Zero-knowledge proof (ZKP) là gì? Ưu và nhược điểm của ZKP
1. Zero-knowledge proof (ZKP) là gì?
1. Zero-knowledge proof (ZKP) là gì?
Zero-knowledge proof (ZKP) là một khái niệm trong lĩnh vực mật mã học và lý thuyết thông tin. Nó là một phương pháp được sử dụng để chứng minh một mệnh đề mà không cần phải tiết lộ bất kỳ thông tin bổ sung nào về mệnh đề đó.
Trong một ZKP, một bên được gọi là chứng minh gia (prover) muốn chứng minh cho một bên khác, gọi là xác nhận gia (verifier), rằng một mệnh đề cụ thể là đúng mà không cần phải tiết lộ bất kỳ thông tin bí mật liên quan đến mệnh đề đó. ZKP cho phép verifier kiểm tra tính đúng đắn của mệnh đề mà không biết được các chi tiết bên trong chứng minh.
Một ứng dụng phổ biến của ZKP là chứng minh sự tồn tại của một thông tin mà không tiết lộ thông tin đó. Ví dụ, một chứng minh gia có thể chứng minh rằng một số nguyên tố lớn tồn tại mà không cần phải tiết lộ các yếu tố nguyên tố cụ thể. ZKP cũng được sử dụng trong các hệ thống chứng thực như chứng thực người dùng trên internet mà không cần tiết lộ thông tin nhạy cảm.
Trong ZKP, quan trọng là chứng minh gia phải cung cấp đủ thông tin để verifier có thể xác minh tính đúng đắn của mệnh đề, nhưng không tiết lộ quá nhiều thông tin cho verifier. Điều này đảm bảo tính riêng tư và bảo mật của chứng minh gia trong quá trình chứng minh.
Mô hình Zero-knowledge proof (ZKP)
2. Tại sao cần có Zero-knowledge Proof (ZKP)?
2. Tại sao cần có Zero-knowledge Proof (ZKP)?
Zero-knowledge Proof (ZKP) là một công nghệ được áp dụng để xác minh tính đúng đắn của một mệnh đề mà không cần phải tiết lộ thông tin bí mật liên quan đến mệnh đề đó.
Để hiểu rõ hơn, hãy xem một ví dụ cụ thể: Giả sử bạn A muốn nhập cảnh trở về nước X sau một chuyến du lịch ở nước khác, nhưng lại bị chặn tại hải quan và cần chứng minh rằng A là công dân của nước X để được phép nhập cảnh.
Bạn A muốn nhập cảnh vào nước X
Trong trường hợp này, có hai giải pháp khác nhau.
- Giải pháp đầu tiên là A cung cấp các giấy tờ như hộ chiếu hoặc bằng lái xe để chứng minh thông tin cá nhân. Tuy nhiên, thông tin này sẽ được lưu trữ trong hệ thống dữ liệu của hải quan, và nếu hệ thống này bị hack, thông tin cá nhân của A có thể bị tiết lộ và tài sản của A có thể gặp nguy hiểm.
- Giải pháp thứ hai là A sử dụng công nghệ Zero-knowledge Proof (ZKP) để tạo ra một bằng chứng mà không cần tiết lộ thông tin cá nhân. A sẽ tạo ra một bằng chứng dựa trên hệ thống ZKP để chứng minh rằng A là công dân của nước X. Hải quan sẽ kiểm tra và xác minh bằng chứng mà A cung cấp, và nếu mọi thông tin đều đúng, A sẽ được nhập cảnh. Trong trường hợp này, thông tin cá nhân của A không bị tiết lộ cho hải quan, nhưng hải quan vẫn có thể xác minh tính đúng đắn của thông tin và cho phép A nhập cảnh vào nước X. Điều này đảm bảo tính riêng tư và bảo mật của A trong quá trình chứng minh mà không cần tiết lộ thông tin cá nhân.
3. Zero-knowledge Proof (ZKP) hoạt động như thế nào?
3. Zero-knowledge Proof (ZKP) hoạt động như thế nào?
Trong một hệ thống Zero-knowledge Proof (ZKP), có hai bên chính là người chứng minh và người xác minh, cùng với một số thực thể liên quan.
- Người chứng minh đóng vai trò chứng minh tính đúng đắn của một tuyên bố mà không tiết lộ bất kỳ thông tin nào về nhân chứng của mình. Nhân chứng là các thông tin được sử dụng làm đầu vào cho hệ thống chứng minh, nhằm tạo ra bằng chứng chứng minh tính đúng đắn của tuyên bố.
