Sıfır bilgi kanıtı nedir?
Sıfır bilgi (ZK) ispatı, bir kişinin (kanıtlayıcı) diğerini (doğrulayıcı) iddianın kendisi hakkında herhangi bir ayrıntı açıklamadan belirli bir iddianın doğru olduğuna ikna etmesini sağlayan bir kriptografik protokoldür.
Araştırmacılar Shafi Goldwasser, Silvio Micali ve Charles Rackoff bu fikri ilk kez 1980'lerin başında sunmuşlardır. Bir ZK kanıtının temel amacı, iddianın doğruluğu dışında herhangi bir bilgi vermeden doğrulayıcıyı bir iddianın doğru olduğuna ikna etmektir.
İyi bir sıfır bilgi ispatı aşağıdaki üç kriteri karşılamalıdır:
- Tamlık: Doğrulayıcı, önerme doğruysa ve hem kanıtlayıcı hem de doğrulayıcı protokole uyuyorsa, kanıtı yüksek bir olasılıkla kabul edecektir.
- Sağlamlık: İddia doğru değilse, çok düşük ihtimalli durumlar dışında hiçbir doğrulayıcı, doğrulayıcıyı bunun tersine ikna edememelidir.
- Sıfır bilgi: Doğrulayıcı, kanıtlayıcı ile etkileşime girdikten sonra bile sadece ifadenin doğruluğunu anlar ve sır hakkında başka hiçbir şey bilmez.
Farklı ZK geçirmezlik türleri vardır:
İnteraktif ZK-prooflar
Etkileşimli sıfır bilgi kanıtları, kanıtlayıcı ve doğrulayıcı arasında ileri geri iletişim gerektirir.
Etkileşimli olmayan ZK kanıtları
Etkileşimli olmayan sıfır bilgi kanıtları, tek bir adımda doğrulanabilen kompakt bir kanıt sağlar.
İstatistiksel ZK kanıtları
İstatistiksel sıfır bilgi kanıtları, küçük bir hata olasılığı ile hesaplama sağlamlığı sunar.
Bilgi kanıtı (PoK)
PoK, kanıtlayıcının ifadeyle ilgili belirli bir bilgiye sahip olduğunu gösteren ZK kanıtlarının bir alt sınıfıdır.
Karıştırma ve aralık kanıtları
Bu ZK kanıtları elektronik oylama ve gizliliği koruyan işlemlerde kullanılır.
Sigma protokolleri
Sigma protokolleri üç adım içeren bir ZK-kanıtları sınıfıdır: taahhüt, meydan okuma ve yanıt.
Kurşun geçirmezler
Kurşun geçirmezler, büyük değer kümeleri için verimli aralık kanıtları sağlamak üzere tasarlanmıştır.
Sıfır bilgi kanıtları nasıl çalışır?
ZK kanıtları, bir kanıtlayıcının bir doğrulayıcıyı, iddianın kendisi hakkında herhangi bir bilgi vermeden bir ifadenin doğruluğuna ikna etmesine olanak tanır. Doğrulayan ve doğrulayıcı protokolün birden fazla turunda etkileşime girer ve sonuçta doğrulayıcı, sır hakkında herhangi bir ek bilgi öğrenmeden iddianın doğruluğuna dair güven geliştirir.
"Grafik Renklendirme Problemi" olarak da bilinen "Üç Renk Problemi'ni ZK-kanıtlarının nasıl işlediğine dair bir örnek olarak kullanalım.
Sorun
Çizgilerle (kenarlar) birbirine bağlanmış birden fazla alana (köşe) sahip bir haritanız olduğunu düşünün ve sorun budur. Amaç, her bölgeyi renklendirmek için üç renkten birini kullanmak ve böylece hiçbir komşu parçanın aynı renge sahip olmamasını sağlamaktır. Her bölgeye verilen gerçek tonları göstermeden doğru renklendirmenin farkında olduğunuza birini ikna edebilir misiniz?
ZK-proofs protokolünü kullanarak çözüm
Kurulum
Doğrulayıcı ve kanıtlayıcı, grafiğin (haritanın) bölgeleri ve bağlantıları konusunda hemfikirdir.
