إثبات المعرفة

ما إثبات المعرفة في عالم العملات المشفرة؟

إثبات المعرفة هو برهان تشفيري يقنع فيه المُثبِت المُتحقِّق بأنه يعرف سراً أو شاهداً محدداً، من دون أن يكشف هذا السر بالضرورة.في عالم العملات المشفرة، يُناقش إثبات المعرفة غالباً في سياق براهين المعرفة الصفرية وzk-SNARKs وzk-STARKs وأنظمة الهوية والمعاملات الخاصة وتصميمات إثبات الاحتياطيات والحوسبة القابلة للتحقق.يختلف إثبات المعرفة عن البرهان العادي الذي يثبت صحة عبارة ما فحسب.فهو يثبت تحديداً أن المُثبِت يمتلك معرفة بمعلومات مخفية تجعل العبارة صحيحة.

يوضح مشروع NIST لبراهين المعرفة الصفرية أن من المفيد غالباً الإشارة إلى برهان معرفة صفري المعرفة عندما تُثبت عبارة ما عبر إظهار معرفة معلومات سرية، تُسمى أيضاً شاهداً، تتوافق مع معطى عام.

ببساطة، يجيب إثبات المعرفة عن السؤال: «هل يمكنك أن تثبت أنك تعرف السر من دون أن تكشفه لي؟»تكتسب هذه الفكرة أهمية كبيرة في العملات المشفرة، لأن البلوكشين يحتاج إلى التحقق، بينما يحتاج المستخدمون والتطبيقات غالباً إلى الخصوصية.قد تحتاج محفظة أو بروتوكول أو مستخدم إلى إثبات معرفة مفتاح خاص أو بيانات اعتماد أو كلمة مرور أو قيمة فتح أو مسار Merkle أو سر معاملة أو شاهد حوسبي.يتيح إثبات المعرفة ذلك من دون كشف البيانات الحساسة مباشرةً.يشكل هذا المفهوم أحد المكونات الأساسية لأنظمة العملات المشفرة الحديثة التي تحافظ على الخصوصية وتركز على قابلية التوسع.

آلية عمل إثبات المعرفة

يتضمن نظام إثبات المعرفة عادةً مُثبِتاً ومُتحقِّقاً وعبارةً وشاهداً.المُثبِت هو الطرف الذي يدّعي معرفة المعلومات السرية.والمُتحقِّق هو الطرف أو العقد الذكي الذي يتحقق من البرهان.أما العبارة فهي الادعاء العام المراد إثباته.والشاهد هو المعلومات الخاصة التي تجعل العبارة صحيحة.على سبيل المثال، قد تكون العبارة العامة أن لتجزئة معينة قيمة سابقة صالحة.ويكون الشاهد هو القيمة السرية التي تنتج تلك التجزئة.ينشئ المُثبِت برهاناً باستخدام الشاهد والعبارة العامة.يفحص المُتحقِّق البرهان ويقبله إذا كان صالحاً.إذا كان نظام البرهان مصمماً جيداً، يقتنع المُتحقِّق بأن المُثبِت يعرف الشاهد من دون أن يتعلمه هو نفسه.

إثبات المعرفة مقابل برهان المعرفة الصفرية

يرتبط إثبات المعرفة ببرهان المعرفة الصفرية ارتباطاً وثيقاً، لكنهما ليسا مصطلحين متطابقين.يركز برهان المعرفة الصفرية على الخصوصية.فهو يتيح للمُثبِت إقناع المُتحقِّق بصحة عبارة ما، من دون كشف معلومات إضافية تتجاوز إثبات صحتها.

توضح وثائق براهين المعرفة الصفرية على Ethereum أن برهان المعرفة الصفرية يتيح لشخص إثبات صحة عبارة من دون مشاركة محتواها أو كشف الطريقة التي اكتُشفت بها صحتها.

أما إثبات المعرفة، فيركز على امتلاك الشاهد.فهو يثبت أن المُثبِت يعرف معلومات خاصة تستوفي شروط العبارة العامة.يمكن أن يكون البرهان إثباتاً للمعرفة من دون أن يكون صفري المعرفة بالكامل إذا سرّب معلومات غير ضرورية.وقد يكون البرهان صفري المعرفة مع إثبات معرفة شاهد في الوقت نفسه.عند تحقق الخاصيتين معاً، يُسمى الناتج عادةً برهان معرفة صفري المعرفة.هذه هي الفكرة التي تقوم عليها كثير من أنظمة zk-SNARK المستخدمة في العملات المشفرة.

إثبات المعرفة مقابل إثبات العمل

ينبغي عدم الخلط بين إثبات المعرفة وإثبات العمل.إثبات العمل آلية إجماع ينفق فيها المعدّنون موارد حاسوبية لتأمين البلوكشين.أما إثبات المعرفة، فهو مفهوم في البراهين التشفيرية يُظهر فيه المُثبِت معرفته بشاهد.يسأل إثبات العمل: «هل استهلكت قدراً كافياً من الحوسبة لإنشاء هذه الكتلة الصالحة؟»ويسأل إثبات المعرفة: «هل تعرف المعلومات السرية التي تجعل هذه العبارة صحيحة؟»قد يستخدم المفهومان التشفير، لكنهما يعالجان مشكلتين مختلفتين.يركز إثبات العمل أساساً على الإجماع ومقاومة هجمات سيبيل.بينما يركز إثبات المعرفة أساساً على المعرفة القابلة للتحقق والخصوصية والمصادقة والصحة.يمكن للبلوكشين استخدام إثبات العمل للإجماع، مع استخدام إثبات المعرفة في التطبيقات المبنية عليه.فعلى سبيل المثال، قد تدعم سلسلة PoW براهين المعرفة الصفرية في أدوات الخصوصية أو أنظمة الإثبات.

