Preuves à Zéro Connaissance : Améliorer la Confidentialité de la Blockchain

Dans le monde d’aujourd’hui, on a souvent l’impression que chaque geste que vous faites est sous surveillance—que ce soit votre banque qui suit vos achats, le GPS de votre smartphone qui surveille votre position, ou votre fournisseur d'accès Internet qui observe vos activités en ligne. C’est une réalité qui peut sembler semblable à une émission de télé-réalité sans fin, sans le glamour et les paillettes.

Mais que se passerait-il si vous pouviez récupérer une partie de votre vie privée, notamment en ce qui concerne vos transactions financières ? Voici les preuves à divulgation nulle de connaissance (ZKP), des outils cryptographiques innovants conçus pour améliorer la confidentialité à l’ère numérique. Les ZKP vous permettent de vérifier la légitimité d'une transaction sans révéler de détails sensibles—comme qui a effectué le paiement, le montant, ou le lieu de la transaction.

Essentiellement, les ZKP offrent un moyen d’affirmer : « Tout est en ordre », sans exposer aucune information sous-jacente. Vous vous demandez comment ce protocole à la pointe de la technologie peut transformer votre confidentialité financière ? Explorons comment les ZKP proposent une solution convaincante qui semble être un saut dans le futur—mais qui est bel et bien ancrée dans la réalité.

Qu'est-ce que les preuves à divulgation nulle de connaissance ?

Explorons le concept des preuves à divulgation nulle de connaissance (ZKP) de manière simple.

Une preuve à divulgation nulle de connaissance (ZKP) est une technique cryptographique qui permet à une partie, appelée le prouveur, de démontrer à une autre partie, le vérificateur, qu'une déclaration particulière est vraie sans divulguer d'informations supplémentaires au-delà de la validité de cette déclaration. Cela signifie que le vérificateur peut être assuré de la véracité de la déclaration sans accéder à des détails concernant les données sous-jacentes ou la méthode utilisée pour créer la preuve.

Par exemple, considérons un scénario où vous effectuez un achat chez un détaillant comme Walmart. En utilisant un ZKP, vous pouvez confirmer à Walmart que vous avez des fonds suffisants pour compléter la transaction sans révéler le solde exact de votre compte. Le ZKP valide simplement que vous possédez suffisamment de fonds pour effectuer l'achat, garantissant ainsi la confidentialité tout en fournissant la vérification nécessaire. Cette capacité positionne les ZKP comme un outil puissant pour renforcer la sécurité et la confidentialité des transactions numériques.

Plusieurs plateformes de blockchain exploitent désormais les preuves à divulgation nulle de connaissance (ZKP) pour améliorer la confidentialité de leurs applications. Par exemple, Zcash utilise des ZKP pour protéger les données de transaction de l'examen public, tandis que zkSync est une solution de mise à l'échelle de niveau 2 pour Ethereum qui utilise des ZKP pour offrir à la fois confidentialité et scalabilité. De plus, Aztec Protocol sert de plateforme préservant la vie privée qui permet des transactions et des contrats intelligents confidentiels grâce aux ZKP. Et ce ne sont là que quelques exemples dans un domaine en pleine expansion.

Pour illustrer comment fonctionnent les protocoles basés sur les ZKP en pratique, considérons le scénario d’envoi d’un message privé à un ami via une plateforme de messagerie blockchain. Dans les systèmes de blockchain traditionnels, votre message serait accessible à tous les utilisateurs du réseau, ce qui pose un risque important pour la vie privée. Cependant, avec Aztec, votre message est chiffré et combiné avec d'autres transactions en un seul lot. Un ZKP est alors créé pour vérifier la validité de ce lot sans exposer le contenu des transactions individuelles. Cette preuve est ensuite soumise à la blockchain sous-jacente (comme Ethereum) pour vérification.

Pourquoi choisir les preuves à divulgation nulle de connaissance?

Développées à l'origine dans les années 1980 par des cryptographes renommés tels que Shafi Goldwasser, Silvio Micali et Charles Rackoff, les preuves à divulgation nulle de connaissance ont été conçues pour résoudre un problème crucial : comment démontrer une connaissance (comme avoir des fonds suffisants) sans divulguer d'informations spécifiques. Cela rend les ZKP particulièrement pertinentes dans l'espace blockchain, où la confidentialité est primordiale.