Açıklama
Doğrulayıcı, verilen çizge için güvenilir bir üç renklendirmeye sahip olduğunu iddia eder.
1. Tur: Bağlılık
Doğrulayıcı, her konum için renkleri ifşa etmeden gizli olarak rastgele seçer. Bunun yerine, doğrulayıcıya her bölge için bir şifreli söz verir. Doğrulayıcı, taahhütlerin içinde hangi renklerin olduğunu göremez çünkü bunlar kutular gibi kilitlidir.
2. Tur: Meydan Okuma
Doğrulayıcı rastgele bir bölge seçer ve kanıtlayıcıdan o bölge için taahhüdü açmasını ister. Doğrulayıcı, o bölgenin taahhüdünün tonunu açıklamalıdır.
3. Tur: Yanıt
Renkleri taahhüt ettikten sonra, kanıtlayıcı şimdi ortaya çıkan renklendirmenin doğru olduğunu kanıtlamalıdır. Bu, bitişik bölümler arasındaki renk farklılıklarının gösterilmesini gerektirir. Doğrulayıcı, kanıtlayıcının kuralları doğru bir şekilde uyguladığından emin olmak için yanıtı inceler.
Yineleme
2. ve 3. turlar rastgele seçilen çeşitli bölgeler kullanılarak birçok kez tekrarlanır. Bu prosedür, kanıtlayıcının iddiasının doğruluğuna yüksek derecede güven oluşturmak için gerektiği kadar tekrarlanır.
Sonuç
Doğrulayıcı, her tur için düzenli olarak geçerli yanıtlar üretiyorsa, kullanılan gerçek renkleri bilmeden doğrulayıcının gerçekten geçerli bir üç renklendirmeye sahip olduğundan emin olur.
Doğrulayıcı, çeşitli bölgeler için prosedürü tekrarlayarak doğrulayıcının grafiğin geçerli bir üç renklendirmesini tanıma kapasitesini kademeli olarak artırır. Bununla birlikte, doğrulayıcı prosedür sırasında her bölgeye atanan gerçek renkleri asla keşfetmediği için sıfır bilgi özelliği korunur.
Yukarıdaki örnek, ZK kanıtlarının, çözümün kimliğini gizli tutarken bir kişiyi bir çözümün var olduğuna ikna etmek için nasıl kullanılabileceğini ve çeşitli uygulamalarda gizliliği ve güvenliği artırmak için güçlü bir araç sunduğunu göstermektedir.
Sıfır bilgi kanıtlarının uygulamaları nelerdir?
ZK-proof'lar, çeşitli alanlarda birçok kullanıma sahip olan ve önemli gizlilik ve güvenlik sorunlarını ele alan faydalı araçlardır.
ZK-proof'lar kripto para dünyasında işlem gizliliğini ve ölçeklenebilirliği geliştirmek için çok önemlidir. Zcash (ZEC) gibi gizlilik odaklı kripto para birimlerinde olduğu gibi, işlemin ayrıntılarını veya kullanıcıların kimliğini ifşa etmeden anonim işlemlere izin verirler.
ZK kanıtları kimlik doğrulama ve erişim kontrolü alanlarında bir parolanın veya kriptografik anahtarın anlaşıldığını göstermek için parolanın veya anahtarın kendisini ifşa etmeden kullanılabilir. Bu da daha kullanıcı dostu ve güvenli kimlik doğrulama teknikleri sağlar.
ZK-proof'lar aynı zamanda elektronik oylama sistemlerinde de kullanılmakta olup, seçmenlerin gerçek oylarını ifşa etmeden oylarının meşruiyetini göstermelerine olanak tanıyarak hem seçmen gizliliğini hem de seçim sürecinin bütünlüğünü korumaktadır.
ZK-kanıtlarının güvenli veri aktarımı ve doğrulama için de etkileri vardır, bir tarafa verinin kendisini ifşa etmeden özel veriler üzerindeki hesaplamaların doğruluğunu gösterme yeteneği verir.