إثبات المعرفة مقابل إثبات الحصة

يختلف إثبات المعرفة أيضاً عن إثبات الحصة.إثبات الحصة آلية إجماع يقفل فيها المدققون التوكنات كضمان للمساعدة في تأمين البلوكشين.لا يتطلب إثبات المعرفة تخزين التوكنات بحد ذاته.بل يتطلب إثبات معرفة شاهد صالح.يركز إثبات الحصة على الجهات التي يمكنها المساعدة في اقتراح الكتل أو تأكيدها.أما إثبات المعرفة، فيركز على ما يستطيع المُثبِت إظهاره من دون كشف البيانات الخاصة.يمكن لبلوكشين يعمل بإثبات الحصة استخدام إثبات المعرفة ضمن تطبيقاته أو شبكات Rollup أو الجسور أو أنظمة الهوية.على سبيل المثال، قد يتحقق عقد ذكي على سلسلة PoS من برهان zk-SNARK يقدمه مستخدم أو Rollup.يؤمّن مدققو السلسلة السجل الأساسي، بينما يتحقق إثبات المعرفة من ادعاء خاص أو عملية حسابية محددة.يمكن لهذه الطبقات أن تعمل معاً، لكن ينبغي عدم الخلط بينها.

دور الشاهد

الشاهد هو المعلومات السرية التي يعرفها المُثبِت.في إثبات المعرفة، يُعد الشاهد مفتاح النظام بأكمله.تُصمم العبارة العامة بحيث لا يمكن إنشاء برهان صالح إلا إذا كان المُثبِت يعرف شاهداً مناسباً.قد يكون الشاهد، مثلاً، مفتاحاً خاصاً أو كلمة مرور أو رقماً عشوائياً أو مسار إثبات Merkle أو سراً لملاحظة أو قيمة بيانات اعتماد أو تفصيلاً مخفياً لمعاملة.لا ينبغي أن يحتاج المُتحقِّق إلى رؤية الشاهد مباشرةً.يكفي أن يعرف المُتحقِّق أن لدى المُثبِت شاهداً صالحاً يستوفي القواعد.تكتسب هذه الخاصية أهميتها لأن كثيراً من أنظمة العملات المشفرة تتطلب إثبات الصلاحية أو الأهلية من دون كشف بيانات حساسة.قد يحتاج المستخدم إلى إثبات عضويته في مجموعة من دون كشف هويته كعضو فيها.وقد تحتاج المحفظة إلى إثبات التحكم بسر من دون كشف المفتاح السري.وقد يحتاج البروتوكول إلى إثبات صحة معاملة خاصة من دون نشر جميع تفاصيلها.

المُثبِت والمُتحقِّق

يعتمد نظام إثبات المعرفة على مُثبِت ومُتحقِّق.ينشئ المُثبِت البرهان.ويتحقق المُتحقِّق من البرهان.عادةً ما يجري المُثبِت عمليات حسابية أكثر من المُتحقِّق.هذا التفاوت مفيد في العملات المشفرة، إذ يمكن لطرف تنفيذ عملية إنشاء برهان مكلفة خارج السلسلة، بينما تتحقق أطراف كثيرة من النتيجة بتكلفة منخفضة.في نظام العقود الذكية، قد يكون المُتحقِّق عقداً على السلسلة يفحص البرهان قبل السماح بإجراء ما.وفي Rollup، قد يتحقق المُتحقِّق من برهان يثبت معالجة مجموعة من المعاملات على نحو صحيح.وفي نظام هوية، قد يتحقق من امتلاك المستخدم لبيانات اعتماد من دون معرفة تفاصيلها كلها.لا يحتاج المُتحقِّق إلى الوثوق بالمُثبِت شخصياً.بل يحتاج فقط إلى الوثوق بسلامة نظام البرهان وصحة منطق المُتحقِّق.

سلامة البرهان في إثبات المعرفة

تعني سلامة البرهان أن المُثبِت غير النزيه لا ينبغي أن يتمكن من إنشاء برهان صالح من دون معرفة الشاهد فعلياً.هذه الخاصية أساسية، لأن نظام البرهان الضعيف قد يسمح بادعاءات زائفة.على سبيل المثال، إذا استطاع مستخدم إثبات معرفة مفتاح خاص من دون معرفته، فسيصبح النظام عديم الفائدة.وإذا استطاع مُثبِت Rollup إثبات صحة انتقال حالة من دون معرفة بيانات معاملة صالحة، فستصبح الشبكة غير آمنة.تعتمد سلامة البرهان عادةً على افتراضات رياضية وتصميم نظام البرهان والتنفيذ الآمن والبناء الصحيح للدائرة.لا يكون البرهان صحيحاً رياضياً إلا بالنسبة إلى العبارة المحددة التي ترمز إليها الدائرة أو البرنامج.إذا كتب المطورون دائرة غير صحيحة، فقد يثبت البرهان أمراً خاطئاً.لذلك، تكتسب عمليات تدقيق الدوائر أهمية بالغة في أنظمة العملات المشفرة القائمة على المعرفة الصفرية.تحمي سلامة البرهان من البراهين الزائفة، لكن ذلك مشروط بصحة العبارة المراد إثباتها.

اكتمال البرهان في إثبات المعرفة

يعني اكتمال البرهان أن المُثبِت النزيه الذي يعرف الشاهد فعلاً ينبغي أن يتمكن من إنشاء برهان يقبله المُتحقِّق.إذا لم يكن نظام البرهان مكتملاً، فقد يعجز المستخدمون المؤهلون عن إثبات ادعاءات صحيحة.وقد يشكل ذلك مشكلة خطيرة تتعلق بسهولة الاستخدام والأمان.فعلى سبيل المثال، ينبغي أن يتمكن المستخدم الذي يمتلك بيانات اعتماد صالحة من إثبات أهليته.كما ينبغي لمشغل Rollup الذي يملك بيانات معاملة صالحة إنشاء برهان صالح.وينبغي لمالك المحفظة الذي يعرف السر الصحيح إثبات معرفته به.يعتمد اكتمال البرهان على صحة البرامج والمعلمات الصحيحة وتوفر قدرة حسابية كافية وتصميم نظام برهان سليم.في التطبيقات الفعلية للعملات المشفرة، قد يفشل إنشاء البرهان بسبب أخطاء أو قيود الذاكرة أو مدخلات غير صحيحة أو إصدارات غير متوافقة من الدوائر.وهذا يعني أن إثبات المعرفة ليس مفهوماً رياضياً فحسب.إنه أيضاً تحدٍّ هندسي.

