثباتات المعرفة الصفرية إلى منتصف الثمانينيات، عندما قدم الباحثون شافي جولدفاسر وسيلفيو ميكالي وتشارلز راكوف هذا المفهوم في ورقتهم البحثية “التعقيد المعرفي لأنظمة الإثبات التفاعلية” (1985).

لقد أرست نماذجهم النظرية المبكرة الأساس لعقود لاحقة من الابتكار في مجال التشفير، ولكن لم تصبح أدلة المعرفة الصفرية عملية حتى عام 2010، وذلك بفضل التحسينات في الكفاءة الحسابية وصعود تكنولوجيا البلوكشين.

مشاريع مثل Zcash، التي تم إطلاقها في عام 2016 وهي واحدة من أولى المشاريع التي نشرت أدلة المعرفة الصفرية على نطاق واسع، تستخدم zk-SNARKs لتمكين المعاملات الخاصة في دفتر الأستاذ العام.منذ ذلك الحين، تطورت تقنية إثبات المعرفة الصفرية بشكل كبير، مما جعلها أكثر كفاءة وأسرع في إنشاء البراهين، وظهرت أطر عمل جديدة (مثل zk-STARKs، وHalo، وPLONK) التي تسهل على المطورين استخدامها وأكثر ملاءمة لتوسيع نطاق النظام في العالم الحقيقي.

ما هي تطبيقات إثباتات المعرفة الصفرية في مجال التشفير؟

سيناريو التطبيق الأكثر بديهية والمعروف هو معاملات الحفاظ على الخصوصية.تسمح إثباتات المعرفة الصفرية للمستخدمين بإجراء المعاملات على blockchain العامة دون الكشف عن معلومات حساسة مثل مبالغ المعاملات أو الأطراف المقابلة.تعتبر Zcash رائدة في هذه التكنولوجيا، حيث تقدم آلية “المعاملات المحمية” لحماية خصوصية المستخدم مع الحفاظ على سلامة يمكن التحقق منها على السلسلة.وبناءً على هذا الأساس، قامت مشاريع مثل Tornado Cash وAztec وRailgun بتوسيع تقنية إثبات المعرفة الصفرية إلى Ethereum، مما يتيح تفاعلات العقود الذكية الخاصة ومعاملات DeFi السرية.

كيف يعمل تورنادو كاش – الإهليلجي

بالإضافة إلى حماية الخصوصية، تُحدث أدلة صفر المعرفة ثورة في عالم الهوية الرقمية والامتثال التنظيمي. وهو يدعم الكشف الانتقائي، مما يسمح للمستخدمين بإثبات حقائقهم المحددة دون الكشف عن البيانات الشخصية.على سبيل المثال، يمكن للمستخدمين إثبات أنهم اجتازوا التحقق من “اعرف عميلك” (KYC) دون الكشف عن أسمائهم، أو تأكيد أنهم ليسوا مدرجين في قائمة العقوبات دون تقديم معلومات تعريفية.ويشكل هذا المبدأ الأساس لأنظمة الهوية القائمة على المعرفة الصفرية مثل إثبات شخصية Worldcoin، وPolygon ID، وzkPass.

معرف المضلع: نظام هوية يدعم إثباتات المعرفة الصفرية – المضلع

تتمتع إثباتات المعرفة الصفرية أيضًا بتطبيقات قوية في التصويت والحوكمة. وفي المنظمات اللامركزية المستقلة (DAOs)، يمكنها تسهيل عملية تصويت مجهولة المصدر ولكن يمكن التحقق منها، مما يضمن نتائج شفافة مع حماية خصوصية هوية الناخبين الأفراد.ويساعد هذا في الحد من مخاطر الإكراه أو الانتقام ويشجع على مشاركة أكثر صدقا في صنع القرار الجماعي، وبالتالي تعزيز المبادئ الديمقراطية للحكم اللامركزي.

ميزة أخرى لإثبات المعرفة الصفرية هي في مجال التحقق عبر السلسلة.في بيئة متعددة السلاسل، يتطلب إنشاء الثقة بين سلاسل الكتل المختلفة تقليديًا وسطاء أو آليات تجسير معقدة.تقدم براهين المعرفة الصفرية حلاً أكثر أناقة: يمكن للدليل الذي تم إنشاؤه في إحدى السلسلة أن يثبت صحة حالته، ويمكن للسلسلة الأخرى التحقق من هذا الدليل بشكل مستقل.وهذا يتيح إمكانية التشغيل البيني غير الموثوق به، مما يسمح لسلاسل الكتل المختلفة بالتواصل بشكل آمن دون الاعتماد على أدوات التحقق المركزية.

