Zero knowledge Proof คืออะไร มีประโยชน์อย่างไร ?

Zero Knowledge Proof เป็นวิธีการพิสูจน์เกี่ยวกับข้อมูลชิ้นหนึ่ง โดยที่ไม่ต้องเปิดเผยตัวข้อมูลเอง ซึ่งในบทความนี้จะพูดถึงว่า Zero knowledge proof  คืออะไร ทำงานอย่างไร และเหตุใดเราจึงต้องการสิ่งเหล่านี้ใน Web3

ในยุคดิจิทัลที่ข้อมูลเป็นสินทรัพย์ที่มีค่า การรักษาความเป็นส่วนตัวและความปลอดภัยของข้อมูลนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง แม้ว่าเราจะต้องการแบ่งปัน , พิสูจน์ , หรือยืนยันข้อมูลบางอย่างกับบุคคลอื่น แต่เราอาจไม่ต้องการเปิดเผยข้อมูลนั้นทั้งหมด นี่คือสถานการณ์ที่ทำให้แนวคิด Zero-knowledge Proof ก้าวเข้ามามีบทบาทสำคัญ

ความหมายของ Zero knowledge Proof

นักวิจัย Shafi Goldwasser, Silvio Micali และ Charles Rackoff เป็นผู้นำเสนอแนวคิดนี้เป็นครั้งแรกในช่วงต้นทศวรรษ 1980 โดยแนวคิดนี้เริ่มต้นมาจากคำถามง่ายๆ ว่า "เราจะทำอย่างไรให้คนอื่นเชื่อว่าเรารู้บางสิ่งบางอย่างโดยไม่ต้องบอกสิ่งนั้นด้วย? 

‍

สิ่งนี้ทำให้เป้าหมายหลักของ Zero Knowledge Proofs ก็คือการโน้มน้าวผู้ตรวจสอบว่าการยืนยันข้อมูลบางอย่างนั้นเป็นความจริง โดยไม่ต้องการเปิดเผยข้อมูลใดๆ นอกเหนือจากความจริงของข้อมูล

สิ่งที่ทำให้ Zero knowledge Proofs แตกต่างจากการพิสูจน์ทั่วไปคือ มันไม่เปิดเผยข้อมูลที่เป็นความลับให้กับผู้ตรวจสอบ (Verifier) โดยผู้พิสูจน์ (Prover )จะทำการแสดงหลักฐานโดยใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน แทนการเปิดเผยข้อมูลลับนั้นโดยตรง และหากผู้ตรวจสอบยอมรับหลักฐานที่นำเสนอ ก็จะเชื่อว่าผู้พิสูจน์รู้ข้อมูลลับนั้นจริงโดยไม่รู้ข้อมูลลับนั้น นี่คือสาระสำคัญของ Zero-knowledge

Zero Knowledge Proofs ที่ดีควรเป็นไปตามเกณฑ์ 3 ประการต่อไปนี้:

‍

• ความครบถ้วนสมบูรณ์ : หากข้อความเป็นจริง ผู้ตรวจสอบก็สามารถมั่นใจว่าผู้พิสูจน์มีความรู้เกี่ยวกับข้อมูลที่ถูกต้อง
• ความถูกต้อง : หากข้อความเป็นเท็จ ผู้พิสูจน์ก็ไม่สามารถโน้มน้าวผู้ตรวจสอบให้เชื่อข้อความอันเป็นเท็จได้
• Zero knowledge: โปรโตคอลจะไม่รั่วไหลข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับความลับที่นอกเหนือไปจากความจริงของข้อความที่ได้รับการพิสูจน์

‍

Zero Knowledge Proofs ใช้อัลกอริธึมเพื่อประมวลผลข้อมูลที่ป้อนเข้าและยืนยันความจริง โดยปัจจุบันมีโปรเจ็กต์อย่าง StarkNet บน Ethereum, Polygon Zero, ZkSync และอีกมากมายที่กำลังใช้โปรโตคอลนี้ในฟังก์ชันการทำงานของพวกเขา เพื่อรับประกันความปลอดภัยว่าข้อมูลจะได้รับการตรวจสอบความถูกต้อง และให้ผู้ใช้ได้รับข้อมูลที่ไว้ใจได้จากเครือข่ายที่น่าเชื่อถือ