خاصية المعرفة الصفرية

تعني خاصية المعرفة الصفرية أن البرهان لا يكشف معلومات غير ضرورية عن الشاهد.تكتسب هذه الخاصية أهمية خاصة عندما يتضمن الشاهد بيانات حساسة.قد يكون إثبات المعرفة مفيداً حتى من دون المعرفة الصفرية، لكن كثيراً من تطبيقات العملات المشفرة تحتاج إلى الخاصيتين معاً.على سبيل المثال، قد يرغب المستخدم في إثبات امتلاكه بيانات اعتماد صالحة من دون كشف هويته كاملةً.وقد يحتاج نظام معاملات خاصة إلى إثبات توازن المدخلات والمخرجات من دون كشف المرسل أو المستلم أو المبلغ.وقد يحتاج نظام إثبات الاحتياطيات إلى إثبات التحكم بالأصول من دون نشر كل عنوان أو رصيد.

يشرح شرح Zcash لبراهين zk-SNARK براهين المعرفة الصفرية بوصفها وسيلةً تمكّن المُثبِت من إثبات عبارة للمُتحقِّق من دون كشف معلومات تتجاوز صحة العبارة نفسها.

في برهان معرفة صفري المعرفة، يعرف المُتحقِّق أن المُثبِت يعرف الشاهد، لكنه لا يعرف الشاهد نفسه.يُعد هذا التوازن بين الإثبات والخصوصية من أهم الأفكار في علم التشفير الحديث.

إثبات المعرفة في zk-SNARKs

يرمز zk-SNARK إلى «حجة معرفة غير تفاعلية وموجزة قائمة على المعرفة الصفرية».يرتبط الجزء الأخير من الاسم، «حجة المعرفة»، مباشرةً بإثبات المعرفة.يتيح zk-SNARK للمُثبِت إنشاء برهان صغير يمكن التحقق منه بسرعة.ويمكنه إثبات أن المُثبِت يعرف شاهداً صالحاً لعبارة ما من دون كشف الشاهد.تصف أبحاث أكاديمية عن Zcash براهين zk-SNARK بأنها حجج معرفة غير تفاعلية قائمة على المعرفة الصفرية، موجزة وسهلة التحقق حسابياً.وهذا ما يجعل zk-SNARKs قيّمة للبلوكشين، لأن التحقق على السلسلة مكلف.يمكن لبرهان قصير يُتحقق منه بتكلفة منخفضة تقليل رسوم الغاز وجعل التطبيقات الخاصة أو القابلة للتوسع عملية.تُستخدم zk-SNARKs في أنظمة الخصوصية وRollups والجسور وتصميمات إثبات الأصول والهوية الخاصة والحوسبة القابلة للتحقق.قد تشمل المفاضلات الرئيسية افتراضات الإعداد الموثوق وتعقيد الدوائر وتكلفة إنشاء البرهان ومخاطر التنفيذ، بحسب نظام SNARK المحدد.إثبات المعرفة أحد الأسباب الأساسية التي تتيح لـ zk-SNARKs إثبات حقائق مفيدة من دون كشف البيانات الخاصة.

إثبات المعرفة في zk-STARKs

تمثل أنظمة zk-STARK عائلة رئيسية أخرى من أنظمة براهين المعرفة الصفرية وبراهين الصلاحية.يمكن للأنظمة القائمة على STARK توفير خصائص إعداد شفافة وميزات قوية لقابلية التوسع.في برهان على نمط STARK، يستطيع المُثبِت إثبات تنفيذ عملية حسابية على نحو صحيح وفق مجموعة من القيود.قد يتضمن الشاهد سجل تنفيذ أو مدخلاً خاصاً أو قيماً وسيطة.يفحص المُتحقِّق البرهان من دون إعادة تنفيذ العملية الحسابية بالكامل.غالباً ما تُناقش STARKs في سياق Rollups والحوسبة القابلة للتحقق وتوسيع نطاق البلوكشين.ومثل أنظمة البراهين الأخرى، تعتمد فائدتها على العبارة والدائرة أو البرنامج المحدد المراد إثباته.يمكن أن يعمل برهان STARK بوصفه إثبات معرفة إذا أثبت أن المُثبِت يعرف شاهداً يستوفي شروط العبارة.تشمل الفروق العملية بين SNARKs وSTARKs حجم البرهان وتكلفة التحقق وتكلفة الإنشاء والافتراضات وأدوات المطورين.لا يحتاج المستخدمون إلى إتقان كل التفاصيل، لكن ينبغي أن يفهموا أن كلتا العائلتين قد تستخدمان أفكار إثبات المعرفة.

براهين المعرفة التفاعلية وغير التفاعلية

قد تكون براهين المعرفة تفاعلية أو غير تفاعلية.في البرهان التفاعلي، يتبادل المُثبِت والمُتحقِّق الرسائل أثناء عملية الإثبات.قد يتحدى المُتحقِّق المُثبِت، فيرد المُثبِت بطريقة تُظهر معرفته.تكتسب البراهين التفاعلية أهمية في النظرية التشفيرية وبعض أنظمة المصادقة.أما في البرهان غير التفاعلي، فينشئ المُثبِت برهاناً واحداً يستطيع المُتحقِّق فحصه من دون تبادل للرسائل.تكون البراهين غير التفاعلية مفيدة خصوصاً للبلوكشين، لأن العقود الذكية لا تستطيع بسهولة إجراء محادثات مباشرة مع مُثبِتين خارج السلسلة.يمكن لمستخدم أو Rollup إنشاء برهان وإرساله إلى السلسلة.ويستطيع عقد المُتحقِّق فحصه ضمن معاملة واحدة.ولهذا تكتسب حجج المعرفة غير التفاعلية أهمية كبيرة في تطبيقات العملات المشفرة.فهي تجعل التحقق من البراهين متوافقاً مع السجلات العامة والعقود الذكية والشبكات غير المتزامنة.

