Comprendre le Zero-Knowledge Proof et ses applications concrètes

Imaginez que vous jouiez à “Où est Charlie ?”. Dans ce jeu, vous devez trouver un personnage nommé Charlie caché dans une image. Supposons que quelqu’un vous demande de prouver que vous avez trouvé Charlie sans révéler sa position. Comment faire ?

Comment apporter la preuve que vous avez trouvé Charlie sans révéler la position de Charlie ?

Pour cela vous pouvez utiliser une feuille de calque. Placez-la sur l’image et dessinez un point là où Charlie se trouve. Lorsque vous montrez cette feuille aux parties prenantes, ils ne verront que le point, sans l’image originale en arrière-plan. Bravo ! Vous avez apporté la preuve que vous avez trouvé Charlie sans avoir eu besoin de révéler la position de Charlie.

Dans cette analogie, le calque représente la technologie de preuve sans connaissance Zero Knowledge Proof : il offre une façon de valider des informations (comme trouver Charlie) sans exposer les données sensibles (la position exacte de Charlie). Dans le contexte de la Blockchain, au lieu de chercher Charlie, on vérifie des transactions ou des contrats intelligents. La preuve sans connaissance permet de prouver qu’une transaction est valide ou qu’un contrat intelligent a bien été exécuté, sans révéler les détails spécifiques de cette transaction ou de cette exécution.

Pourquoi utiliser le Zero-Knowledge Proof

Avec le développement technologique, les cas d’utilisation des ZKP se multiplient, rendant cette technologie de plus en plus pertinente dans divers domaines, notamment pour la sécurité et la confidentialité des données numériques.

Les preuves sans connaissance ont été décrites pour la première fois dans un article du MIT en 1985 par Shafi Goldwasser et Silvio Micali, intitulé « La Complexité des Connaissances des Systèmes de Preuve Interactive ». Dans cet article, les auteurs démontrent qu’il est possible pour un prouveur de convaincre un vérificateur qu’une déclaration spécifique concernant un point de données est vraie, sans divulguer d’informations supplémentaires sur les données.

En termes de confidentialité, les ZKP offrent une protection significative des données. Ils permettent de valider des transactions ou des informations sans exposer les détails sous-jacents. Cela est extrêmement intéressant dans le domaine des transactions en ligne et des crypto-monnaies. Par exemple, lors d’une transaction financière, les ZKP sont utilisés pour prouver qu’un utilisateur dispose des fonds nécessaires sans divulguer le montant exact de ces fonds.

Dans le contexte de l’évolutivité, les ZKP sont particulièrement utiles pour optimiser les calculs en cryptographie. Ils permettent de prouver qu’un calcul complexe a été réalisé correctement sans avoir besoin de le répéter, économisant ainsi des ressources de calcul précieuses. Cette caractéristique est particulièrement pertinente dans les Blockchain, où les ZKP peuvent alléger la charge du réseau en vérifiant les transactions de manière plus efficiente.

Quelles applications réelles pour les ZKP

Les ZKP sont des outils efficaces et polyvalents qui garantissent la confidentialité et renforcent la sécurité, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications dans des secteurs variés comme la finance, l’immobilier ou le vote électronique.

Vérification de l’Identité Numérique

Les ZKP peuvent authentifier l’identité des utilisateurs dans des systèmes comme le vote numérique, garantissant leur anonymat tout en confirmant leur éligibilité à voter.

Préserver la Confidentialité

Certaines applications décentralisées sur la Blockchain, utilisent les ZKP pour des transactions anonymes. Ainsi l’identité de l’utilisateur et les détails de la transaction restent secrets.

Transactions Protégées

Zcash (avec sa technologie ZK-SNARK), utilise les ZKP pour masquer les informations de l’expéditeur et du destinataire, ainsi que les montants des transactions sur la Blockchain publique. Cela offre une confidentialité accrue, essentielle dans un contexte où la transparence des Blockchain peut parfois être un inconvénient.

Tokenisation d’actifs réels et Vérification de la Propriété

La tokenisation d’actifs, comme l’immobilier, peut être facilitée par les ZKP pour vérifier la propriété sans divulguer d’autres informations. Cette technologie ouvre la voie à un marché numérique sécurisé et privé pour la négociation d’actifs divers.

Quelles sont les technologies basées sur les ZKP

Zk-Rollups

Les Zk-Rollups offrent une solution innovante pour améliorer l’évolutivité et la performance des réseaux Blockchain.

Les Zk-Rollups sont particulièrement utiles dans les applications DeFi, où l’évolutivité et la réduction des coûts sont importantes. Ils sont également pertinents pour les applications nécessitant des transactions rapides et sécurisées, comme les paiements, les échanges décentralisés (DEX), et les systèmes de vote numérique.

Un Zk-Rollup est une technique de regroupement (ou “roll-up”) de plusieurs transactions en une seule preuve, utilisant le concept de Zero-Knowledge Proofs (ZKP). Essentiellement, au lieu de valider chaque transaction individuellement sur la Blockchain, un Zk-Rollup les regroupe et génère une preuve unique attestant de leur validité. Cette preuve, une fois vérifiée et approuvée, est ensuite enregistrée sur la Blockchain.