En utilisant l'analogie de Walmart, lorsque vous utilisez la technologie de zéro-knowledge pendant votre expérience de shopping, vous chiffrez effectivement des informations sensibles dans un code sécurisé qui vérifie votre capacité à payer. Le système de Walmart déchiffre ensuite ce code et confirme la transaction sans accéder à votre solde de compte réel ou à votre historique de transactions. C'est comme si quelqu'un vous assurait : « Faites-moi confiance, je peux le couvrir », sans révéler de reçus ni de détails sensibles. En conséquence, vous pouvez finaliser votre achat en toute confidentialité, en vous assurant que personne, à l'exception peut-être de Walmart, ne sait ce que vous avez acheté ni combien vous avez dépensé.

Les preuves à divulgation nulle de connaissance (ZKP) se distinguent par trois propriétés fondamentales qui garantissent leur efficacité :

1. Complétude : Lorsqu'une affirmation est vraie, un prouveur honnête peut réussir à le démontrer à un vérificateur honnête. Par exemple, si vous disposez de fonds suffisants, vous pouvez convaincre Walmart que vous êtes en mesure de couvrir votre achat.
2. Solidité : Si l'affirmation est fausse, aucun prouveur malhonnête ne peut induire en erreur un vérificateur honnête en lui faisant croire qu'elle est vraie, sauf avec une probabilité extrêmement faible. En termes pratiques, si vous n'avez pas suffisamment de fonds, vous ne pouvez pas tromper Walmart en lui faisant croire le contraire, sauf par une chance négligeable de succès.
3. Zéro-Knowledge : Le vérificateur n'obtient aucune information au-delà de l'affirmation que l'affirmation est vraie ; aucun détail supplémentaire sur les données sous-jacentes n'est divulgué. Par conséquent, bien que Walmart puisse confirmer votre capacité à payer, ils n'auront pas accès aux détails concernant votre compte bancaire ou votre historique de transactions.

Ces propriétés renforcent collectivement la sécurité et la confidentialité que les ZKP offrent, les rendant inestimables dans diverses applications commerciales.

Les preuves à divulgation nulle de connaissance (ZKP) représentent une solution de pointe pour renforcer la confidentialité au sein de la technologie blockchain. Leurs applications sont discrètes mais extrêmement efficaces dans des domaines où la sécurité et l'efficacité sont essentielles. Par exemple, si vous devez vérifier votre âge sans divulguer de détails personnels, les ZKP peuvent faciliter cela. De même, dans des scénarios tels que les audits financiers où des informations confidentielles doivent être partagées, les ZKP garantissent que les données sensibles restent protégées tout en fournissant la vérification nécessaire.

Dans la gestion de la chaîne d'approvisionnement, les ZKP peuvent authentifier la légitimité des produits et des fournisseurs sans compromettre des informations propriétaires. Dans le cloud computing, ils aident à confirmer que les calculs sont exacts, minimisant ainsi le besoin de vérifications approfondies. De plus, dans le domaine de la blockchain, les ZKP protègent les transactions en crypto-monnaie, permettant aux contrats intelligents de s'exécuter sans révéler de données sensibles. Si vous n'êtes pas familier avec ces concepts, ne vous inquiétez pas : nous approfondirons bientôt le fonctionnement des ZKP et leurs implications plus larges.

Preuves Interactives et Non-Interactives

Maintenant que vous êtes familiarisé avec les concepts de "déclaration", "vérificateur" et "prover", plongeons dans les éléments essentiels de la technologie Zero-Knowledge. Ces preuves existent sous diverses formes, chacune conçue pour démontrer la vérité tout en préservant la confidentialité. Nous pouvons les classer en deux types principaux : les preuves interactives et non interactives. Pour faciliter la compréhension, utilisons une analogie culinaire.

Preuves Interactives :
Dans un scénario de preuve interactive, vous inviteriez un ami à venir assister à la cuisson d'une tarte. Il goûterait la pâte, la garniture et le produit final pour vérifier son authenticité. Ce processus reflète le rôle d'un vérificateur qui observe l'ensemble du processus de création de la preuve.

Preuves Non Interactives :
À l'inverse, dans un scénario de preuve non interactive, vous cuire la tarte et offririez simplement à votre ami une part à goûter. Il peut vérifier la saveur et les ingrédients sans avoir besoin de voir le processus de cuisson. Cela illustre comment un vérificateur évalue une preuve pré-générée de manière indépendante.

En termes de Blockchain :

• Preuve Interactive : Implique des échanges aller-retour entre le prover et le vérificateur, similaire à votre ami qui vous regarde cuire.
• Preuve Non Interactive : Consiste en une seule preuve pré-générée qui peut être vérifiée sans interaction, semblable à offrir une part de tarte à votre ami.