إثبات المعرفة وتحويل Fiat-Shamir

تحويل Fiat-Shamir تقنية قد تحوّل بعض بروتوكولات البراهين التفاعلية إلى براهين غير تفاعلية.فهو يستبدل التحدي العشوائي الذي يقدمه المُتحقِّق بتحدٍ مستمد من دالة تجزئة.تنبع أهميته من حاجة البلوكشين غالباً إلى براهين يمكن إنشاؤها مرة واحدة والتحقق منها لاحقاً من أطراف كثيرة.تناسب البراهين غير التفاعلية بيئات البلوكشين أكثر من المحادثات المباشرة بين المُثبِت والمُتحقِّق.لكن استخدام Fiat-Shamir بأمان يتطلب تصميماً دقيقاً.فدالة التجزئة وبنية سجل الرسائل والفصل بين النطاقات وتفاصيل التنفيذ كلها عوامل مهمة.قد يؤدي تنفيذ التحويل بطريقة ضعيفة إلى تقويض الأمان.ينبغي لمطوري العملات المشفرة استخدام مكتبات براهين معروفة وبروتوكولات خضعت للمراجعة، بدلاً من ابتكار أنظمة براهين مخصصة.الفكرة الأساسية للمستخدمين هي أن البراهين غير التفاعلية تجعل إثبات المعرفة عملياً على السلسلة.فهي تتيح للعقد الذكي التحقق من المعرفة من دون التواصل مراراً مع المُثبِت.

إثبات المعرفة وملكية المحفظة

من الأمثلة البسيطة لإثبات المعرفة في العملات المشفرة إثبات معرفة مفتاح خاص.يمكن للمستخدم توقيع رسالة بمفتاح خاص لإثبات تحكمه بعنوان محفظة.لا يُسمى ذلك دائماً برهان معرفة صفري المعرفة، لكنه برهان عملي على أن المستخدم يعرف مفتاح التوقيع.ولا يكشف المستخدم المفتاح الخاص نفسه.يتحقق الطرف الآخر من التوقيع باستخدام معلومات المفتاح العام.بهذه الطريقة تعمل عادةً عمليات تسجيل الدخول إلى المحافظ وتوقيع الرسائل والتحقق الأساسي من ملكية العنوان.لكن التوقيعات العادية تكشف عادةً العنوان المعني، وقد لا توفر خصوصية أوسع.يمكن لبراهين المعرفة الصفرية توسيع هذه الفكرة عبر إثبات ادعاءات أكثر تحديداً.على سبيل المثال، يمكن للمستخدم إثبات انتمائه إلى مجموعة من المحافظ من دون الكشف عن المحفظة التي تخصه تحديداً.يوضح ذلك الصلة بين إثبات ملكية المفتاح الأساسي وأنظمة إثبات المعرفة المتقدمة.

إثبات المعرفة في المعاملات الخاصة

يمكن لأنظمة المعاملات الخاصة استخدام إثبات المعرفة لإثبات صحة المعاملة من دون كشف تفاصيل حساسة.قد يحتاج المُثبِت إلى إثبات معرفته بالقيمة السرية التي تفتح التزاماً.وقد يحتاج إلى إثبات وجود ورقة إدخال ضمن شجرة التزامات.وقد يحتاج إلى إثبات أن الورقة لم تُنفق من قبل.وقد يحتاج إلى إثبات توازن القيم على نحو صحيح.يفحص المُتحقِّق هذه الادعاءات من دون الاطلاع مباشرةً على الشاهد الخاص.وقد يتيح ذلك للبلوكشين فرض القواعد مع إخفاء تفاصيل محددة للمعاملة.يجب تصميم أنظمة الخصوصية بعناية، إذ قد تستمر البيانات الوصفية في كشف المعلومات.قد لا يحمي برهان المعرفة الصفرية المستخدمين إذا كشفت العناوين أو التوقيت أو بيانات الشبكة أو سلوك التطبيق معلومات أكثر مما ينبغي.يشكل إثبات المعرفة جزءاً أساسياً من تصميم المعاملات الخاصة، لكن الخصوصية تتطلب أيضاً تصميماً تشغيلياً قوياً.

إثبات المعرفة في ZK-Rollups

تستخدم ZK-Rollups براهين الصلاحية لإثبات معالجة دفعات المعاملات خارج السلسلة على نحو صحيح.

توضح وثائق ZK-Rollup على Ethereum أن ZK-Rollups تستخدم براهين الصلاحية لإنهاء دفعات المعاملات على Ethereum.

في كثير من تصميمات Rollup، يجب أن يعرف المُثبِت الشاهد اللازم لإثبات انتقال حالة صالح.قد يتضمن هذا الشاهد بيانات المعاملات والتوقيعات وحالات الحسابات ومسارات Merkle وسجلات التنفيذ والقيم الحسابية الوسيطة.يتيح البرهان للسلسلة الأساسية التحقق من النتيجة من دون إعادة تنفيذ كل معاملة.يساعد إثبات المعرفة في ضمان أن المُثبِت لا يكتفي بادعاء صحة انتقال الحالة.بل يجب عليه إنشاء برهان يستند إلى البيانات والعمليات الحسابية التي تجعل الانتقال صالحاً.تكتسب هذه الخاصية أهميتها في توسيع النطاق، إذ يمكن للسلسلة الأساسية قبول براهين موجزة بدلاً من تنفيذ جميع العمليات الحسابية بنفسها.قد لا يرى المستخدمون البرهان مباشرةً، لكنه يؤثر في أمان Rollup والإنهاء وتوقيت السحب والتكلفة.يدعم إثبات المعرفة في Rollups التحقق الفعال مع تقليل الحاجة إلى الثقة.

