O que são zk-STARKs?

O zk-STARK é um tipo de prova criptográfica altamente segura que utiliza os princípios de Zero Knowledge Proofs (ZKP) para criar dados criptografados que podem ser facilmente verificados sem revelar informações confidenciais sobre esses dados e, o melhor de tudo, com resistência à computação quântica garantindo a sua segurança num futuro não tão distante.

LAs Provas de Conhecimento Zero (ou Protocolos) (ZKP) evoluíram muito desde sua criação, e uma dessas evoluções são os zk-STARKs. O fim zk-STARK é a sigla de Argumentos transparentes escaláveis ​​de conhecimento zero do conhecimento. Este é um termo que em espanhol significa; Prova de conhecimento zero com argumentos transparentes escaláveis. Este conceito refere-se a uma derivação dos conhecidos testes zk-SNARKs como são os projetos Zcash eles usam em seus blockchain, para fornecer um alto grau de privacidade e anonimato, e que já estudamos anteriormente.

No entanto, os zk-STARKs são mais do que uma pequena derivação, na verdade são uma melhoria significativa aos zk-SNARKs. E não apenas porque são menos complexos de executar, mas porque são mais seguros e até resistentes à computação quântica. Simplificando, são o futuro imediato das provas de conhecimento zero, especialmente se quisermos estar protegidos da tecnologia de computação quântica cada vez mais próxima.

Mas como funciona um zk-STARKs? Quais são as suas vantagens e riscos? Que projetos de blockchain estão considerando usá-los num futuro próximo? Bem, saberá disso abaixo.

zk-STARKS, uma melhoria para algo que já é surpreendente

Como mencionamos no início, zk-STARKs são uma melhoria nos conhecidos testes zk-SNARKs. Uma melhoria necessária devido à enorme complexidade algorítmica, matemática e criptográfica que os testes zk-SNARKs representam. Claro, zk-SNARKs são testes ótimos e muito seguros, mas são muito complexos em termos de algoritmos. É tanto que até os especialistas em criptografia têm problemas para detectar erros neles.  

O acima pode soar como algo incrível, mas é a verdade, e isso ficou claro quando Zcash, apresentou um erro muito grave em seu código. O erro em questão permitia que qualquer pessoa criasse criptomoedas do nada. Dessa forma, o que todos acreditávamos ser impossível nas criptomoedas, gerar moedas do nada, um pequeno bug na criptografia zk-SNARK do Zcash tornou isso possível.

No entanto, para tranquilizar os desenvolvedores do Zcash, o bug era tão complexo de detectar que apenas algumas pessoas no mundo teriam o conhecimento necessário para detectar e explorar o bug. De certa forma, eles evitaram o desastre de uma avalanche de moedas “falsas” apenas porque a criptografia é tão complexa que poucos a entendem. Mas esta situação está longe de ser ideal e deve ser evitada a todo custo, porque "Segurança por obscuridade" não é segurança real.   

A extrema complexidade é inimiga da segurança

Por outro lado, esse fato também enfatizou uma realidade: zk-SNARKS pode se tornar o pior inimigo de moedas de privacidade como Zcash. E é que, embora seja difícil admitir, que um sistema de segurança criptográfico seja tão complexo de depurar, não é uma coisa boa. Felizmente, esta é uma realidade que era conhecida muito antes deste erro, e foi o que levou ao desenvolvimento dos zk-STARKs. 

Abaixo falaremos com mais detalhes sobre a origem dos zk-STARKS e como eles podem nos oferecer mais segurança, com menos complexidade. 

O início da criptografia poderosa, mas simples

Para conhecer os primórdios dos zk-STARKs devemos voltar ao ano de 1990, data em que começaram os primeiros trabalhos nesses testes. Naquela época, a pesquisa preliminar e o desenvolvimento da tecnologia zk-STARKs começaram. No entanto, esses sistemas iniciais se mostraram impraticáveis. 

Não foi até Eli Ben Sasson, Ido Bentov, Yinon Horesh y Michael Ryabzev, eles apresentaram em 2018, seu trabalho conjunto “Integridade computacional segura escalável, transparente e pós-quântica” (em espanhol, Integridade computacional escalável, transparente e pós-quântica segura). O trabalho apresentado é único em seu estilo, demonstrando uma sólida construção criptográfica, que deixou para trás os conhecidos testes zk-SNARKs do Zcash. E o melhor de tudo: eles eram muito mais fáceis de aplicar e mais seguros do que os seus homólogos. 

Eles conseguiriam isso com uma abordagem muito mais elementar sobre como criar uma prova de conhecimento zero. Mais especificamente, desistindo da construção de uma área de trabalho criptográfica altamente confiável ou “caixa preta”. O que parece contrário a qualquer princípio de segurança em criptografia, foi aplicado neste novo sistema. Mas, ao mesmo tempo, essa decisão permitiu reduzir a complexidade do sistema, o trabalho necessário para realizá-lo, e não renunciou à segurança, mas, ao contrário, possibilitou novas formas de oferecer maior segurança.  