Un exemple notable de preuve interactive dans la blockchain est TrueBit, un protocole qui facilite le calcul hors chaîne pour les contrats intelligents Ethereum. Il utilise un jeu de vérification interactif pour garantir l'exactitude des calculs hors chaîne. Le prover soumet le résultat d'un calcul, et n'importe qui peut le contester par le biais du processus de vérification interactive. Cela implique un dialogue détaillé sur les étapes du calcul, déterminant finalement si le résultat est accepté ou rejeté sur la chaîne.

Cependant, le principal inconvénient des preuves interactives est la nécessité que les deux parties soient en ligne simultanément, ce qui peut être inefficace. C'est là que les Preuves Non Interactives entrent en jeu.

En 1988, Manuel Blum, Paul Feldman et Silvio Micali ont introduit les premières Preuves Zero-Knowledge Non Interactives, où le prover et le vérificateur partagent une chaîne de référence commune (CRS). Voici comment cela fonctionne : vous (le prover) et votre ami (le vérificateur) convenez d'une recette partagée (la CRS). Vous cuisez la tarte (générez la preuve) selon cette recette, et votre ami la goûte (vérifie la preuve). Si la saveur correspond à la recette, il peut confirmer que vous avez suivi le bon processus.

Dans le domaine de la blockchain, les deux parties génèrent une valeur publique connue d'elles comme la CRS, tandis que le prover crée un objet cryptographique (preuve) que le vérificateur peut comparer à la CRS.

Des exemples de protocoles basés sur des Preuves Non Interactives incluent les zk-SNARKs et les zk-STARKs, que nous explorerons davantage dans la section suivante.

Types de preuves non interactives à connaissance nulle : ZK-SNARKs et ZK-STARKs

Alors que les preuves interactives nécessitent des échanges en temps réel, les preuves non interactives simplifient le processus avec une seule preuve bien construite. Cette efficacité est particulièrement bénéfique dans les scénarios où une interaction continue n'est pas nécessaire. Les ZK-SNARKs et les ZK-STARKs élèvent les preuves non interactives pour renforcer encore plus la confidentialité dans les applications blockchain. Voici comment ils fonctionnent :

ZK-SNARKs

Les ZK-SNARKs, ou arguments succincts non interactifs à connaissance nulle, peuvent sembler complexes, mais ils représentent une forme avancée de preuve non interactive. Si vous utilisez un protocole ZK-SNARK, vous pouvez vous attendre à ce qu'il remplisse cinq propriétés clés :

1. Zéro connaissance : Le vérificateur peut établir la vérité d'une affirmation sans recevoir d'informations supplémentaires. Seule la validité de l'affirmation est révélée, sans détails supplémentaires nécessaires.
2. Succinct : La preuve est compacte et peut être vérifiée plus rapidement que l'information secrète sous-jacente. Pensez-y comme à un résumé concis qui transmet des informations essentielles sans avoir besoin de lire l'intégralité de la source.
3. Non interactif : Contrairement aux preuves interactives qui impliquent plusieurs échanges, les ZK-SNARKs nécessitent seulement une interaction entre le prouveur et le vérificateur, ce qui améliore l'efficacité.
4. Argument : La preuve est solide et sécurisée, rendant presque impossible pour un prouveur peu fiable de tromper le vérificateur. Si l'affirmation est fausse, un prouveur frauduleux ne peut pas convaincre le vérificateur du contraire avec succès.
5. De connaissance : Le prouveur doit posséder l'information secrète (souvent appelée témoin) pour créer une preuve valide. Sans cette connaissance, il est impossible de générer une preuve légitime.

Considérez l'analogie de la cuisson d'une tarte à recette secrète. Vous voulez maintenir son unicité et empêcher les autres de la reproduire. Si quelqu'un pouvait facilement reproduire la tarte, elle perdrait son caractère distinctif. De même, dans le domaine de la blockchain, les ZK-SNARKs garantissent que les transactions malveillantes sont difficiles à dupliquer, protégeant ainsi l'intégrité et la sécurité du réseau.

Pour maintenir l'unicité et la sécurité de la "recette", un groupe sélectionné de "cuisiniers" collabore pour créer l'ingrédient secret de la recette, connu dans la terminologie blockchain sous le nom de Chaîne de Référence Commune (CRS). Une fois la CRS établie, ils "détruisent" la recette pour prévenir tout usage abusif potentiel. Cependant, ce processus repose sur la confiance que tous les participants élimineront effectivement leur part du secret. Mais que se passe-t-il si l'un d'eux ne le fait pas ? C'est ici qu'entrent en jeu les ZK-STARKs (Arguments de Connaissance Zéro-Knowledge Scalables et Transparents).