تعمل تقنية ZK أيضًا على تحسين قابلية التوسع في Ethereum من خلال ZK Rollup.من خلال تجميع آلاف المعاملات في دليل تشفير واحد، تقلل هذه المجموعات بشكل كبير من تحميل البيانات على السلسلة مع ضمان الأمان.والنتيجة هي معالجة المعاملات بشكل أسرع وأقل تكلفة وأكثر كفاءة، مما يضع الأساس لـ Ethereum للتعامل مع التطبيقات واسعة النطاق دون المساس بطبيعتها اللامركزية.

ZK Rollup شرح مفصل

من بين جميع التطبيقات القائمة على إثباتات المعرفة الصفرية، يعد ZK rollup بلا شك هو الأكثر تحويلًا.إنهم يحلون أحد أكبر التحديات في مجال العملة المشفرة: قابلية التوسع في blockchain.

منذ ولادة تقنية البلوكشين، واجهت جميع البلوكشين معضلة ثلاثية البلوكشين: أي أن جميع البلوكشين يمكنها فقط تحقيق اثنتين من السمات الأساسية الثلاث المتمثلة في الأمان وقابلية التوسع واللامركزية.على الرغم من أن سلاسل الكتل مثل إيثريوم آمنة ولا مركزية، إلا أنها لا تزال بطيئة ومكلفة.يجب التحقق من كل معاملة من قبل جميع العقد، مما يخلق اختناقات، ويحد من الإنتاجية، ويزيد من رسوم الغاز، ويقلل بشدة من توافر blockchain.

إن Rollup هو حل من الطبقة الثانية ينفذ المعاملات خارج السلسلة ثم ينشر المعلومات المجمعة مرة أخرى إلى السلسلة الرئيسية أو الطبقة الأولى (عادةً Ethereum).ينقسم التراكمي بشكل أساسي إلى نوعين: التراكمي المتفائل وتراكمي ZK.

في ZK Rollup، يتم تجميع مئات أو آلاف المعاملات خارج السلسلة معًا.يقوم المُبرِّر بإنشاء دليل المعرفة الصفرية (يُسمى أيضًا دليل الصلاحية) مما يشير إلى أن جميع المعاملات المعبأة تتوافق مع قواعد blockchain.يتم بعد ذلك تقديم هذا الدليل الفردي إلى السلسلة الرئيسية، والتي يمكنها التحقق منه بسرعة وبشكل قاطع.

كيف يعمل ZK Rollup – Messari

يقلل هذا التصميم بشكل كبير من حجم بيانات الطبقة الأولى والعبء الحسابي مع الحفاظ على نفس ضمانات الأمان مثل معالجة كل معاملة على حدة، وبالتالي القضاء على سرعة الطبقة الأولى واختناقات الحجم.

تتضمن بعض المشاريع التمثيلية لـ ZK rollup ما يلي:

<لي>

<ب>zkSyncEra: تم تطويره بواسطة Matter Labs، ويستخدم zk-SNARKs للحصول على نتيجة نهائية سريعة.<لي>

<ب>ستارك نت: مبني على zk-STARKs، مع التركيز على قابلية التوسع والشفافية<لي>

<ب>مضلع zkEVM: تطبيق بدون معرفة لآلة الإيثريوم الافتراضية (EVM)، مما يجعلها متوافقة تمامًا مع العقود الذكية الحالية على إيثريوم.<لي>

<ب>أخف وزنا: منصة DEX مستدامة مبنية على مجموعة ZK مخصصة باستخدام zk-SNARKs، وتحديدًا Plonky2.

مزايا ZK التراكمية

من خلال ضغط آلاف المعاملات في دليل تشفير واحد، يمكن أن تؤدي مجموعات ZK إلى زيادة الإنتاجية بشكل كبير، مما يسمح لسلاسل الكتل مثل Ethereum بالتعامل مع المزيد من النشاط دون التضحية باللامركزية أو الأمان.

الأمن هو فائدة رئيسية أخرى.على عكس عمليات التجميع المتفائلة، التي تعتمد على الحوافز المالية وفترة تحدي مدتها أسبوع لاكتشاف الاحتيال، تستخدم مجموعات ZK براهين صحة رياضية لضمان الصحة مقدمًا. بمجرد التحقق من الدليل على السلسلة، تصبح المعاملة الأساسية نهائية وغير قابلة للتغيير، مما يزيل الكمون وعدم اليقين.

وهذا يعني أيضًا تأكيدات أسرع.تتم تسوية المعاملات في مجموعة ZK بمجرد التحقق من الأدلة المقابلة لها، مما يتيح للمستخدمين الوصول الفوري تقريبًا إلى النتائج النهائية مقارنة بأوقات الانتظار الشائعة في أنظمة Optimistic.