Desta forma e usando criptografia homomórfica, computação multipartidária segura (MPC) e testes interativos, esses pesquisadores conseguiram projetar o zk-STARK. Em poucas palavras, o zk-STARK é a união de pelo menos 50 anos de pesquisa criptográfica. Uma obra influenciada por mentes tão brilhantes como as de Shafrira Goldwasser y Silvio Micali. 

Assim, com essa abordagem aventureira, o zk-STARK iniciaria seu caminho para se tornar um rival digno do zk-SNARK, visando ser o sistema de criptografia que muitas criptomoedas usarão no futuro, um futuro que poderá ser dominado por computadores quânticos. 

O que significa zk-STARK?

O termo zk-STARK pode ser seccionado da seguinte forma: 

1. zk, como em conhecimento zero e com grande ênfase na preservação da privacidade, 
2. Escalável (S - Scalable), uma vez que o teste é de tamanho relativamente "pequeno" (ou aceitável) e a verificação leva exponencialmente menos tempo do que a execução de cálculos ingênuos (ou seja, é quase instantâneo, mesmo para testes grandes)
3. Transparente (T - Transparent)pois não há requisitos para uma configuração confiável, como nos sistemas zk-SNARK.
4. Argumento (AR - ARgument), como num esquema de prova criptográfica computacionalmente segura que atinge a integridade e a robustez de uma linguagem específica.
5. Conhecimento (K - Knowledge)pois é baseado em declarações relacionadas a informações publicamente conhecidas. 

Usos de sistemas zk-STARK

O principal uso de sistemas de prova de conhecimento como o zk-STARK está focado na criação de sistemas altamente seguros e privados. Sistemas em que há total descentralização da informação, sendo que ela só pode ser acessada mediante uma série de condições claramente expressas. Condições que também são difíceis de alcançar por meios não convencionais, como hacking. 

Isso obviamente inclui sistemas como criptomoedas, onde o uso de criptografia não só possibilita a segurança da rede, mas também protege seus usuários, proporcionando-lhes privacidade e anonimato conforme o caso. E é justamente neste último que o zk-SNARK brilha, pois como todas as provas de conhecimento zero, são perfeitas para privacidade e anonimato, não revelando a informação de forma alguma, mas ao mesmo tempo deixando uma ferramenta para validar a transação. e determinista. Quer dizer, O zk-STARK não revela as informações que criptografa, mas você sempre pode validar sua veracidade, não importa o que aconteça. 

Melhora a escalabilidade das blockchains

Outro uso possível de zk-STARKs é em aumentar a escalabilidade do blockchain, permitindo que as provas criptográficas ocupem menos espaço. Em criptomoedas como Bitcoin, onde o tamanho do bloco é um limite para o número de transações que podem ser processadas por segundo, isso é vital. Com provas criptográficas menores, as transações também ocupam menos espaço, cabendo mais transações em cada bloco. O efeito torna-se maior à medida que é aplicado em milhares de transações e, com isso, a escalabilidade é aprimorada. No entanto, esta é apenas uma parte de uma solução de escalabilidade, pois provas criptográficas menores não aumentarão drasticamente o desempenho do blockchain. 

Outros usos possíveis deste tipo de sistema seriam, por exemplo, sistema de streaming protegido por direitos autorais totalmente criptografado e seguro. Com isso, os atuais sistemas de criptografia baseados em criptografia majoritariamente simétrica não seriam necessários. o Os sistemas de votação eletrônica também se beneficiam muito com esses tipos de sistemas.. Isso se deve ao fato de permitirem que o eleitor vote, isso pode ser verificado, mas de forma alguma saberemos quem o votou. 

Como você pode ver, o potencial do zk-STARK não está apenas no mundo blockchain, mas também muito além. 

Principais diferenças entre zk-STARK e zk-SNARK

1. Os zk-SNARKs requerem uma fase de configuração confiável, enquanto os zk-STARKs usam aleatoriedade publicamente verificável para criar sistemas de computação verificáveis ​​e confiáveis.
2. Zk-STARKs são mais escaláveis ​​em termos de velocidade computacional e tamanho em comparação com zk-SNARKs.
3. Zk-SNARKs são vulneráveis ​​a ataques de computadores quânticos devido à criptografia que usam. Os zk-STARKs são atualmente resistentes a computadores quânticos.

Outros aspectos importantes podem ser vistos na tabela comparativa a seguir, onde podemos ver os diferentes campos em que o zk-STARK se destaca em comparação com outros testes ZKP conhecidos.

zk-STARK e suas aplicações hoje em dia

Certamente você achou tudo o que o zk-STARK nos oferece surpreendente, mas infelizmente a tecnologia é tão nova (2018) que não foi amplamente testada, estudada e ainda não é aplicada em nenhum sistema de produção real. Nem mesmo no mundo das criptomoedas. 

No momento, a única utilidade conhecida do zk-STARK está sendo desenvolvida pela Farmacêutico, uma empresa criada pelos designers do zk-STARK. O objetivo é projetar uma camada de teste que permita que a tecnologia seja usada no blockchain, trocas descentralizadas e muito mais. No entanto, levará mais alguns anos até que possamos ver a tecnologia aplicada nesses espaços. Sem dúvida, o futuro da criptografia zk-STARK parece promissor.