الإثباتات ذات المعرفة الصفرية (Zero-Knowledge Proofs) هي تقنية تشفير تتيح لطرف أن يُثبت لطرف آخر أن معلومة معينة صحيحة دون الكشف عن أي تفاصيل أخرى سوى حقيقة أنها صحيحة. هذه التقنية هي الأساس الذي تقوم عليه خصوصية البلوكشين، وحلول التوسع المعروفة باسم “الرولبسات”، وعدد متزايد من أنظمة التحقق من الهوية.
التفسير التقليدي لهذه التقنية يستخدم تشبيه الكهف الدائري. فشخص يدعى “علي بابا” يعرف الكلمة السرية لفتح باب داخل كهف دائري، ويمكنه أن يُثبت أنه يعرفها بالدخول من جهة والخروج من الجهة الأخرى عند الطلب، دون أن ينطق بالكلمة أبداً. وبعد عدة محاولات ناجحة، يصبح الطرف المتحقق متأكداً إحصائياً أن “علي بابا” يعرف السر. هذا التشبيه صحيح لكنه ناقص، لأن الإثباتات ذات المعرفة الصفرية في الواقع لا تتعلق بالكهوف، بل بتشفير كثيرات الحدود وخصائص رياضية تسمح بتشفير عملية حسابية كاملة والتحقق منها دون كشف قيمها الأصلية.
الخصائص الثلاث الأساسية
يجب أن يحقق أي إثبات ذو معرفة صفرية ثلاث خصائص رياضية: الاكتمال وهو أن المُثبِت إذا كان صادقاً سيتم قبول إثباته دائماً، والمتانة وهي أن المُثبِت المخادع لا يمكنه خداع المُتحقق إلا باحتمال ضئيل جداً، والمعرفة الصفرية وهي أن المُتحقق لا يتعلم شيئاً سوى أن المعلومة صحيحة. هذه الخصائص الثلاث تجعل التقنية قوية وفعالة في تطبيقات متنوعة.
zk-SNARKs: الإثباتات الصغيرة والإعداد الموثوق
اختصار zk-SNARK يعني “إثبات معرفة صفرية موجز غير تفاعلي”. كلمة “موجز” هي الفارق الجوهري هنا، فالإثبات صغير جداً، حوالي بضع مئات من البايتات فقط، ويمكن التحقق منه في أجزاء من الثانية مهما كانت العملية الحسابية معقدة. لكن ثمن هذا الحجم الصغير هو “الإعداد الموثوق”، حيث تتطلب معظم هذه التقنية مراسم أولية لتوليد مفاتيح تشفير خاصة. في حال تم تدمير الأرقام العشوائية المستخدمة في التوليد بشكل غير صحيح، يمكن لأي شخص يحتفظ بها إنشاء إثباتات مزيفة. مع ذلك، فإن المراسم الحديثة تستخدم أطرافاً متعددة لضمان الأمان طالما أن مشاركاً واحداً على الأقل قام بتدمير مساهمته بأمانة.
zk-STARKs: بدون إعداد موثوق وإثباتات أكبر
أما zk-STARK فيعني “إثبات معرفة صفري قابل للتوسع وشفاف”. تُستخدم هذه التقنية بدون أي إعداد موثوق، حيث تُولد المفاتيح من عشوائية عامة قابلة للتحقق. لكن المقابل هو حجم الإثبات الأكبر، والذي يتراوح بين عشرات ومئات الكيلوبايتات. شركة StarkWare كانت من أبرز الداعين لهذه التقنية، بحجة أنها أكثر أماناً على المدى الطويل لأنها تعتمد على دوال التجزئة بدلاً من المنحنيات الإهليلجية، مما يوفر مقاومة أفضل ضد الحواسيب الكمية في المستقبل.