Sıfır bilgi kanıtları, özel işlemleri kolaylaştırarak ve kullanıcı anonimliğini koruyarak merkez bankası dijital para birimlerinde (CBDC'ler) işlem gizliliğini artırabilir. CBDC işlemlerinde gizlilik ve şeffaflığı dengeleyen ZK kanıtları, işlem özelliklerini ifşa etmeden denetlenebilirliği mümkün kılar.
ZK-proof'lar blokzincir platformlarına entegre edilebilir mi?
Evet, ZK-proof'lar blokzincir platformlarına entegre edilebilir ve aslında çeşitli blokzincir ağlarında başarıyla uygulanmıştır. ZK-proof'lar blokzincir sistemlerinde verimliliği, güvenliği ve gizliliği artırmak için güçlü bir teknik sağlar.
Blokzincir platformlarına entegre edildiğinde, ZK-proof'lar birden fazla amaca hizmet edebilir:
Gizlilik ve mahremiyet
ZK-proof'lar özel işlemlere olanak tanıyarak kullanıcıların işlem tutarı, gönderici ve alıcı adresleri gibi temel bilgileri ifşa etmeden işlem yapmasına izin verir. Açık blokzincir kullanıcı gizliliğinin iyileştirilmesi buna bağlıdır.
Doğrulama ve denetim
Gerçek verileri veya bilgileri ifşa etmeden, ZK-proof'lar belirli hesaplamaların veya beyanların doğruluğunu kontrol etmek için kullanılabilir. Bu, veri bütünlüğünü garanti eder ve etkili denetim prosedürlerini mümkün kılar.
Ölçeklenebilirlik
ZK kanıtları, karmaşık hesaplamalar için özlü kanıtlar sunarak platformun ölçeklenebilirliğini artırabilir ve bu da blokzincirdeki hesaplama ve depolama ek yükünü en aza indirmeye yardımcı olabilir.
Kimlik ve kimlik doğrulama
Kullanıcı gizliliğini korurken güvenli kimlik doğrulama ve kimlik doğrulama için ZK-proofs kullanarak, blokzincir tabanlı uygulamalar daha güvenli olacaktır.
Zincirler arası birlikte çalışabilirlik
ZK-proofs, çeşitli blokzincir ağları arasında birlikte çalışabilirliği kolaylaştırarak gizliliği korurken zincirler arası iletişim ve varlık transferlerine yardımcı olabilir.
Sıfır bilgi kanıtlarının dezavantajları nelerdir?
ZK kanıtları gizlilik ve güvenlik avantajları sağlar, ancak uygulanması hesaplama açısından yoğun ve karmaşık olabilir.
ZK ispatlarının geliştirilmesi ve doğrulanması, özellikle daha karmaşık ispatlar için kaynak ve hesaplama açısından yoğun olabilir. Bu durum, işlemler için daha uzun işlem süreleri ve daha fazla hesaplama işi ile sonuçlanabilir ve bu da blok zinciri sistemlerinin ölçeklendirilmesini daha zor hale getirebilir.
Ayrıca, ZK-kanıtları, protokolün denetlenmesini ve doğrulanmasını zorlaştırabilecek bir karmaşıklık katmanı ekleyebilir ve potansiyel güvenlik kusurları veya hataları hakkında endişelere yol açabilir. Ayrıca, ZK-kanıtları bilgileri gizleyerek gizliliği artırırken, bazı durumlarda yasa dışı faaliyetleri kolaylaştırabilir ve mevzuata uygunluk açısından zorluklar yaratabilir.
ZK-kanıtları ayrıca tüm kullanım durumları veya sektörler için uygun olmayabilir çünkü düzgün bir şekilde uygulanmaları için özel eğitim ve deneyim gerektirirler. Bu da birçok alanda yaygın olarak kullanılmalarını ve benimsenmelerini engelleyebilir.
ZK-proof'lar faydalı gizlilik ve güvenlik özellikleri sağlasa da, dezavantajları, belirli sistemlere veya uygulamalara uyarlanmadan önce ilgili ödünleşimlerin dikkatli bir şekilde incelenmesini ve değerlendirilmesini gerektirir.