إثبات المعرفة في أنظمة الهوية

يمكن لإثبات المعرفة دعم أنظمة الهوية وبيانات الاعتماد التي تحافظ على الخصوصية.قد يرغب المستخدم في إثبات امتلاكه بيانات اعتماد صالحة من دون كشفها بالكامل.على سبيل المثال، يمكن للمستخدم إثبات تجاوزه عمراً محدداً من دون كشف تاريخ ميلاده الدقيق.ويمكنه إثبات عضويته في مجموعة معتمدة من دون الكشف عن هويته كعضو فيها.كما يمكنه إثبات اجتيازه عملية تحقق من دون نشر وثائق شخصية على السلسلة.تعتمد هذه الأنظمة عادةً على الالتزامات وبيانات الاعتماد والتوقيعات وبراهين المعرفة الصفرية.قد يتضمن الشاهد بيانات اعتماد خاصة.وقد تتضمن العبارة العامة قاعدةً تتعلق بالأهلية أو العضوية أو استيفاء حد معين.يمكن لإثبات المعرفة تقليل كمية المعلومات الشخصية التي تكشفها التطبيقات.لكن أنظمة الهوية التي تحافظ على الخصوصية تظل بحاجة إلى حوكمة دقيقة للجهات المصدرة وتصميم إلغاء بيانات الاعتماد وأمان المحافظ وموافقة المستخدم.

إثبات المعرفة في إثبات الاحتياطيات

يمكن استخدام إثبات المعرفة في تصميمات إثبات الاحتياطيات أو إثبات الأصول.قد ترغب مؤسسة أو بروتوكول في إثبات التحكم بالأصول من دون كشف كل مفتاح خاص أو عنوان أو تفصيل تشغيلي.يمكن للبرهان إظهار معرفة المفاتيح الخاصة المقابلة لأموال أو التزامات معينة.وقد تجمع الأنظمة الأكثر تقدماً بين براهين الأصول والالتزامات وأشجار Merkle والالتزامات وأساليب المعرفة الصفرية.الهدف هو تعزيز الشفافية مع الحد من كشف معلومات الخصوصية غير الضرورية.لكن إثبات المعرفة وحده لا يثبت الملاءة المالية.قد يثبت برهان الاحتياطيات التحكم بالأصول، لكن يحتاج المستخدمون أيضاً إلى معلومات عن الالتزامات والمستحقات.قد يثبت النظام سيطرته على بعض المحافظ مع بقائه مديناً بأكثر مما يملكه.لذلك، ينبغي تقييم تصميمات إثبات الاحتياطيات بعناية.قد يدعم إثبات المعرفة عمليات تدقيق أفضل، لكنه لا يشكل تدقيقاً مالياً كاملاً بحد ذاته.

إثبات المعرفة في المصادقة

يمكن استخدام إثبات المعرفة للمصادقة، لأنه يتيح لشخص ما إثبات معرفته بسر من دون كشفه.تعتمد المصادقة التقليدية غالباً على كلمات المرور، لكن قد تُسرق كلمات المرور إذا أُرسلت أو خُزنت بطريقة غير آمنة.يمكن للمصادقة التشفيرية إثبات معرفة مفتاح سري عبر التوقيعات أو بروتوكولات التحدي والاستجابة.يُعد توقيع الرسائل شكلاً شائعاً للمصادقة القائمة على المفاتيح في محافظ العملات المشفرة.يمكن لموقع إلكتروني أن يطلب من محفظة توقيع رسالة، ثم يثبت التوقيع التحكم بالعنوان.وقد تضيف الأنظمة الأكثر تقدماً خصائص المعرفة الصفرية ليثبت المستخدم أهليته من دون كشف هوية عامة ثابتة.وقد يقلل ذلك التتبع ويحسن الخصوصية.لكن على المستخدمين توخي الحذر عند التعامل مع طلبات التوقيع.قد يخدع موقع ضار المستخدمين لتوقيع شيء خطير أو ينتهك الخصوصية.يدعم إثبات المعرفة مصادقة أكثر أماناً فقط عندما تُصمم واجهات المحافظ ومنطق التطبيقات بوضوح.

إثبات المعرفة والالتزامات

غالباً ما تُستخدم الالتزامات مع أنظمة إثبات المعرفة.يتيح الالتزام للمستخدم إخفاء قيمة مع البقاء ملتزماً بها.يمكن للمستخدم لاحقاً فتح الالتزام بكشف القيمة والعشوائية المستخدمتين لإنشائه.في أنظمة المعرفة الصفرية، قد يثبت المُثبِت معرفته ببيانات فتح الالتزام من دون الكشف عنها.يفيد ذلك في الأرصدة الخاصة والعطاءات المختومة والتصويت السري وادعاءات الهوية السرية وملاحظات المعاملات الخاصة.يكون الالتزام عاماً، بينما يظل الشاهد خاصاً.يُظهر البرهان أن المُثبِت يعرف قيماً تتوافق مع الالتزام وقواعد البروتوكول.وهذا يتيح للأنظمة العامة فرض ادعاءات خاصة.غالباً ما تقترن الالتزامات بإثبات المعرفة، لأنها تتيح إبقاء المعلومات المخفية قابلة للتحقق.ومن دون الالتزامات، يصعب ربط الشواهد الخاصة بحالة البلوكشين العامة على نحو آمن.

إثبات المعرفة وأشجار Merkle

أشجار Merkle أداة أخرى شائعة الاستخدام مع إثبات المعرفة.تتيح شجرة Merkle تلخيص بيانات كثيرة بجذر واحد.يمكن لإثبات Merkle إظهار وجود عنصر في الشجرة من دون كشف جميع عناصرها.في أنظمة المعرفة الصفرية، قد يثبت المُثبِت معرفته بمسار Merkle صالح من دون الكشف علناً عن الورقة أو المسار المحدد.يفيد ذلك في إثبات العضوية في مجموعة أو القوائم البيضاء الخاصة أو الملاحظات المحمية أو مجموعات بيانات الاعتماد أو هياكل إثبات الاحتياطيات.قد يكون جذر Merkle هو المدخل العام.وقد يتضمن الشاهد الخاص الورقة والمسار.يُظهر البرهان أن الورقة المخفية تنتمي إلى المجموعة الملتزم بها.وهذا يتيح للتطبيقات التحقق من الإدراج من دون كشف الهوية أو البيانات بالكامل.تزيد أشجار Merkle من فائدة إثبات المعرفة في مجموعات البيانات الكبيرة، لأنها توفر التزامات عامة موجزة لسجلات خاصة كثيرة.