Zero Knowledge Proofs ทำงานอย่างไร

Zero Knowledge Proofs ทำงานโดยอาศัยหลักการทางคณิตศาสตร์และทฤษฎีความน่าจะเป็น โดยมีขั้นตอนการทำงานหลัก ๆ ดังนี้

1. การเตรียมการ : ก่อนเริ่มกระบวนการ Zero-Knowledge Proof ผู้พิสูจน์และผู้ตรวจสอบจะต้องตกลงกันในข้อมูลสาธารณะบางอย่าง เช่น ข้อความที่ใช้สำหรับการพิสูจน์ และแนวทางการคำนวณที่จะใช้
2. การโต้ตอบ  : หัวใจสำคัญของ Zero-Knowledge Proof คือการโต้ตอบระหว่างผู้พิสูจน์และผู้ตรวจสอบ โดยมีลักษณะดังนี้:

• ผู้พิสูจน์จะสร้างค่าบางอย่างโดยใช้ข้อมูลลับของตน แล้วส่งค่านั้นไปยังผู้ตรวจสอบ
• ผู้ตรวจสอบจะตรวจสอบค่าที่ได้รับด้วยวิธีการคำนวณที่ซับซ้อน และส่งผลการตรวจสอบกลับไปยังผู้พิสูจน์
• หากผลการตรวจสอบถูกต้อง ผู้พิสูจน์จะดำเนินการคำนวณอื่นๆ ต่อในรอบถัดไป
• กระบวนการนี้จะดำเนินไปหลายรอบ เพื่อเพิ่มโอกาสในการตรวจจับหากผู้พิสูจน์กำลังพยายามหลอกลวง

3. การประมวลผลสุดท้าย หลังจากการโต้ตอบแล้ว ผู้ตรวจสอบจะประเมินผลการคำนวณทั้งหมดตามขั้นตอนที่กำหนด หากผ่านเกณฑ์ที่ตั้งไว้ ผู้ตรวจสอบก็จะเชื่อว่าผู้พิสูจน์รู้ข้อมูลลับนั้นจริง โดยไม่ต้องทราบว่าข้อมูลลับคืออะไร

จากหลักทำงานที่กล่าวไว้ข้างต้น ทำให้ Zero Knowledge Proofs เป็นอีกวิธีการที่ปลอดภัยสำหรับการพิสูจน์ข้อมูลโดยไม่ต้องเปิดเผยข้อมูลลับ และผู้ตรวจสอบก็สามารถเชื่อได้ว่าผู้พิสูจน์รู้ข้อมูลลับนั้นจริงโดยไม่รู้ข้อมูลลับนั้น