En regroupant plusieurs transactions en une seule preuve, les Zk-Rollups réduisent considérablement la charge sur la Blockchain. Cela se traduit par une augmentation de la capacité de traitement des transactions, rendant la Blockchain plus évolutive. Comme moins de données sont stockées sur la Blockchain principale, les frais associés aux transactions sont significativement réduits. Cela rend les opérations plus économiques pour les utilisateurs. Avec moins de transactions à valider individuellement, le temps nécessaire pour confirmer les transactions diminue, ce qui accélère le processus global. Cette technologie est compatible avec diverses Blockchains, facilitant l’interopérabilité entre différentes chaînes et systèmes.

ZK-SNARK

Zcash est l’une des premières applications à mettre en œuvre zk-SNARK, une technologie qui révolutionne la manière dont les données sont partagées sur un réseau Blockchain. Contrairement à d’autres cryptomonnaies comme Monero, qui utilisent des techniques telles que les signatures en anneau pour masquer l’expéditeur et le destinataire des transactions, zk-SNARK propose une approche radicalement différente. La confidentialité dans Zcash est rendue possible en cryptant les transactions tout en permettant leur vérification à l’aide de preuves sans divulgation. Cela signifie que les personnes chargées d’appliquer les règles du réseau n’ont pas besoin de connaître les détails des transactions, préservant ainsi la vie privée des utilisateurs.

Les preuves à divulgation nulle de connaissance permettent à une personne de prouver à une autre qu’une déclaration est vraie sans révéler d’autres informations que la validité de cette déclaration. Les parties impliquées, le prouveur et le vérificateur, conservent secrètement une information appelée témoin. L’objectif principal de ces preuves est de minimiser la quantité de données échangées entre les deux parties. En d’autres termes, elles permettent de prouver la possession de certaines connaissances sans révéler ces connaissances elles-mêmes.

Dans l’acronyme SNARK, “succinct” signifie que ces preuves sont de petite taille et peuvent être rapidement vérifiées. “Non interactif” signifie qu’il y a peu ou pas d’interaction entre le prouveur et le vérificateur. Contrairement aux anciens protocoles à connaissance nulle qui nécessitaient des échanges bidirectionnels, les protocoles zk-SNARK sont considérés comme “non interactifs”, car une seule preuve est généralement nécessaire.

Les preuves zk-SNARK actuelles dépendent d’une configuration de confiance initiale entre le prouveur et le vérificateur, nécessitant un ensemble de paramètres publics pour construire des preuves et effectuer des transactions privées. Cependant, cela pose un défi potentiel de centralisation car ces paramètres sont souvent générés par un petit groupe restreint.

La phase de configuration initiale, appelée “cérémonie de génération des paramètres” dans Zcash, est cruciale pour éviter les faux. Si quelqu’un avait accès au caractère aléatoire utilisé pour générer les paramètres, il pourrait créer de fausses preuves. C’est pourquoi il est essentiel de maintenir la confidentialité de cette phase.

En résumé, zk-SNARK permet des transactions Blockchain hautement confidentielles et économes en données, tout en ouvrant la voie à des applications innovantes en matière de confidentialité et de mise à l’échelle.

Zk-STARK

Les zk-STARK, développées par Eli Ben-Sasson, professeur à l’Institut de technologie Technion-Israël, représentent une évolution notable par rapport aux zk-SNARK. Elles sont souvent perçues comme une version améliorée, offrant des avantages en termes de rapidité et de coût de mise en œuvre. Une caractéristique distincte des zk-STARK est leur indépendance vis-à-vis d’une configuration de confiance initiale, d’où le “T” pour “Transparent” dans leur nom.

Techniquement, les zk-STARK se basent sur une cryptographie plus directe, utilisant des fonctions de hachage résistantes aux collisions. Cette méthode simplifie les exigences, évitant les hypothèses complexes de la théorie des nombres associées aux zk-SNARK.

En résumé, bien que les zk-STARK présentent un cadre cryptographique simplifié, elles génèrent des preuves de taille plus importante que les zk-SNARK. Cette augmentation de la taille des preuves peut influencer leur utilité selon le contexte d’application. Cependant, avec l’évolution continue de cette technologie, il est possible que ces défis soient progressivement surmontés.

Conclusion :

Le Zero-Knowledge Proof (ZKP) occupe une place cruciale dans la recherche en cryptographie, offrant des perspectives d’amélioration significatives en termes de scalabilité et de sécurité des systèmes cryptographiques. Il reste encore beaucoup de travail à accomplir pour concrétiser pleinement le potentiel des ZKP, mais les progrès réalisés jusqu’à présent sont prometteurs. Il est fort probable que les preuves à divulgation nulle de connaissance auront un impact considérable sur les technologies de l’information dans les années à venir.