مزايا إثبات المعرفة

الميزة الأولى لإثبات المعرفة هي الخصوصية.يمكن للمُثبِت إثبات معرفته بسر من دون كشفه.الميزة الثانية هي المصادقة.يمكن للمستخدمين إثبات التحكم بالمفاتيح أو بيانات الاعتماد من دون كشف السر الأساسي.الميزة الثالثة هي قابلية التوسع.يمكن لـ Rollups وأنظمة الحوسبة القابلة للتحقق إثبات عمليات حسابية كبيرة عبر براهين موجزة.الميزة الرابعة هي الإفصاح الانتقائي.يمكن للمستخدمين كشف الادعاء المهم وحده بدلاً من كشف بياناتهم الشخصية أو المالية كاملةً.الميزة الخامسة هي تقليل الحاجة إلى الثقة.يستطيع المُتحقِّقون فحص البراهين رياضياً بدلاً من تصديق كلام المُثبِت.الميزة السادسة هي قابلية التركيب.يمكن للعقود الذكية التحقق من البراهين واستخدامها في أنظمة DeFi والهوية والألعاب والحوكمة والجسور.الميزة السابعة هي قابلية التدقيق.يمكن للمؤسسات والبروتوكولات إثبات حقائق معينة من دون نشر كل سجل حساس.

قيود إثبات المعرفة

القيد الأول هو التعقيد.قد يصعب تصميم أنظمة إثبات المعرفة وتدقيقها وشرحها.والقيد الثاني هو تكلفة إنشاء البراهين.قد يتطلب إنشاء البراهين قدرة حاسوبية وذاكرة وبنية تحتية متخصصة.والقيد الثالث هو مخاطر الدوائر.لا يثبت البرهان إلا العبارة المرمزة في الدائرة، لذلك قد تمنح الدائرة السيئة ثقة زائفة.والقيد الرابع هو افتراضات الإعداد.تتطلب بعض أنظمة البراهين مراسم إعداد موثوقة أو معلمات عامة خاصة.والقيد الخامس هو تسرب البيانات الوصفية.قد يخفي برهان المعرفة الصفرية الشاهد، بينما يكشف النشاط المحيط به سلوك المستخدم.والقيد السادس هو أخطاء المُتحقِّق.قد يقبل عقد ذكي للتحقق يتضمن خطأً برمجياً براهين غير صالحة أو يرفض براهين صالحة.والقيد السابع هو سوء فهم المستخدمين.يرى كثير من المستخدمين كلمة «برهان» ويفترضون أن النظام بأكمله آمن، حتى عندما لا يثبت إلا ادعاءً محدوداً.

مخاطر الأمان في أنظمة إثبات المعرفة

من المخاطر الرئيسية إثبات العبارة الخاطئة.إذا أغفلت الدائرة قاعدة مهمة، فقد يكون البرهان صالحاً لكنه غير آمن.ومن المخاطر الأخرى ضعف العشوائية.تعتمد بعض أنظمة البراهين على قيم عشوائية، وقد يؤدي ضعف العشوائية إلى كشف الأسرار أو تقويض سلامة البرهان.ومن المخاطر الأخرى كشف الشاهد.إذا تلقى مزود خدمة إنشاء البراهين مدخلات خاصة، فقد يسرّبها أو يسيء استخدامها.ومن المخاطر أيضاً الواجهات الأمامية الضارة.قد ينشئ المستخدم برهاناً لادعاء لا يفهمه بسبب واجهة مضللة.ومن المخاطر كذلك برامج إنشاء البراهين القديمة.تتطور أنظمة البراهين بسرعة، وقد تتضمن المكتبات القديمة أخطاء أو افتراضات ضعيفة.ومن المخاطر الأخرى التسويق الزائف للبراهين.قد يدّعي مشروع استخدام المعرفة الصفرية أو إثبات المعرفة من دون توضيح ما الذي يثبته فعلياً.ينبغي للمستخدمين والمطورين دائماً السؤال عن العبارة والشاهد والجهة التي تنشئ البرهان والجهة التي تتحقق منه.تكشف هذه الأسئلة معلومات أكثر من التسمية وحدها.

إثبات المعرفة والعقود الذكية

يمكن للعقود الذكية التحقق من مخرجات إثبات المعرفة عبر عقود التحقق.يفحص عقد التحقق صلاحية البرهان المقدّم بالنسبة إلى مدخلات عامة محددة.إذا كان البرهان صالحاً، فقد يسمح العقد الذكي بإجراء مثل السك أو السحب أو التصويت أو المطالبة أو التحويل عبر جسر أو تحديث الحالة.يتيح هذا التصميم للتطبيقات على السلسلة استخدام معرفة خاصة خارج السلسلة.لكن يجب أن تكون عقود التحقق صحيحة وفعالة.إذا كان التحقق مكلفاً جداً، فقد يواجه المستخدمون رسوماً مرتفعة للغاز.وإذا كان التحقق غير صحيح، فقد يصبح التطبيق غير آمن.ينبغي للمطورين اختبار عقود التحقق بعناية ونشر وثائق واضحة عن المدخلات العامة ومعنى البرهان.ينبغي للمستخدمين عدم افتراض أن كل عقد يتحقق من البراهين آمن.يجب أن يتحقق العقد من البرهان الصحيح للعبارة الصحيحة ووفق القواعد الصحيحة.

