إثبات المعرفة الصفرية (ZK proof أو ZKP)
ما هو إثبات المعرفة الصفرية؟
إثبات المعرفة الصفرية (ZK proof أو ZKP) هو طريقةٌ تشفيريّةٌ لإثبات صحّة تصريحٍ ما دون كشف أي معلوماتٍ عنه، لكن كيف يمكننا معرفة صحة هذا التصريح دون امتلاك أي معلوماتٍ عنه؟ تعمل إثباتات المعرفة الصفرية عن طريق وجود “المُثبِت” و “المُدقق” كما هي الحال في المثال التالي:
“عند إنشاء حسابٍ على إحدى مواقع التواصل الاجتماعي، وبدلاً من إدخال بياناتكم الشخصية للتحقّق من الهوية -مثل البريد الإلكتروني والعمر والاسم والموقع وتاريخ الولادة- يمكنكم تقديم إثبات المعرفة الصفرية لشركة التواصل الاجتماعي التي ستقوم بدورها بالتحقق من هويتكم بطريقةٍ تشفيرية”.
تلعبون أنتم في هذا المثال دور “المُثبت” فيما تأخذ الشركة دور “المتحقق،” ويسمح إثبات المعرفة الصفرية بتأكيد هويتكم دون الحاجة لتقديم معلوماتٍ شخصية، وبهذا يمكنكم ضمان أمن هذه المعلومات وعدم تسريبها في حال اختراق شركة التواصل الاجتماعي، وسنخوض الآن في التفاصيل التقنية وتعريف إثبات المعرفة الصفرية بعد أن شرحنا لكم عن قوة هذه التقنية التي تحمي الخصوصيّة بشكل أكثر فعالية.
ما هي آلية عمل إثبات المعرفة الصفرية؟
يُعتبر إثبات المعرفة الصفرية دليلاً على صحة التصريح، ويكمن الابتكار في إلغاء الحاجة لكشف المعلومات من أجل إثبات صحته، ويتكوّن إثبات المعرفة الصفرية من 3 عناصر:
- الشاهد: هو المعلومات المَخفية للإثبات، حيث يبدأ إثبات المعرفة الصفرية عندما يقوم المُثبت (الذي يملك هذه المعلومات) بوضع سلسلةٍ من الأسئلة يمكن الإجابة عنها فقط في حال امتلاك هذه المعلومات المَخفية.
- التحدّي: يقوم المتحقق باختيار الأسئلة (المسائل الرياضية) بشكلٍ عشوائيّ ويطلب من المثبت الإجابة عليها.
- الاستجابة: يقوم المثبت بحساب الإجابة ويرسلها للمتحقق الذي يقوم بدوره بطرح المزيد من الأسئلة على المثبت لتقليل احتمال ادّعاء المعرفة، وتستمرّ هذه السلسلة من التفاعلات حتى يكتفي المتحقق منها.
تمثل هذه التفاعلات بين المثبت والمتحقق طريقة عمل “البروتوكول التفاعليّ لإثبات المعرفة الصفرية،” وقد طرأت العديد من التطوّرات في هذا المجال أفضت لخلق “البروتوكولات غير التفاعلية لإثبات المعرفة الصفرية”، والتي تتطلب من المُثبت والمُتحقق التفاعل لمرةٍ واحدةٍ فقط.
شرح إثبات المعرفة الصفرية: أنواع بروتوكولات إثبات المعرفة الصفرية
بروتوكول ZK SNARK
بروتوكول ZK SNARK أو “حجة المعرفة الموجزة غير التفاعلية ذات المعرفة الصفرية” (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) وهو عبارةٌ عن بروتوكولٍ يقوم بتوليد إثباتات المعرفة الصفرية ويتمتع بالخصائص التالية:
- المعرفة الصفرية: لا يتم كشفُ أي معلوماتٍ عن التصريح خلال عملية التحقق، وكل ما يعلمه “المُتحقق” هو صحة أو خطأ التصريح.
- الإيجاز: يتمتع إثبات المعرفة الصفرية بحجمٍ صغير يسمح بإثباته بسرعة.
- غير تفاعليّ: يتفاعل المُثبت والمُتحقق لمرةٍ واحدة فقط ما يجعل العملية أسرع وأكثر كفاءة.
- الحجة: يُعتبر إثبات المعرفة الصفرية سليماً ومن الصعب التلاعب به.
- مرتبط بالمعرفة: لا يمكن إنشاء إثبات المعرفة الصفرية لتصريح ما دون معرفة المعلومات السريّة.
بروتوكول ZK STARK
بروتوكول ZK STARK أو “حجة المعرفة الشفافة القابلة للتوسّع ذات المعرفة الصفرية” (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge): يُشابه ZK SNARK ويتشارك معه في عدة خصائص ولكنّه أكثر قابليةً للتوسع، حيث يمكنه إنتاج إثباتاتٍ لمجموعاتٍ كبيرةٍ من البيانات كما يتفوّق على ZK SNARK بسرعة إنتاج الإثباتات وعملية التحقق عندما يكون حجم الشاهد كبيراً؛ كذلك يُعتبر بروتوكول ZK STARK أكثر شفافيةً ولا يحتاج إلى بيئةٍ تم التحقق منها للعمل.
