Trong lĩnh vực blockchain và mật mã học, có một thuật ngữ thu hút sự quan tâm trong những năm gần đây, đó là “Zero-Knowledge Proof” (ZKP). Kỹ thuật mật mã này đã thay đổi cách chúng ta xử lý giao dịch và bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu trong thế giới số hóa. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu Zero-Knowledge Proof là gì, cách hoạt động, ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng thực tế.
Zero-Knowledge Proof là gì?
Zero-Knowledge Proof (ZKP) là một phương pháp trong mật mã học, cho phép một bên (người chứng minh) chứng minh cho bên kia (người xác minh) rằng họ có một kiểu thông tin cụ thể mà không cần phải tiết lộ kiểu thông tin đó. Để hiểu dễ dàng hơn, hãy tưởng tượng một trường hợp nơi bạn muốn chứng minh bạn biết một sự thật nhất định mà không muốn phải tiết lộ sự thật đó. Đó chính là lúc Zero-Knowledge Proof có thể hỗ trợ. Ví dụ, trong ngữ cảnh của blockchain, nó có thể được sử dụng để chứng minh tính thanh khoản của một ví mà không cần phải tiết lộ số tiền cụ thể trong đó.
Mặc dù Zero-Knowledge Proof đang thu hút sự quan tâm hiện nay, nhưng chúng có nguồn gốc từ năm 1985 khi được giới thiệu trong một bài báo khoa học mang tựa đề “The Knowledge Complexity of Interactive Proof Systems” (Độ phức tạp về kiến thức trong các hệ thống chứng minh tương tác) của các nhà nghiên cứu Goldwasser, Micali và Rackoff. Mục tiêu chính của việc phát triển chúng là để chứng minh tính hợp lệ của một tuyên bố mà không cần tiết lộ thông tin bổ sung. Họ đã làm điều này bằng cách sử dụng đa thức và đại số hiện đại.
Một điểm quan trọng cần nắm về Zero-Knowledge Proof là chúng dựa vào xác suất hơn là sự quyết định tuyệt đối. Trong quá trình trao đổi thông tin, có khả năng xuất hiện sự gian trá và lừa dối. Người chứng minh có thể cố gắng lừa người xác minh bằng cách chứng minh một điều gì đó sai là đúng. Tuy nhiên, các bằng chứng được tạo ra đem lại một mức độ tin cậy cao để xác định tính đúng đắn của một tuyên bố.
Zero-Knowledge Proof hoạt động như thế nào?
Zero-Knowledge Proof hoạt động dựa trên mức độ tương tác giữa các bên liên quan.
Zero-Knowledge Proof tương tác
Trong Zero-Knowledge Proof tương tác, thường có hai bên: người chứng minh, người muốn chứng minh rằng họ biết một điều gì đó, và người xác minh, người kiểm tra tuyên bố của người chứng minh. Thông tin bí mật mà người chứng minh biết gọi là “nhân chứng”. Quá trình bắt đầu khi người xác minh đặt các câu hỏi ngẫu nhiên và yêu cầu người chứng minh trả lời ngay lập tức. Người chứng minh đáp lại, và người xác minh tiếp tục đặt thêm câu hỏi để đảm bảo rằng không có sự tiết lộ thông tin nào xảy ra.
Nếu người chứng minh có thể trả lời tất cả các câu hỏi một cách chính xác, người xác minh có thể tin tưởng rằng họ thực sự sở hữu thông tin được tuyên bố. Quá trình tương tác này giống như việc ai đó cố gắng chứng minh rằng họ biết mật khẩu mà không cần phải tiết lộ mật khẩu.
Zero-Knowledge Proof phi tương tác
Các bằng chứng phi tương tác có thể không phù hợp cho tất cả các ứng dụng thực tế do yêu cầu nhiều vòng xác nhận và thiếu đánh giá độc lập. Để giải quyết những hạn chế này, các chuyên gia mật mã Silvio Micali, Manuel Blum và Paul Feldman giới thiệu Zero-Knowledge Proof phi tương tác vào năm 1988.
Trong Zero-Knowledge Proof phi tương tác, cả người chứng minh và người xác minh đều sở hữu một khóa riêng được chia sẻ. Người chứng minh cam kết thông tin bí mật vào một thuật toán, tạo ra một Zero-Knowledge Proof. Người xác minh có thể kiểm tra tính hợp lệ của bằng chứng bằng cách sử dụng một thuật toán khác. Khác với bằng chứng tương tác, các bằng chứng phi tương tác chỉ được tạo ra một lần để tiện lợi, và bất kỳ ai có quyền truy cập vào khóa riêng được chia sẻ và các thuật toán có thể kiểm tra bằng chứng độc lập.
Nguyên tắc cơ bản của Giao Thức Zero-Knowledge
Một giao thức Zero-Knowledge mạnh mẽ phải tuân theo ba đặc điểm quan trọng:
- Tính đầy đủ: Giao thức Zero-Knowledge phải xác nhận tính đúng đắn của một tuyên bố chỉ khi tuyên bố đó thực sự đúng. Nói cách khác, nếu người chứng minh nói đúng, giao thức phải cho biết điều đó một cách chính xác.