إثبات المعرفة وDAOs

يمكن لـ DAOs استخدام إثبات المعرفة للتصويت الخاص والتحقق من الأهلية وأنظمة مكافحة هجمات سيبيل وضوابط الخزانة.قد يثبت الناخب أهليته للتصويت من دون الكشف عن هويته كعضو مؤهل.وقد يثبت أحد المساهمين امتلاكه بيانات اعتماد من دون كشف هويته كاملةً.وقد يثبت مقدم طلب منحة عضويته أو سمعته من دون نشر جميع بياناته الشخصية.يصعب توفير تصويت خاص، لأن على DAO منع التصويت المزدوج مع الحفاظ على خصوصية الناخب.يمكن لإثبات المعرفة أن يساعد عبر إثبات معرفة بيانات اعتماد صالحة أو قيمة إبطال من دون كشف بيانات الاعتماد نفسها.قيمة الإبطال هي قيمة يمكنها منع الاستخدام المزدوج مع الحفاظ على قدر من الخصوصية.لا تزال أنظمة DAO بحاجة إلى قواعد للحوكمة وعمليات لتسوية النزاعات وإصدار بيانات الاعتماد وإلغائها.قد يحسن إثبات المعرفة الخصوصية، لكنه لا يحل كل مشكلات الحوكمة.يتطلب التصميم الجيد لـ DAO الجمع بين التشفير والضمانات الاجتماعية والإجرائية.

إثبات المعرفة والجسور

يمكن للجسور استخدام أنظمة البراهين للتحقق من الحقائق بين السلاسل.قد يثبت المُثبِت معرفته ببيانات تدل على وقوع حدث على سلسلة المصدر.وقد يتحقق طرف على سلسلة أخرى من البرهان قبل تحرير الأصول أو الرسائل.قد تقلل الجسور القائمة على البراهين الاعتماد على الموقّعين المركزيين، لكنها تظل معقدة.قد يحتاج برهان الجسر إلى إثبات رؤوس الكتل أو الإنهاء أو جذور الحالة أو إدراج Merkle أو صحة التنفيذ.وقد يتضمن الشاهد بيانات السلسلة والمسارات اللازمة لدعم الادعاء.يجب على المُتحقِّق أن يفهم بدقة ما الذي يثبته البرهان.قد يساعد إثبات المعرفة في التحقق عبر السلاسل، لكنه لا يجعل الجسر آمناً تلقائياً.يعتمد أمان الجسور أيضاً على افتراضات الإنهاء وتوفر البيانات وضوابط الترقية والسيولة وإجراءات الطوارئ.ينبغي للمستخدمين التعامل مع الجسور بوصفها أنظمة عالية المخاطر، حتى عندما تستخدم تشفيراً متقدماً.

إثبات المعرفة والامتثال

يمكن لإثبات المعرفة دعم تصميمات تراعي متطلبات الامتثال عبر إثبات حقائق محددة من دون كشف معلومات غير ضرورية.على سبيل المثال، قد يثبت المستخدم استيفاءه لقاعدة أهلية من دون وضع وثائق هويته كاملةً على السلسلة.وقد يثبت بروتوكول اتباع عملية حسابية لسياسة معينة من دون نشر جميع السجلات الأساسية.وقد يثبت المستخدم عدم وجوده في قائمة محظورة من دون الكشف عن هويته كاملةً لكل تطبيق.تُعد هذه التصميمات واعدة، لأنها قد تقلل جمع البيانات وتحسن الخصوصية.لكنها لا تلغي الالتزامات القانونية بحد ذاتها.تختلف المتطلبات التنظيمية باختلاف الولاية القضائية ونوع الأصل والتطبيق وفئة المستخدم.قد يساعد إثبات المعرفة في الحد من كشف البيانات غير الضروري، لكن تصميم الجوانب القانونية والامتثال يظل بحاجة إلى مراجعة متخصصة.ينبغي للمشاريع تجنب الادعاء بأن تقنية المعرفة الصفرية تجعل جميع الأنشطة ممتثلة تلقائياً.يمكن للتشفير إثبات الحقائق، لكن القانون هو الذي يحدد الحقائق ذات الصلة.

أفضل الممارسات للمستخدمين

ينبغي للمستخدمين فهم الادعاء الذي يثبته البرهان فعلياً قبل الوثوق به.كما ينبغي عدم افتراض أن البرهان يجعل البروتوكول بأكمله آمناً.وينبغي التحقق مما إذا كان المشروع يشرح مدخلاته العامة وشاهده الخاص وعقد التحقق وعمليات التدقيق وافتراضات الأمان.ينبغي تجنب مشاركة المفاتيح الخاصة أو عبارات الاسترداد أو الأسرار بصيغتها الأصلية مع خدمات إنشاء البراهين.كما ينبغي توخي الحذر عند استخدام خدمات إنشاء البراهين عن بُعد، إذ قد تنكشف بيانات الشاهد الخاصة إذا لم يُصمم النظام بأمان.وينبغي تفضيل التطبيقات التي تشرح قيود الخصوصية بصدق.وينبغي تذكر أن البيانات الوصفية قد تظل كاشفة للمعلومات حتى عندما يكون البرهان صفري المعرفة.كما ينبغي تجنب توقيع رسائل المحافظ أو إنشاء براهين عبر مواقع غير معروفة.وينبغي التحقق من الروابط الرسمية قبل التفاعل مع التطبيقات القائمة على البراهين.ينبغي التعامل مع إثبات المعرفة بوصفه أداة قوية، لا ضماناً سحرياً.

أفضل الممارسات للمطورين

ينبغي للمطورين تحديد العبارة المراد إثباتها بدقة تامة.كما ينبغي تحديد المدخلات العامة والمدخلات الخاصة التي تشكل الشواهد.وينبغي استخدام أنظمة براهين ومكتبات خضعت للمراجعة والتدقيق.وينبغي تجنب التشفير المخصص ما لم يخضع لمراجعة خبراء.كما ينبغي كتابة دوائر تفرض كل قاعدة مطلوبة.وينبغي اختبار الدوائر باستخدام الحالات الحدية والشواهد غير الصالحة والمدخلات الضارة.كما ينبغي حماية بيانات الشاهد أثناء إنشاء البرهان.وينبغي جعل عقود التحقق فعالة وآمنة.كما ينبغي توثيق ما لا يثبته البرهان.وينبغي بناء واجهات مستخدم تشرح طلبات البراهين بوضوح قبل أن يوقّع المستخدمون أو ينشئوا أي شيء.