استخدامات إثباتات المعرفة الصفرية
تجميعات المعرفة الصفرية
يتم استخدام تقنية إثبات المعرفة الصفرية في توسّع بلوكتشين إيثيريوم (Ethereum) عن طريق تجميعات المعرفة الصفرية على الطبقة الثانية، حيث تقوم هذه التجميعات بمعالجة المعاملات والتحقق منها خارج البلوكتشين وتقوم بجمعها سويةً ومُشاركتها على البلوكتشين الأساسيّة، وتتمثل الميزة الأساسية لاستخدام تجميعات الطبقة الثانية بخفض رسوم البلوكتشين (الغاز) على الطبقة الأولى وتسريع معالجة المعاملات والسماح بزيادة حجمها، حيث يتم استخدام إثباتات المعرفة الصفرية للتحقق من صحة التنفيذ خارج البلوكتشين، وبذلك تقوم الطبقة الثانية بتنفيذ المعاملات خارج البلوكتشين ومن ثم مشاركة إثباتات المعرفة الصفرية للتحقق على الطبقة الأولى.
المُعاملات السرية
يُعتبر إثبات المعرفة الصفرية تقنيةً حافظةً للخصوصية يتم استخدامها في قطاع العملات الرقمية لتُمكّن المستخدمين من إجراء معاملاتٍ مجهولة الهوية، حيث تتميز معاملات الكريبتو بالشفافية ومشاركة عناوين المحافظ ورصيد الحسابات والختم الزمنيّ للمعاملات على قواعد بيانات البلوكتشين؛ غير أن هناك احتمالاً لارتباط عناوين المحافظ بهويةٍ معينةٍ على الرغم من استخدامها أسماء مُستعارة. وتستخدم المحافظ -التي تُركّز على الخصوصية مثل Zcash- بروتوكول ZK SNARK لإخفاء المعلومات الخاصّة، حيث تقوم محفظة Tornado Cash باستخدام إثباتات المعرفة الصفرية لتمكّن مستخدميها من إجراء معاملات خاصةٍ على بلوكتشين إيثيريوم.
حماية الهوية والمصادقة
تسمح إثباتات المعرفة الصفرية بإنشاء مُعرِّفاتٍ شخصيةٍ لا تكشف المعلومات الخاصّة، وفي حال انتشار استخدام تقنية إثبات المعرفة الصفرية مُستقبلاً؛ ستتمكنون من التعريف عن أنفسكم دون الحاجة لمشاركة معلومات جواز السفر أو رقم الضمان الاجتماعيّ، كما ستسمح إثباتات المعرفة الصفرية للمُستخدمين بتوثيق هويتهم عند اللزوم لاستخدام المواقع والتطبيقات.
نقاط ضعف تقنية إثبات المعرفة الصفرية
| تكاليف المعدّات | يحتاج التحقق من إثبات المعرفة الصفرية إجراء حساباتٍ معقّدة تقوم بها حواسيب متخصّصةٌ غالية الثمن، ويُمثل هذا عائقاً في وجه تبنّي هذه التقنية ويدعم مبدأ مركزية الطاقة الحاسوبية. |
| رسوم تشغيل الشبكة المرتفعة | يتحمل المستخدمون عبء التكاليف العالية للمعدات التي تقوم بإجراء الحسابات المعقّدة لإثبات المعرفة الصفرية، ولذلك تفرض تجميعات المعرفة الصفرية رسوماً أعلى لتشغيل البلوكتشين مقارنةً بحلول تجميعات Optimistic. |
| افتراضات الثقة | تستخدم بروتوكولات ZK SNARK سلسلةً مرجعيةً موحّدةً يمكن إعادة استخدامها من قبل الأطراف الراغبة بالمشاركة في بروتوكول المعرفة الصفرية، ويتم إنشاء هذه السلسلة المرجعية في بيئةٍ تم التحقق منها ومن المفترض تمتع المشاركين فيها بالمصداقية. |
| تهديدات الحوسبة الكمومية | تُعتبر التطورات في قطاع الحوسبة الكمومية تهديداً للنموذج الأمنيّ المُستخدم في بروتوكولات ZK SNARK. |
الخلاصة
أتاحت إثباتات المعرفة الصفرية طريقةً جديدةً للتحقق من المعلومات تسمح بإجراء المعاملات الآمنة وحماية المعلومات الحسّاسة والخاصّة بشكلٍ تلقائيّ، وتتصدّر تقنية إثبات المعرفة الصفرية حلول توسّع إيثيريوم التي تعتبر أشهر بلوكتشين للعقود الذكية في العالم.
المنهجية التحريرية في Techopedia
نعمل في Techopedia على تقديم محتوى دقيق وموضوعي بناءً على سياسة تحريرية تعتمد عملية بحث احترافية تلتزم بأعلى المعايير للمصادر المستخدمة، وتخضع كل صفحة لعملية تدقيق ومراجعة شاملة من فريقنا الذي يضمّ مجموعةً من أفضل الخبراء التقنيين واللغويين. يضمن التزامنا بتطبيق هذه المنهجية الدقيقة تقديم محتوى مفيدٍ وذي مصداقية وقيمة عالية لقرائنا.