- Độ tin cậy: Giao thức phải thông minh và không thể bị thao túng. Người chứng minh không được phép lừa dối giao thức để nhận kết quả đúng khi tuyên bố là sai. Điều này cần thiết để bảo đảm tính trung thực của Zero-Knowledge Proofs.
- Zero-Knowledge: Quan trọng nhất, nguyên tắc của Zero-Knowledge Proof là người xác minh không nên biết thêm bất kỳ thông tin nào ngoài những gì người chứng minh đã tiết lộ. Điều này đảm bảo rằng thông tin nhạy cảm được giữ bí mật.
Các loại Zero-Knowledge Proof
Thế giới của Zero-Knowledge Proof đã chứng kiến sự phát triển của nhiều loại giao thức quan trọng. Hãy tìm hiểu về một số trong số chúng:
ZK-STARK (Scalable Transparent Argument of Knowledge)
ZK-STARK được ra đời vào năm 2018 và nổi bật với khả năng chứng minh tính hợp lệ của một tuyên bố ngoài chuỗi và trả về một phản hồi có thể kiểm tra trên chuỗi. Điều này giúp nó mở rộng và trở nên minh bạch hơn bằng cách sử dụng tính toán ngoài chuỗi và phương pháp ngẫu nhiên công khai.
ZK-SNARK (Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge)
ZK-SNARK là một loại giao thức Zero-Knowledge phổ biến khác. Nó tạo ra các bằng chứng có kích thước nhỏ so với STARK. Các bằng chứng ZK-SNARK yêu cầu chỉ một cuộc tương tác duy nhất giữa người chứng minh và người xác minh. Tuy nhiên, nó vẫn liên quan đến một buổi thiết lập đáng tin cậy để đảm bảo an toàn.
ZK-SNORK (Succinct Non-Interactive Oecumenical Arguments of Knowledge)
SNORK là một biến thể của SNARK với một số khác biệt. Chúng có khả năng đa dụng, nghĩa là một buổi thiết lập có thể hoạt động cho nhiều ứng dụng và có thể được cập nhật. Các biến thể của SNORK bao gồm Sonic, PLONK và Marlin, mỗi loại được thiết kế để giải quyết các thách thức cụ thể.
Bulletproof
Bulletproof được giới thiệu vào năm 2017 bởi Bunz và đồng nghiệp, tạo ra các bằng chứng ngắn gọn không chỉ để kiểm tra tính hợp lệ của một tuyên bố cụ thể, mà thay vào đó, chúng chứng minh rằng thông tin ẩn nằm trong một phạm vi cụ thể. Công nghệ này có ứng dụng trong việc bảo vệ quyền riêng tư mà không tiết lộ thông tin chính xác.
Thuộc tính | ZK-STARK | ZK-SNARK | ZK-SNORK | Bulletproof |
---|---|---|---|---|
Thiết lập đáng tin cậy | Không | Có | Có | Không |
Bảo mật sau lượng tử | Có | Không | Không | Không |
Chứng minh | Dữ liệu thực | Dữ liệu thực | Dữ liệu thực | Phạm vi |
Tính đa dụng | Không | Không | Có | Không |
Tương tác giữa người chứng minh và người xác minh | Nhiều lần | Một lần | Một lần | Phụ thuộc |
Kích thước của bằng chứng | Lớn | Nhỏ | Nhỏ | Nhỏ |
Ưu điểm và Nhược Điểm của Zero-Knowledge Proof
Ưu điểm
- Quyền riêng tư dữ liệu: Chúng đảm bảo việc giữ kín thông tin hoàn toàn, không tiết lộ chi tiết của các giao dịch cơ bản.
- Bảo mật cao: ZKP sử dụng các kỹ thuật mật mã tiên tiến, nâng cao mức độ bảo mật của giao dịch.
- Giao dịch nhanh hơn: Chúng đã tạo điều kiện thuận lợi cho các cải tiến như ZK-rollups, giúp tăng tốc quy trình giao dịch và giảm chi phí.
Nhược điểm
Mặc dù Zero-Knowledge Proof mang lại nhiều ưu điểm, chúng cũng có nhược điểm:
- Không xác định tuyệt đối: Không thể đảm bảo 100% rằng các giá trị tạo ra là hoàn toàn đúng. Chỉ có khả năng xác suất cao rằng chúng là đúng.
- Mất liên hệ với thông tin thực sự: Vì ZKP thực hiện xác minh mà không cần tiết lộ thông tin thực sự, không ai có thể biết được thông tin thực sự đằng sau quy trình.
- Nguy cơ câu trả lời giả mạo: Một người chứng minh không trung thực có thể thay đổi quá trình tương tác để tạo ra kết quả giả mạo.