ZK-STARKs

Alors que les ZK-SNARKs ont apporté des avancées significatives aux preuves à divulgation nulle de connaissance grâce à leur compacité et leur efficacité, ils ont également posé des défis, notamment la nécessité d'une configuration de confiance et des limitations en termes de scalabilité avec des ensembles de données plus importants. Les ZK-STARKs répondent à ces préoccupations, représentant une évolution significative comparable à la transition d'un téléphone basique à un smartphone sophistiqué, éliminant les configurations risquées et améliorant les capacités de gestion des données, les rendant plus puissants, sécurisés et conviviaux.

Il est important de noter que les ZK-STARKs ne nécessitent pas de phase de configuration de confiance impliquant la génération et le maintien de nombres ou paramètres aléatoires secrets. Cette innovation réduit le risque de falsification ou de compromission associé aux procédures de configuration confidentielles. Voici un aperçu des caractéristiques clés des ZK-STARKs :

• Zero-Knowledge : Comme pour les ZK-SNARKs, les ZK-STARKs permettent au vérificateur de confirmer la véracité d'une affirmation sans obtenir d'informations supplémentaires. La preuve indique simplement si l'affirmation est vraie ou fausse, sans divulguer d'autres détails.
• Scalable : Conçus pour gérer efficacement de grands ensembles de données, les ZK-STARKs garantissent que la preuve reste concise et rapide à vérifier, même avec l'augmentation de la complexité des données—semblable à résumer une bibliothèque entière sur une seule page.
• Transparent : Contrairement aux ZK-SNARKs, qui dépendent d'une configuration de confiance, les ZK-STARKs fonctionnent sans paramètres secrets. Leur transparence inhérente signifie que la sécurité du système ne dépend pas d'informations cachées ou sensibles.
• Argument : La preuve est exceptionnellement robuste et fiable. Si l'affirmation est fausse, il devient pratiquement impossible pour un prouveur malhonnête de convaincre le vérificateur du contraire.
• Of Knowledge : Comme pour les ZK-SNARKs, le prouveur doit posséder l'information secrète (ou témoin) pour générer une preuve valide. Sans cette connaissance, produire une preuve légitime est impossible.

Pour illustrer ce concept, imaginez que nous souhaitons démontrer notre capacité à cuire un gâteau parfaitement sans révéler l'ingrédient secret. Dans le cadre des ZK-STARKs, la "recette" est de notoriété publique, ce qui signifie que tout le monde connaît les étapes à suivre. Cependant, seul le "cuisinier" connaît l'ingrédient secret, appelé le témoin. Lorsque le cuisinier suit correctement la recette et cuit le gâteau, il prouve efficacement sa connaissance de l'ingrédient secret—sans jamais révéler ce que c'est.

Cela fait des ZK-STARKs un outil inestimable pour améliorer la confidentialité et la sécurité dans diverses applications blockchain, garantissant que les informations sensibles restent protégées tout en permettant la vérification de vérités essentielles.

Les ZK-STARKs offrent de la transparence en éliminant la nécessité d'une configuration de confiance, ce qui en fait une option plus sécurisée dans certaines applications. Contrairement aux ZK-SNARKs, qui reposent sur une phase initiale secrète (trusted setup), les ZK-STARKs se concentrent uniquement sur la preuve elle-même, permettant une vérification publique sans éléments cachés. Cela en fait un excellent choix pour améliorer à la fois la confidentialité et l'évolutivité dans les systèmes blockchain, en fonction des besoins du projet.

Exemples de Protocoles de Preuves à Connaissance Nulle

ZCash : Cryptomonnaie Axée sur la Confidentialité Utilisant les zk-SNARKs

• Aperçu : ZCash est une cryptomonnaie conçue pour garantir la confidentialité des transactions, en utilisant les zk-SNARKs pour offrir des transferts entièrement privés.
• Fonctionnement : Les zk-SNARKs permettent aux utilisateurs de ZCash de vérifier la propriété des fonds et d'exécuter des transactions sans divulguer le montant ou les détails de l'expéditeur/récepteur, garantissant ainsi la confidentialité.
• Capitalisation Boursière (Août 2024) : 1,3 milliard de dollars
• Prix du Token : 50,00 $
• Importance : ZCash est crucial pour les utilisateurs qui recherchent la confidentialité financière dans l'espace blockchain.