ความสำคัญของ Zero Knowledge Proof

Zero Knowledge Proofs มีความสำคัญอย่างยิ่งด้วยเหตุผลหลัก ๆ ดังนี้

1. การรักษาความเป็นส่วนตัวของข้อมูล : ในการทำธุรกรรมบนบล็อคเชน  Zero-Knowledge Proofs ช่วยให้สามารถพิสูจน์หรือยืนยันข้อมูลบางอย่างได้โดยไม่ต้องเปิดเผยข้อมูลส่วนตัว ช่วยรักษาความเป็นส่วนตัวและป้องกันการละเมิดข้อมูลส่วนบุคคล
2. การเพิ่มความปลอดภัยในการทำธุรกรรม : คุณสามารถพิสูจน์ว่าคุณรู้ข้อมูลลับบางอย่าง เช่น รหัสผ่าน โดยไม่ต้องเปิดเผยข้อมูลลับนั้น ทำให้ช่วยเพิ่มความปลอดภัยในการทำธุรกรรมและป้องกันการถูกขโมยข้อมูล
3. การตรวจสอบโดยไม่เปิดเผยข้อมูล : Zero-Knowledge Proofs ถูกนำมาใช้ในการตรวจสอบข้อมูลบางอย่างโดยไม่ต้องเปิดเผยข้อมูลนั้น เช่น ตรวจสอบว่าผู้ให้บริการคลาวด์จัดเก็บข้อมูลของคุณอย่างถูกต้อง โดยไม่ต้องเปิดเผยเนื้อหาข้อมูลนั้น
4. บล็อกเชนและระบบกระจายอำนาจ : สิ่งนี้เป็นส่วนประกอบสำคัญของเทคโนโลยีบล็อกเชนและระบบกระจายอำนาจ เพราะช่วยให้สามารถตรวจสอบและยืนยันข้อมูลได้โดยไม่ต้องเปิดเผย ช่วยส่งเสริมความโปร่งใสและความปลอดภัย
5. การประหยัดทรัพยากร : ในบางกรณี Zero-Knowledge Proofs ช่วยลดการใช้ทรัพยากรคอมพิวเตอร์ให้น้อยลง เช่น ในการประมวลผลข้อมูลบนบล็อกเชน แทนที่จะต้องตรวจสอบข้อมูลทั้งหมด เราก็สามารถใช้เทคนิคนี้เพื่อให้การตรวจสอบมีประสิทธิภาพมากขึ้น
6. การสร้างสรรค์นวัตกรรมใหม่ๆ : เนื่องจากช่วยแก้ปัญหาเรื่องความเป็นส่วนตัวและความปลอดภัย ทำให้มันเป็นพื้นฐานสำคัญที่นำไปสู่การพัฒนานวัตกรรมและแอปพลิเคชันใหม่ๆ ในโลกดิจิทัล

ประเภทของ Zero Knowledge Proof

Zero Knowledge Proofs  มี 2 ประเภท คือ : interactive และ non-interactive

• interactive : จำเป็นต้องมีการสื่อสารไปมาระหว่างสองฝ่ายเพื่อให้แน่ใจในความถูกต้อง  โดยทั้งผู้พิสูจน์และผู้ตรวจสอบจะมีการสื่อสารกันโดยแลกเปลี่ยนข้อความเพื่อพิสูจน์ความถูกต้อง
  
  อย่างไรก็ตามวิธีนี้มีข้อเสียหลักประการหนึ่งก็คือต้องการความไว้วางใจในระดับสูงระหว่างผู้พิสูจน์และผู้ตรวจสอบ หากฝ่ายใดฝ่ายหนึ่งถูกบุกรุก ความปลอดภัยของหลักฐานก็อาจถูกบุกรุกได้ด้วยเช่นกัน นอกจากนี้วิธีนี้ยังอาจใช้เวลานานและต้องใช้ทรัพยากรการคำนวณจำนวนมาก
• non-interactive :  ทั้งสองฝ่ายจะมีส่วนร่วมในการสื่อสารเพียงรอบเดียวเท่านั้น โดยผู้พิสูจน์จะแบ่งปันข้อมูลด้วยอัลกอริธึมที่คำนวณ zero-knowledge proof  จากนั้นผู้ตรวจสอบจะได้รับหลักฐานและใช้อัลกอริธึมอื่นเพื่อยืนยันความรู้ของผู้พิสูจน์
  
  หนึ่งใน non-interactive ZKP ที่พบบ่อยที่สุดคือ SNARK ซึ่งย่อมาจาก Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge โดย SNARK ใช้อัลกอริธึมทางคณิตศาสตร์ขั้นสูงเพื่อสร้างหลักฐานที่ผู้ตรวจสอบสามารถตรวจสอบได้โดยไม่ต้องโต้ตอบใด ๆ ซึ่งโดยทั่วไปการพิสูจน์จะเป็นการนำเสนอข้อมูลที่สั้นและมีการบีบอัดสูงซึ่งผู้พิสูจน์ต้องการพิสูจน์ และผู้ตรวจสอบสามารถใช้การนำเสนอนี้เพื่อยืนยันว่าการพิสูจน์นั้นถูกต้อง
  
  ข้อได้เปรียบหลักของ non-interactive ZKP คือมีประสิทธิภาพและปรับขนาดได้มากกว่า interactive ZKP มาก เนื่องจากไม่มีการโต้ตอบระหว่างผู้พิสูจน์และผู้ตรวจสอบ จึงสามารถตรวจสอบได้รวดเร็วยิ่งขึ้นและใช้ทรัพยากรในการคำนวณน้อยลง