Các doanh nghiệp sử dụng Zero-Knowledge Proof
Một số công ty đã tích hợp Zero-Knowledge Proof vào công nghệ của họ để nâng cao quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu. Dưới đây là một số ví dụ:
- Polygon: Polygon là một trong những blockchain lớp 2 trên Ethereum sử dụng mã hóa Zero-Knowledge trong kiến trúc của họ. Đây là một giải pháp ZK-rollup giúp tăng tốc các giao dịch trên Ethereum.
- Scroll: Scroll giới thiệu các phương pháp tính toán Zero-Knowledge Proof để tăng khả năng chịu tải của blockchain Ethereum, tránh việc các giao dịch cạnh tranh với nhau. Scroll cũng có một hạ tầng zkEVM (Ethereum Virtual Machine dựa trên ZK), giúp thực hiện các hợp đồng thông minh trên Ethereum một cách ẩn danh.
- Starknet: StarkWare là một lớp 2 trên Ethereum dựa trên nghiên cứu của Eli Ben-Sasson. Nó triển khai các giao dịch hàng loạt ra khỏi Ethereum mainnet, xử lý chúng bằng ZK-STARK và trả lại kết quả. StarkWare cũng sử dụng ngôn ngữ lập trình Cairo để xây dựng hợp đồng thông minh trên Starknet.
- zkSync: zkSync là một giải pháp lớp 2 giúp tăng cường hiệu suất của Ethereum thông qua ZK-rollup. Nó xử lý giao dịch bên ngoài mainnet Ethereum bằng Zero-Knowledge Proof để tối ưu hóa tốc độ. Đội ngũ Matter Labs đã thành lập và quản lý zkSync vào năm 2020, với tốc độ giao dịch xấp xỉ 3000 giao dịch mỗi giây.
- Aztech: Aztech sử dụng hệ thống PLONK để đảm bảo tính riêng tư của blockchain riêng tư được đưa vào blockchain công cộng. Aztech tập trung vào ba nguyên tắc – quyền riêng tư, tính sẵn sàng và tuân thủ. Họ cũng sử dụng ngôn ngữ hợp đồng thông minh ZK-compliant của riêng họ được gọi là Noir.
- Zcash: Zcash là một trong những dự án DeFi đầu tiên sử dụng ZK để cung cấp tính riêng tư hoàn toàn trong giao dịch. Mặc dù đã xảy ra vấn đề bảo mật nghiêm trọng vào năm 2016, Zcash vẫn duy trì tính riêng tư đối với các địa chỉ giao dịch trên nền tảng của họ.
- Mina: Khác với Starknet, một lớp 2, Mina là một blockchain hoàn chỉnh sử dụng công nghệ Zero-Knowledge Proof. Họ tự hào về việc là một blockchain siêu nhẹ với kích thước cố định là 22 KB. Thiết kế đơn giản của Mina giúp người dùng có thể kiểm tra trạng thái hiện tại của nó một cách dễ dàng, thậm chí trên điện thoại thông minh.
- Loopring: Loopring là một trong những nền tảng DeFi phổ biến sử dụng Zero-Knowledge để hỗ trợ giao dịch và thanh toán nhanh chóng với phí giao dịch thấp.
Các ứng dụng của Zero-Knowledge Proof
Zero-Knowledge Proof đã đem lại nhiều cải tiến cụ thể, bao gồm:
- Bảo quản bí mật thương mại: Zero-Knowledge Proof có thể giúp bảo vệ thông tin công nghiệp nhạy cảm mà không cần tiết lộ nó.
- Thanh toán ẩn danh: Địa chỉ ví trên blockchain có thể bị theo dõi, đe dọa quyền riêng tư của họ. Zero-Knowledge Proof giúp che dấu danh tính của người tham gia giao dịch.
- Bảo vệ dữ liệu cá nhân: Quyền riêng tư dữ liệu cá nhân quan trọng. Zero-Knowledge Proof giúp người dùng tránh phải tiết lộ thông tin nhạy cảm. Ví dụ, người dùng có thể chứng minh bằng Zero-Knowledge rằng họ có giấy phép lái xe mà không cần phải hiển thị giấy phép thực sự, chứa thông tin như tuổi, nghề nghiệp và địa chỉ.
- Bảo mật quyền biểu quyết: Zero-Knowledge Proof có thể được sử dụng để bảo vệ tính toàn vẹn của cuộc bỏ phiếu mà không cần phải tiết lộ lựa chọn cụ thể của mỗi người.
- Bảo mật hợp đồng thông minh: Hợp đồng thông minh trên blockchain có thể chứng minh rằng họ hoạt động một cách đúng đắn mà không cần phải tiết lộ chi tiết cụ thể về các giao dịch bên trong.
Lời kết
Zero-Knowledge Proof đã mang lại nhiều cải tiến đối với quyền riêng tư và bảo mật trong thế giới blockchain và công nghệ mật mã. Chúng giúp bảo vệ thông tin riêng tư, che dấu danh tính, đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu, và thực hiện các ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Tuy có nhược điểm và thách thức, nhưng tiềm năng của Zero-Knowledge Proof trong việc cải thiện tính riêng tư và bảo mật là rất lớn.
Trả lời