- Hệ thống chứng minh, còn được gọi là hệ thống ZKP, là một hệ thống thuật toán nhằm tạo ra bằng chứng từ nhân chứng. Bằng chứng này được hiển thị dưới dạng thuật toán và được gọi là zero-knowledge proof (bằng chứng không kiến thức).
- Người xác minh đóng vai trò xác minh sự thật của tuyên bố thông qua bằng chứng mà người chứng minh cung cấp. Người xác minh không cần biết thông tin đầu vào của bằng chứng.
Quy trình chứng minh trong ZKP
Áp dụng lại ví dụ trên, các thành phần được làm rõ như sau:
- Tuyên bố cần chứng minh là "A là công dân nước X hay không".
- Bạn A là người chứng minh, cung cấp các thông tin cần thiết (nhân chứng) cho hệ thống ZKP để tạo ra bằng chứng cho tuyên bố cần chứng minh.
- Hải quan là người xác minh, nhận bằng chứng từ bạn A và tiến hành xác minh. Hệ thống ZKP sẽ trả lại kết quả là "Có (1)" hoặc "Không (0)" cho tuyên bố cần chứng minh.
- Nếu kết quả trả lại là (1), hải quan xác minh rằng bạn A là công dân nước X mà không cần xem xét các thông tin khác.
- Nếu kết quả trả lại là (0), hải quan xác minh rằng bạn A không phải là công dân nước X.
4. Interactive và Non-interactive Zero-knowledge Proof là gì?
4. Interactive và Non-interactive Zero-knowledge Proof là gì?
Interactive Zero-knowledge Proof (ZKP có tương tác)
Giả sử trong quá trình chứng minh "A có phải là công dân nước X hay không", chúng ta có một tương tác như sau:
Bạn A cung cấp Nhân chứng 1 cho hải quan và hải quan thấy một số điểm chưa rõ ràng, do đó họ đặt câu hỏi lại cho bạn A. Lúc này, hải quan lưu trữ thông tin về Nhân chứng 1.
Bạn A tiếp tục cung cấp Nhân chứng 2 và hải quan tiếp tục kiểm tra.
Quá trình này tiếp tục cho đến khi bạn A cung cấp Nhân chứng N, và sau khi hải quan kiểm tra và xác minh, họ kết luận rằng bạn A là công dân nước X.
Trong quá trình này, bạn A đã thành công chứng minh tuyên bố của mình là đúng và hải quan sẽ lưu trữ thông tin về các Nhân chứng 1, 2... N.
Phương pháp này được gọi là Interactive Zero-knowledge Proof (ZKP có tương tác). Tuy nhiên, nó cũng có một số hạn chế:
- Chi phí lưu trữ lớn: Vì quá trình tương tác đòi hỏi nhiều dữ liệu xác minh thông tin qua nhiều lần hỏi đáp, do đó, chi phí lưu trữ là lớn.
- Thời gian và độ trễ cao: Quá trình tương tác yêu cầu sự hiện diện và tương tác liên tục giữa người hỏi và người đáp, dẫn đến độ trễ cao trong giao dịch.
- Mất tính phi tập trung của mạng lưới: Việc tương tác liên tục khiến cho giao dịch phụ thuộc vào việc trao đổi thông tin, và do đó, không còn tính phi tập trung như mong muốn trong mạng lưới.
Những hạn chế này cần được xem xét khi sử dụng phương pháp tương tác ZKP.
Non-interactive Zero-knowledge Proof (ZKP không tương tác)
Để giải quyết những hạn chế của phương pháp tương tác ZKP, đã xuất hiện một hình thức mới là ZKP phi tương tác (Non-interactive ZKP). Điểm đặc biệt của phương pháp này là người chứng minh và người xác minh chỉ cần tương tác duy nhất một lần.
Với sự phát triển này, hệ thống chứng minh đã được cải tiến và nâng cấp.
Phương pháp ZKP phi tương tác giảm thiểu sự tương tác giữa người chứng minh và người xác minh, làm cho quy trình chứng minh trở nên hiệu quả hơn. Đồng thời, sau khi bằng chứng được tạo ra, bất kỳ ai cũng có thể xác minh tính đúng đắn của bằng chứng đó.