ความเสี่ยงของ Zero Knowledge Proof

ถึงแม้ Zero Knowledge Proofs จะเป็นเทคโนโลยีที่มีประโยชน์มากในการรักษาความเป็นส่วนตัวและความปลอดภัย แต่ก็มีความเสี่ยงและข้อจำกัดบางประการที่ควรพิจารณา ดังนี้

1. ความซับซ้อนและการคำนวณสูง : กระบวนการนี้มีความซับซ้อนทางคณิตศาสตร์และการคำนวณสูง จำเป็นต้องใช้ทรัพยากรคอมพิวเตอร์เยอะ  จึงอาจทำให้เกิดความล่าช้าหรือไม่เหมาะสำหรับการประมวลผลแบบเรียลไทม์
2. ความซับซ้อนในการออกแบบ : การออกแบบระบบ Zero-Knowledge Proof ที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยเป็นเรื่องซับซ้อน จำเป็นต้องมีความเชี่ยวชาญทางคณิตศาสตร์  ทำให้การออกแบบที่ผิดพลาดอาจนำไปสู่ช่องโหว่ด้านความปลอดภัย
3. ผู้ไม่หวังดี : Zero-Knowledge Proofs อาศัยสมมติฐานทางคณิตศาสตร์และความปลอดภัยทางคอมพิวเตอร์ หากผู้ร้ายมีอำนาจคอมพิวเตอร์มากพอ อาจสามารถหลีกเลี่ยงการตรวจสอบได้ในอนาคต
4. การยอมรับและการนำไปใช้งานจริง : ถึงแม้ Zero-Knowledge Proofs จะได้รับการยอมรับ แต่ยังคงมีข้อกังวลในการนำไปใช้งานจริงในภาคธุรกิจ เนื่องจากความซับซ้อนและผลกระทบด้านประสิทธิภาพ
5. วิวัฒนาการของข้อกำหนดด้านความเป็นส่วนตัว : ข้อกำหนดและกฎระเบียบเกี่ยวกับความเป็นส่วนตัวของข้อมูลอาจมีการเปลี่ยนแปลงในอนาคต ทำให้ Zero-Knowledge Proofs อาจต้องมีการปรับเปลี่ยนเพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนด

ตัวอย่างการใช้งาน Zero Knowledge Proof  

มีการใช้งาน Zero Knowledge Proofs มากมาย รวมถึง layer-2 rollups ที่ช่วยทั้งในการปรับขนาดได้และปลอดภัย  ยกตัวอย่างเช่น 

‍

Starknet 

‍

โซลูชัน ZK-Rollup แบบกระจายอำนาจที่สร้างขึ้นบนเครือข่าย L2 ของ Ethereum โดยช่วยทำให้ปริมาณงานสูงขึ้นและลดต้นทุนการทำธุรกรรม

‍

zkSync

‍

โปรโตคอล Layer-2 ที่ใช้ SNARK ซึ่งใช้เทคโนโลยี zero knowledge เพื่อช่วยปรับขนาด Ethereum โดย zkSync ใช้ ZK-Rollups และใช้ SNARK เพื่อรับรองความถูกต้องของธุรกรรม ซึ่งเทคโนโลยีนี้ช่วยให้สามารถตรวจสอบธุรกรรมนอกเครือข่ายเป็นชุด ๆ บน Ethereum ได้เพื่อให้มั่นใจถึงการพิสูจน์ความถูกต้อง

ด้วยการใช้ zkEVM ทำให้ zkSync ยังคงเข้ากันได้กับ Ethereum พร้อมกับเสนอการตรวจสอบธุรกรรมจากภายนอก ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการตรวจสอบโหนดแต่ละโหนด นอกจากนี้ zkSync ยังช่วยให้สามารถสร้างเครือข่าย Rollup ที่เรียกว่า Hyperchain ซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการปรับขนาดและการทำงานร่วมกันได้