تعتبر فعالية التكلفة ميزة رئيسية أخرى.نظرًا لأن ZK Rollups لا تقدم سوى كمية صغيرة جدًا من البيانات إلى Layer-1 blockchain، يتم تخفيض رسوم الغاز بشكل كبير، مما يجعل تشغيل Ethereum أرخص للمستخدمين والتطبيقات.

والأمر الأكثر إثارة هو أن مجموعة ZK تفتح الباب أمام حماية الخصوصية المحسنة.نظرًا لأنه مبني على تشفير صفر المعرفة، فمن الممكن نظريًا دمج السرية مباشرة في المجموعة نفسها، مما يتيح إجراء معاملات خاصة ويمكن التحقق منها على نطاق واسع.

القيد الرئيسي حاليا هو المتطلبات الحسابية.لا يزال إنشاء إثباتات المعرفة الصفرية يستهلك الكثير من الموارد ويتطلب أجهزة قوية وتقنيات تشفير متقدمة.ومع ذلك، فإن التقدم المستمر، خاصة في تسريع الأجهزة، وتصميم الدوائر، وإثباتات التكرار، يعمل على تقليل هذه التكاليف بشكل مطرد، مما يجعل كل جيل من ZK التراكمي أكثر كفاءة.

مقارنة مع التراكمي المتفائل

تتبع المجموعات المتفائلة، مثل Arbitrum وOptimism، فلسفة مختلفة. إنها افتراضيًا تكون جميع المعاملات خارج السلسلة صالحة.فقط عندما يتحدى شخص ما هذا الافتراض، سيطلب النظام “إثبات الاحتيال” للتحقق من النزاع، وهي عملية تستغرق عادةً حوالي أسبوع.يعمل هذا النموذج بشكل جيد من الناحية العملية، ولكنه يؤدي إلى تأخيرات في التأكيد النهائي للمعاملات ويعتمد على حوافز للمشاركين لاكتشاف النشاط غير الصالح والإبلاغ عنه.

تأتي مجموعة ZK مع دليل صحة المعرفة الصفرية لكل دفعة من المعاملات، مما يؤكد صحتها رياضيًا قبل كتابتها إلى السلسلة الرئيسية، وبالتالي توفير نهائية فورية وأمان أقوى، ولكنه يجلب أيضًا تعقيدًا تقنيًا أعلى ومبلغًا حسابيًا أكبر.

في الأساس، يمثل النموذجان مقايضات مختلفة.يعد Optimistic Rollup أسهل في التنفيذ ويهيمن حاليًا على مساحة الطبقة الثانية من Ethereum نظرًا لبساطته وتوافقه الكامل مع جهاز Ethereum Virtual Machine (EVM).تعد مجموعة ZK أكثر تعقيدًا ومكثفة من الناحية الحسابية، ولكنها توفر إمكانية إجراء تسويات أسرع وتكاليف أقل وخصوصية مدمجة.

الاستنتاج

تمثل إثباتات صفر المعرفة نقلة نوعية في كيفية تعاملنا مع الثقة والخصوصية والتحقق في الأنظمة الرقمية.أصبحت نظرية التشفير المجردة هذه، التي نشأت في الثمانينيات، واحدة من أكثر التقنيات الواعدة التي تقود تطوير الجيل القادم من البنية التحتية اللامركزية.

في مجال العملات المشفرة، تدعم إثباتات المعرفة الصفرية المعاملات الخاصة، والهوية اللامركزية، وقابلية التشغيل البيني عبر السلاسل، والأهم من ذلك، بنيات تراكمية قابلة للتطوير تعمل على زيادة الإنتاجية بشكل كبير مع الحفاظ على الأمان على مستوى الإيثريوم.يمتد نطاق تطبيقها أيضًا إلى ما هو أبعد من blockchain إلى مجالات مثل التمويل والذكاء الاصطناعي والتحقق من البيانات.

على الرغم من أن تطبيق إثباتات المعرفة الصفرية لا يزال في مرحلة مبكرة نسبيًا، إلا أن مسار تطوره واضح بالفعل.تتحول إثباتات المعرفة الصفرية من تقنية جديدة في التشفير إلى جزء لا مفر منه من بناء البنية التحتية.إذا كان من المقرر أن يتم توسيع نطاق blockchain ليشمل مليارات المستخدمين مع ضمان الخصوصية واللامركزية، فقد تكون أدلة المعرفة الصفرية هي المفتاح لفتح هذا المستقبل.