Zero-Knowledge-Beweise

Ein Zero-Knowledge-Proof, manchmal auch als ZK-Protokoll bezeichnet, ist eine Verifikationsmethode, die zwischen einem Prover und einem Verifier stattfindet. In einem Zero-Knowledge-Proof-System kann der Beweiser dem Verifizierer beweisen, dass er das Wissen über eine bestimmte Information hat (z. B. die Lösung einer mathematischen Gleichung), ohne die Information selbst preiszugeben. Diese Beweissysteme können von modernen Kryptographen verwendet werden, um ein höheres Maß an Datenschutz und Sicherheit zu bieten.

Das Konzept eines Zero-Knowledge-Proofs wurde erstmals 1985 in einem MIT-Papier beschrieben, das von Shafi Goldwasser und Silvio Micali veröffentlicht wurde. Sie zeigten, dass es möglich ist, einige Eigenschaften einer Zahl zu beweisen, ohne die Zahl oder zusätzliche Informationen darüber preiszugeben. In diesem Artikel wurde auch die mathematisch signifikante Erkenntnis eingeführt, dass Interaktionen zwischen einem Beweiser und einem Verifizierer die Menge an Informationen reduzieren könnten, die zum Beweis eines gegebenen Theorems erforderlich sind.

Ein ZK-Proof muss zwei grundlegende Anforderungen erfüllen, die als Vollständigkeit und Korrektheit bekannt sind. Vollständigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit des Beweisführers, die Kenntnis der relevanten Informationen mit einem hohen Grad wahrscheinlicher Genauigkeit nachzuweisen. Damit der Beweis stichhaltig ist, muss der Verifizierer zuverlässig feststellen können, ob der Beweiser tatsächlich im Besitz der Informationen ist oder nicht. Schließlich muss der Beweis, um wirklich Zero-Knowledge zu sein, sowohl Vollständigkeit als auch Solidität erreichen, ohne dass die fraglichen Informationen jemals zwischen dem Beweiser und dem Verifizierer ausgetauscht werden.

Zero-Knowledge-Proofs werden hauptsächlich für Anwendungen verwendet, bei denen Datenschutz und Sicherheit unerlässlich sind. Authentifizierungssysteme können beispielsweise ZK-Proofs verwenden, um Anmeldeinformationen oder Identitäten zu überprüfen, ohne sie direkt preiszugeben. Als einfaches Beispiel kann es verwendet werden, um zu verifizieren, dass eine Person ein Passwort für ein Computersystem hat, ohne dass das Passwort offengelegt werden muss.

Ein prominenter realer Anwendungsfall von Zero-Knowledge-Beweisen ist in der Welt der Kryptowährung und der Blockchain-Technologie zu finden. Mithilfe einer Art von Beweis, der als Zero-Knowledge Succinct Non-interactive Argument of Knowledge (zk-SNARK) bekannt ist, können auf den Datenschutz ausgerichtete Kryptowährungen wie Zcash ihren Benutzern Blockchain-Transaktionen mit einem erhöhten Maß an Privatsphäre anbieten. Ethereum arbeitet seit seinem Byzantium-Update im Jahr 2017 auch mit zk-SNARK-Proofs.