‍

Zcash

‍

Zcash เป็นแนวหน้าของคริปโตที่เน้นในเรื่องความเป็นส่วนตัว ได้มีการนำ zk-SNARK มาใช้เพื่อเพิ่มความมั่นใจในการตรวจสอบ โดยมีการเปลี่ยนมาใช้ระบบ Halo 2 zero-knowledge proofs ในระหว่างการอัพเกรดเมื่อวันที่ 31 พฤษภาคม 2022

Loopring

‍
Loopring เป็นโปรโตคอล rollup ที่ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี SNARK บน Ethereum โดยได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มความสามารถในการปรับขนาดและความปลอดภัย โดยสามารถประมวลผลการซื้อขายได้มากกว่า 2,000 รายการต่อวินาที 

Polygon zkEVM

‍

Polygon เป็นหนึ่งในบล็อกเชน Ethereum เลเยอร์ 2 ที่โดดเด่นที่สุดโดยใช้  zero-knowledge SNARK ในสถาปัตยกรรม และเป็น zero-knowledge rollup ที่ช่วยปรับขนาด Ethereum เพื่อให้ธุรกรรมเร็วขึ้นและถูกลง

‍

Polygon zkEVM มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพ TPS และลดต้นทุน โดยตัวชี้วัดหลัก ได้แก่ ค่าธรรมเนียม gas เฉลี่ยต่อธุรกรรมที่ 0.000778 ETH

‍
Scroll 

‍

Scroll คือ Rollup L2 ที่ใช้ SNARK พร้อมด้วยโครงสร้างพื้นฐาน zkEVM แบบเนทีฟ โดยมีเวลาบล็อกโดยเฉลี่ยคือ 75 วินาที และมีธุรกรรมกว่า 38.65 ล้านรายการได้รับการประมวลผลที่ 1.18 TPS และมีราคา gas เฉลี่ย L2 อยู่ที่ 0.000001 ดอลลาร์

‍

Scroll ผ่านการ audits หลายครั้งโดย Trail of Bits, OpenZeppelin, Zellic และ KALOS ซึ่งการตรวจสอบเหล่านี้ครอบคลุมในแง่มุมต่าง ๆ ของโครงการ รวมถึง zkEVM , การใช้งานโหนด , และสัญญาบริดจ์และการยกเลิก โดยกระบวนการตรวจสอบที่เข้มงวดนี้ทำให้มั่นใจในความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของโปรโตคอล Scroll

‍

นอกจากนี้ Zero Knowledge Proofs ยังมีการประยุกต์ใช้งานในด้านอื่น ๆ  ตั้งแต่ด้านการเงิน ,ความปลอดภัยบนอินเทอร์เน็ต , รวมถึงการรักษาความปลอดภัยของระบบคลาวด์ ซึ่งพูดได้ว่า Zero-Knowledge Proofs มีการนำไปประยุกต์ใช้งานที่หลากหลายในสถานการณ์ต่าง ๆ ที่ต้องการรักษาความเป็นส่วนตัวและความปลอดภัยของข้อมูล ซึ่งเป็นสิ่งที่มีความสำคัญมากขึ้นในโลกดิจิทัลปัจจุบัน

‍

สรุป

‍

สรุปได้ว่า Zero Knowledge Proofs เป็นแนวคิดทางคณิตศาสตร์และเทคโนโลยีที่น่าทึ่งซึ่งช่วยรักษาความเป็นส่วนตัวและความปลอดภัยในการสื่อสารและทำธุรกรรมบนโลกดิจิทัล โดยมีประโยชน์หลักก็คือการรักษาความเป็นส่วนตัวของข้อมูลในการทำธุรกรรมต่างๆ  

อย่างไรก็ตาม Zero Knowledge Proofs ก็มีความเสี่ยงและข้อจำกัดบางประการตามที่ได้ไปในบทความ แต่โดยรวมแล้ว Zero-Knowledge Proofs ก็ถือเป็นก้าวสำคัญในการสร้างสมดุลระหว่างความโปร่งใสและความปลอดภัย และยังเป็นพื้นฐานที่จะนำไปสู่การสร้างสรรค์นวัตกรรมใหม่ ๆ ที่คำนึงถึงความเป็นส่วนตัวของผู้ใช้มากขึ้นในอนาคต

‍