رولبسات ZK: تطبيق التوسع الرئيسي
التطبيق العملي الأهم اليوم هو ما يعرف بـ “رولبسات ZK” وهي حلول توسع لتقنية الإيثيريوم. الرولبسات تنفذ المعاملات خارج الشبكة الرئيسية، ثم تجمعها وتنتج إثباتاً واحداً يؤكد صحتها جميعاً، وتضعه على الشبكة الرئيسية. هذا النظام يسمح بمعالجة آلاف المعاملات بتكلفة تحقق واحد فقط، مما يخفض رسوم الغاز بنسبة 90 بالمئة أو أكثر. المشاريع الأبرز في هذا المجال تشمل zkSync وScroll وPolygon zkEVM وLinea وTaiko، وكل مشروع يستخدم نظام إثبات مختلف ويوازن بين التوافق مع الإيثيريوم وسرعة الإثبات واللامركزية.
تطبيقات الخصوصية خارج نطاق الرولبسات
تم تطوير الإثباتات ذات المعرفة الصفرية أصلاً للخصوصية وليس للتوسع. عملة Zcash كانت أول منصة تستخدم هذه التقنية لمعاملات خاصة بالكامل، حيث يتم إخفاء المرسل والمستقبل والمبلغ مع ضمان عدم إنشاء عملات جديدة أو إنفاق مزدوج. هذا المفهوم يمتد أيضاً لأنظمة التحقق من الهوية، حيث يمكن لأي شخص إثبات أنه أكبر من 18 سنة دون كشف تاريخ ميلاده، أو إثبات أنه يحمل شهادة معينة دون كشف الجهة المانحة لها. مشاريع مثل Worldcoin وPolygon ID بدأت بتبني هذه الأنظمة، لكنها تواجه تحديات تنظيمية، حيث تعتبر الخصوصية الكاملة مصدر قلق للجهات الرقابية في مجالات مكافحة غسل الأموال.
حدود هذه التقنية
من المهم فهم أن الإثباتات ذات المعرفة الصفرية تضمن فقط السلامة الحسابية، أي أن عملية حسابية محددة تم تنفيذها بشكل صحيح. لكنها لا تضمن صحة المدخلات، أو أن القواعد نفسها صحيحة، فخلل برمجي في عقود الرولبسات أو في دوائر الإثبات يمكن أن ينتج إثباتات صحيحة لتحولات غير صحيحة. كما أن هذه التقنية لا تلغي الحاجة لتوفر البيانات، فالمستخدمون يحتاجون للوصول لبيانات المعاملات لإعادة بناء الحالة والتحقق من أموالهم. وتوليد الإثباتات يتطلب أجهزة قوية جداً بأكثر من مئات الجيجابايتات من الذاكرة، مما يخلق قوة مركزية طبيعية في من يستطيع تشغيل المُثبِتين.
أسئلة شائعة
ما هو الإثبات ذو المعرفة الصفرية بكلمات بسيطة؟
ببساطة، هو طريقة لإثبات أنك تعرف شيئاً ما دون الكشف عنه. في سلسلة الكتل، يسمح لجهاز كمبيوتر بإثبات أن مجموعة معاملات صحيحة دون إظهار تفاصيلها، وهذا يوفر الخصوصية وسرعة المعالجة.
ما الفرق بين zk-SNARK وzk-STARK؟
zk-SNARK ينتج إثباتات صغيرة جداً تتحقق بسرعة لكنه يحتاج إعداداً موثوقاً مسبقاً. أما zk-STARK فينتج إثباتات أكبر ولا يحتاج إعداداً موثوقاً ويعتبر أكثر مقاومة للهجمات الكمية، وكلاهما يؤدي نفس الهدف النهائي.
كيف تقلل رولبسات ZK رسوم الإيثيريوم؟
تنفذ هذه الرولبسات المعاملات خارج الشبكة وتجمعها ثم تنتج إثباتاً واحداً يؤكد صحتها جميعاً، وتضعه على الشبكة الرئيسية. التحقق من إثبات واحد أرخص بكثير من تنفيذ آلاف المعاملات، مما يخفض الرسوم بنسبة تتجاوز 90 بالمئة.