5. Cấu trúc Zero-knowledge Proof (ZKP) phổ biến
5. Cấu trúc Zero-knowledge Proof (ZKP) phổ biến
Công nghệ ZKP được phát triển với hai cấu trúc phổ biến:
- ZK-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge): SNARK được giới thiệu chính thức vào tháng 1/2012 bởi Giáo sư Alessandro Chiesa của Đại học UC Berkeley và nhóm nghiên cứu của ông (người đồng phát minh Zerocash, đồng sáng lập Zcash, và StarkWare Industries).
- ZK-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge): STARK ra đời muộn hơn, được giới thiệu chính thức vào năm 2018 bởi Eli Ben-Sasson và nhóm nghiên cứu của anh ta (Starware hiện tại).
Dù là SNARK hay STARK, cả hai đều là hệ thống ZKP không tương tác (Non-interactive), nhưng chúng có các giả định bảo mật và đặc điểm hiệu suất riêng biệt.
6. Ưu điểm và hạn chế của Zero-knowledge Proof (ZKP)
6. Ưu điểm và hạn chế của Zero-knowledge Proof (ZKP)
Ưu điểm của Zero knowledge proof (ZKP)
- Mở rộng cho Blockchain: Các giải pháp Zk Rollup như StarkNET, Loopring và Zksync sử dụng công nghệ ZKP để tăng thông lượng và khả năng mở rộng cho các blockchain Layer 1. Điều này giúp nâng cao hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống.
- Quyền riêng tư và bảo mật: Công nghệ ZKP cho phép xác minh tính đầy đủ và chính xác của dữ liệu mà không cần tiết lộ thông tin quan trọng. Nó được ứng dụng trong các lớp ứng dụng về bảo mật và quyền riêng tư, ví dụ như Monero và Zcash.
Ưu điểm của Zero knowledge proof (ZKP)
Hạn chế của Zero knowledge proof (ZKP)
- Yêu cầu tính toán mạnh: Các giao thức ZKP thường dựa trên phương trình toán học phức tạp, đòi hỏi một lượng tính toán lớn để thực hiện và xác minh. Điều này tạo khó khăn cho các máy tính phổ thông tham gia vào quá trình xác thực giao dịch.
- Không thân thiện với các nhà phát triển: Mặc dù ZKP được sử dụng cho các công nghệ Layer 2 nhằm cải thiện khả năng mở rộng cho blockchain, nhưng hiện tại các ứng dụng của Zk Rollup chỉ hạn chế trong các khoản thanh toán đơn giản và giao dịch. Ngoài ra, Zk Rollup hiện tại không hỗ trợ khả năng tổng hợp và các ứng dụng Zk Rollup khác nhau không thể tương tác với nhau trên cùng một Layer 2.
7. Ứng dụng phổ biến của Zero-knowledge Proof (ZKP)
7. Ứng dụng phổ biến của Zero-knowledge Proof (ZKP)
Sử dụng công nghệ ZKP trong lĩnh vực Blockchain
Công nghệ Zero Knowledge Proof (ZKP) hứa hẹn là một giải pháp mở rộng đáng tin cậy cho Blockchain trong cả trung và dài hạn.
Các giải pháp Zk Rollup làm cho Ethereum và các blockchain layer 1 khác có thể mở rộng mạnh mẽ bằng cách cho phép quá trình xác minh và xác nhận tính hợp lệ của giao dịch diễn ra một cách nhanh chóng.
Hơn nữa, các ứng dụng Blockchain sử dụng công nghệ ZKP như Mina Protocol hứa hẹn đem đến thế hệ Blockchain hàng đầu trong lĩnh vực Crypto.
Sử dụng công nghệ ZKP trong lĩnh vực Blockchain
Ứng dụng bảo mật thông tin
Trong các ứng dụng truyền thống, người dùng thường phải xác minh danh tính của mình thông qua một máy chủ tập trung. Tuy nhiên, với công nghệ Zero Knowledge Proof (ZKP), chúng ta có thể mã hóa dữ liệu end-to-end trong các ứng dụng, đảm bảo tính riêng tư khi gửi thông tin.
Hơn nữa, ZKP cũng có thể giúp một cá nhân chứng minh danh tính của mình mà không cần phải tiết lộ thêm thông tin cá nhân.
8. Tổng kết
8. Tổng kết
Hy vọng rằng những thông tin này sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về khái niệm Zero-knowledge proof (ZKP) là gì và những lợi ích cũng như hạn chế của công nghệ này. Hãy thường xuyên theo dõi Coin5s để thường xuyên cập nhật những thông tin hữu ích nhé!