مفاهيم خاطئة شائعة عن إثبات المعرفة

من المفاهيم الخاطئة أن إثبات المعرفة وإثبات العمل متشابهان لأن كلمة «إثبات» ترد في اسميهما.لكنهما مختلفان، إذ يؤمّن إثبات العمل الإجماع عبر الحوسبة، بينما يثبت إثبات المعرفة امتلاك شاهد.ومن المفاهيم الخاطئة أن كل إثبات للمعرفة يكون صفري المعرفة تلقائياً.قد يثبت إثبات المعرفة امتلاك شاهد، لكنه يحتاج إلى خاصية المعرفة الصفرية لتجنب تسريب معلومات غير ضرورية.ومن المفاهيم الخاطئة أن صحة البرهان تعني أن المشروع بأكمله موثوق.لا يؤكد البرهان الصحيح إلا العبارة المحددة التي يفحصها المُتحقِّق.ومن المفاهيم الخاطئة أن المعرفة الصفرية تخفي كل الأنشطة.قد يخفي البرهان الشاهد، بينما يكشف توقيت المعاملات أو الروابط بين المحافظ أو البيانات الوصفية أنماطاً معينة.ومن المفاهيم الخاطئة أن المستخدمين لا يحتاجون مطلقاً إلى الاهتمام بالشاهد.يحدد الشاهد ما يعرفه المُثبِت فعلياً، ولذلك فهو أساسي لفهم البرهان.

الأسئلة الشائعة

ماذا يعني إثبات المعرفة؟

يعني إثبات المعرفة أن المُثبِت يستطيع إقناع المُتحقِّق بأنه يعرف شاهداً سرياً يجعل عبارة عامة صحيحة.

هل إثبات المعرفة هو نفسه برهان المعرفة الصفرية؟

لا. يركز إثبات المعرفة على إثبات امتلاك شاهد، بينما تركز المعرفة الصفرية على إخفاء المعلومات غير الضرورية أثناء البرهان.

ما برهان المعرفة صفري المعرفة؟

يثبت برهان المعرفة صفري المعرفة أن المُثبِت يعرف شاهداً صالحاً، مع عدم كشف أي معلومات غير ضرورية عنه.

ما الشاهد في إثبات المعرفة؟

الشاهد هو المعلومات الخاصة التي تتيح للمُثبِت إثبات العبارة العامة.

من هو المُثبِت؟

المُثبِت هو الطرف أو البرنامج أو العقدة أو الخدمة التي تنشئ البرهان.

من هو المُتحقِّق؟

المُتحقِّق هو الطرف أو العقد الذكي أو النظام الذي يفحص صلاحية البرهان.

هل zk-SNARK نظام لإثبات المعرفة؟

نعم. يرمز zk-SNARK إلى حجة معرفة غير تفاعلية وموجزة قائمة على المعرفة الصفرية، ويُستخدم عادةً لإثبات معرفة شاهد صالح بإيجاز.

هل يمكن لإثبات المعرفة إثبات ملكية محفظة؟

نعم. يمكن لتوقيع رسالة إثبات معرفة مفتاح خاص، مع أن التوقيعات العادية ليست دائماً براهين معرفة صفرية.

لماذا يفيد إثبات المعرفة في الخصوصية؟

يتيح للمستخدمين إثبات معرفتهم بمعلومات خاصة صالحة من دون كشف تلك المعلومات مباشرةً.

لماذا يفيد إثبات المعرفة في Rollups؟

يساعد مُثبِتي Rollup على إظهار معرفتهم ببيانات المعاملات والحالة الصالحة اللازمة لإثبات صحة التنفيذ.

هل يضمن إثبات المعرفة أمان البروتوكول؟

لا. فهو لا يثبت إلا عبارة محددة، بينما يعتمد أمان البروتوكول أيضاً على الدوائر وعقود التحقق والتنفيذ والحوكمة وسلوك المستخدم.

هل يمكن استخدام إثبات المعرفة لأغراض الامتثال؟

نعم. يمكن أن يساعد في إثبات حقائق محددة تتعلق بالأهلية أو السياسات مع كشف بيانات أقل، لكنه لا يحل محل تحليل الامتثال القانوني.

الخلاصة

إثبات المعرفة مفهوم تشفيري أساسي يتيح للمُثبِت إظهار معرفته بشاهد سري من دون كشفه بالضرورة.يظهر هذا المفهوم في العملات المشفرة ضمن براهين المعرفة الصفرية وzk-SNARKs وzk-STARKs والمعاملات الخاصة وRollups وأنظمة الهوية وتصميمات إثبات الاحتياطيات والجسور وDAOs والحوسبة القابلة للتحقق.تتمثل الفكرة الرئيسية في أن المُتحقِّق يستطيع فحص برهان رياضي بدلاً من الوثوق بادعاء المُثبِت.وهذا ما يجعل إثبات المعرفة مهماً للأنظمة التي تحتاج إلى التحقق والخصوصية معاً.فقد يثبت التحكم بالمحفظة أو ملكية بيانات الاعتماد أو صحة المعاملة أو العضوية أو التحكم بالاحتياطيات أو صحة الحوسبة مع كشف قدر أقل من البيانات الحساسة.لكن إثبات المعرفة لا يشكل ضماناً شاملاً للأمان.فهو لا يثبت إلا العبارة المحددة التي ترمز إليها الدائرة والبرنامج والمُتحقِّق.إذا كانت العبارة ناقصة أو الدائرة خاطئة أو تسرّب الشاهد أو احتوى عقد التحقق على خطأ، فقد يظل المستخدمون معرضين للمخاطر.وأفضل طريقة لفهم إثبات المعرفة هي أنه يثبت امتلاك معلومات مخفية بطريقة قابلة للتحقق.وعند جمعه بخصائص المعرفة الصفرية، يصبح من أقوى الأدوات لبناء تطبيقات خاصة وقابلة للتوسع وتقلل الحاجة إلى الثقة في منظومات العملات المشفرة.