Railgun : Confidentialité Layer 2 pour Ethereum

• Aperçu : Railgun propose des solutions de confidentialité pour les transactions Ethereum et les activités DeFi, en s'appuyant sur les zk-SNARKs pour la confidentialité.
• Fonctionnement : Les zk-SNARKs de Railgun permettent des opérations de contrats intelligents privées, permettant aux utilisateurs de trader, de prêter ou de stacker sans révéler les détails de leurs transactions personnelles.
• Capitalisation Boursière (Août 2024) : 150 millions de dollars
• Prix du Token : 1,20 $
• Importance : Railgun améliore la confidentialité sur les plateformes DeFi basées sur Ethereum, comblant ainsi une lacune importante dans l'écosystème.

Tornado Cash : Confidentialité Décentralisée pour les Transactions Ethereum

• Aperçu : Tornado Cash est une solution de confidentialité décentralisée qui mélange les transactions Ethereum pour en obscurcir l'origine.
• Fonctionnement : Les utilisateurs déposent des Ethereum dans Tornado Cash, qui utilise les zk-SNARKs pour rompre le lien transactionnel entre l'expéditeur et le récepteur.
• TVL (Août 2024) : 400 millions de dollars
• Importance : Tornado Cash est précieux pour les utilisateurs cherchant à garantir l'anonymat dans leurs transactions Ethereum, en assurant la confidentialité sur une blockchain publique.

Aztec Network : Confidentialité sur la Layer 2 d'Ethereum

• Aperçu : Aztec Network fournit des solutions axées sur la confidentialité pour Ethereum, en utilisant les zk-SNARKs pour crypter les transactions et les contrats intelligents.
• Fonctionnement : Aztec permet aux utilisateurs d'interagir de manière privée avec des applications DeFi en utilisant les zk-SNARKs pour protéger les données transactionnelles.
• Capitalisation Boursière (Août 2024) : 80 millions de dollars
• Prix du Token : 2,50 $
• Importance : Aztec améliore la confidentialité des transactions DeFi sur Ethereum, protégeant les données financières sensibles.

zkSync : Solution de Scalabilité Layer 2 pour Ethereum avec zk-Rollups

• Aperçu : zkSync améliore l'évolutivité d'Ethereum en regroupant les transactions dans des zk-rollups, augmentant ainsi le débit et réduisant les frais.
• Fonctionnement : zkSync regroupe les transactions en une seule preuve, vérifiée sur le mainnet Ethereum, préservant la sécurité tout en améliorant l'évolutivité.
• TVL (Août 2024) : 1,2 milliard de dollars
• Importance : zkSync répond aux problèmes d'évolutivité d'Ethereum, le rendant plus efficace pour les développeurs et les utilisateurs.

Tendances Futures des Preuves à Connaissance Nulle (ZKPs)

Les ZKPs évoluent rapidement, avec les zk-SNARKs et zk-STARKs déjà en train de transformer la confidentialité et l'évolutivité dans la blockchain. Cependant, les chercheurs travaillent activement pour améliorer l'efficacité informatique de ces technologies, dans le but de les rendre plus rapides et plus légères. À mesure que la technologie blockchain continue de mûrir, on s'attend à ce que les ZKPs s'intègrent à l'intelligence artificielle (IA) et à l'Internet des objets (IoT), permettant un apprentissage automatique préservant la vie privée et une communication sécurisée entre les appareils IoT. Ces avancées profiteront non seulement à la blockchain, mais pourraient également révolutionner d'autres secteurs, de la santé aux systèmes de vote sécurisés.

L'un des plus grands défis sera de trouver un équilibre entre la confidentialité et les exigences réglementaires. Avec des réglementations telles que la lutte contre le blanchiment d'argent (AML) et le financement du terrorisme (CTF), il sera essentiel de trouver une manière d'utiliser les ZKPs de manière responsable et légale.

Conclusion

Les preuves à connaissance nulle (ZKPs) révolutionnent la confidentialité numérique, la sécurité et l'évolutivité dans divers secteurs. Avec les avancées des zk-SNARKs et zk-STARKs, les technologies de protection de la vie privée deviennent plus efficaces, transparentes et sécurisées. Qu'il s'agisse de transactions blockchain privées ou d'applications futures dans l'IA et l'IoT, les ZKPs offrent des possibilités de transformation. À mesure que nous progressons, le défi sera de concilier innovation et conformité réglementaire, en veillant à ce que ces puissants outils cryptographiques soient utilisés de manière éthique et efficace.

En surveillant les évolutions des ZKPs, les entreprises et les développeurs peuvent tirer parti de cette technologie en pleine expansion pour construire des systèmes plus privés, sécurisés et scalables pour l'avenir.