TypeScripti nullteadmispõhised tõendid: privaatsustehnoloogia koos tüübikindlusega

Tänapäeva digimaastikul on privaatsus ülimalt tähtis. Arendajatena on meil kohustus luua rakendusi, mis kaitsevad kasutajaandmeid ja tagavad turvalise suhtluse. Nullteadmispõhised tõendid (ZKP) on krüptograafiline tehnika, mis võimaldab ühel osapoolel (tõestajal) teisele osapoolele (kontrollijale) tõestada, et väide on tõene, ilma et avaldataks muud teavet peale väite enda kehtivuse. See tehnoloogia muudab revolutsiooniliselt erinevaid tööstusharusid, alates rahandusest ja tervishoiust kuni hääletussüsteemide ja tarneahela juhtimiseni.

See blogipostitus sukeldub ZKP-de maailma, keskendudes nende rakendamisele ja kasutamisele TypeScriptiga. TypeScript, oma tugeva tüübisüsteemiga, pakub võimsat keskkonda turvaliste ja usaldusväärsete ZKP-rakenduste arendamiseks. Me uurime põhimõisteid, praktilisi näiteid ja ZKP-de kombineerimise eeliseid TypeScripti tüübikindluse funktsioonidega.

Mis on nullteadmispõhised tõendid?

Põhimõtteliselt on nullteadmispõhine tõend protokoll kahe osapoole vahel: tõestaja ja kontrollija. Tõestaja eesmärk on veenda kontrollijat, et tal on teatud teadmised või ta vastab konkreetsele tingimusele, ilma et ta neid teadmisi avaldaks. Kujutage ette stsenaariumi, kus Alice soovib Bobile tõestada, et ta teab Sudoku mõistatuse lahendust, ilma et ta talle lahendust näitaks. ZKP-d võimaldavad tal just seda teha.

Nullteadmispõhiste tõendite peamised omadused:

• Täielikkus: Kui väide on tõene, suudab aus tõestaja veenda ausat kontrollijat.
• Usaldusväärsus: Kui väide on vale, ei suuda ükski tõestaja veenda ausat kontrollijat.
• Nullteadmine: Kontrollija ei saa teada midagi peale väite kehtivuse.

Nullteadmispõhiste tõendite tüübid:

Erinevaid ZKP-de tüüpe on mitmeid, millest igaühel on oma tugevused ja nõrkused. Mõned kõige silmapaistvamad on järgmised:

• zk-SNARKid (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive ARguments of Knowledge): Tuntud oma väikese tõendi suuruse ja kiirete kontrollimisaegade poolest, mistõttu sobivad need kettrakendustele. Siiski nõuavad nad sageli usaldusväärset seadistust.
• zk-STARKid (Zero-Knowledge Scalable Transparent ARguments of Knowledge): Pakuvad suuremat skaleeritavust ja läbipaistvust, kuna need ei vaja usaldusväärset seadistust. Siiski on nende tõendite suurused üldiselt suuremad.
• Sigma protokollid: Interaktiivsed protokollid, mida saab muuta mitteinteraktiivseks, kasutades Fiat-Shamiri heuristikat.

Miks TypeScript nullteadmispõhiste tõendite jaoks?

TypeScript toob ZKP-rakenduste arendamisse mitmeid eeliseid:

• Tüübi turvalisus: TypeScripti staatiline tüübisüsteem aitab vigu varakult arendusprotsessis tuvastada, vähendades vigade riski ja parandades koodi usaldusväärsust. See on ülioluline keerukate krüptograafiliste algoritmide puhul.
• Koodi hooldatavus: TypeScripti tugi objektorienteeritud programmeerimisele ja modulaarsusele muudab koodi lihtsamaks mõista, hooldada ja laiendada.
• Parem arendajakogemus: TypeScript pakub suurepäraseid tööriistu, sealhulgas automaatset lõpetamist, refaktoreerimist ja silumistuge, mis suurendab arendajate tootlikkust.
• JavaScripti ühilduvus: TypeScript kompileerub JavaScriptiks, tagades ühilduvuse paljude platvormide ja brauseritega.

TypeScripti ZKP arenduskeskkonna seadistamine

Enne koodi sukeldumist seadistame oma arenduskeskkonna. Meil on vaja Node.js-i, npm-i (või yarn-i) ja koodiredaktorit, nagu VS Code.

1. Installige Node.js ja npm: Laadige alla ja installige Node.js ametlikult veebisaidilt (nodejs.org). npm on tavaliselt Node.js-iga kaasas.
2. Installige TypeScript: Avage terminal ja käivitage: npm install -g typescript
3. Installige Circom ja SnarkJS (kui kasutate zk-SNARK-e): Need tööriistad on hädavajalikud zk-SNARK-ide vooluahelate määratlemiseks ja kompileerimiseks. Installige need globaalselt, kasutades: npm install -g circom snarkjs
4. Looge uus TypeScripti projekt: Looge oma projektile uus kataloog ja lähtestage TypeScripti projekt: mkdir my-zkp-project && cd my-zkp-project && tsc --init
5. Installige vajalikud teegid: Installige kõik muud vajalikud teegid, näiteks need, mis on mõeldud suurte numbrite käsitlemiseks või krüptograafiliste toimingute tegemiseks. Näiteks: npm install snarkjs circomlib @noble/curves

Näide: Lihtne zk-SNARK TypeScriptiga

Demonstreerime põhilist zk-SNARK-i näidet Circomi ja SnarkJS-i abil. See näide demonstreerib salajase väärtuse "x" teadmise tõestamist nii, et x * x * x + x == 35.

1. Määratlege Circomi vooluahel (circuit.circom):

```circom pragma circom 2.0.0; template MyCircuit() { signal input x; signal output out; signal sqr <-- x * x; signal cube <-- sqr * x; out <== cube + x; out === 35; } component main {public: out} = MyCircuit(); ```

See vooluahel määratleb lihtsa arvutuse: `x^3 + x = 35`. Eesmärk on tõestada "x" teadmist ilma selle väärtust avaldamata.

2. Kompileerige Circomi vooluahel:

Kasutage Circomi kompilaatorit, et genereerida R1CS (Rank-1 Constraint System) esitus ja WASM kood:

```bash circom circuit.circom --r1cs --wasm ```

3. Genereerige tõestamis- ja kontrollimisvõtmed:

SnarkJS-i kasutatakse usaldusväärse seadistuse tegemiseks ning tõestamis- ja kontrollimisvõtmete genereerimiseks. Oluline: Tootmiskeskkonnas tuleks haavatavuste vältimiseks kasutada turvalist mitmepoolset arvutust (MPC) usaldusväärseks seadistamiseks.

```bash snarkjs powersoftau new bn128 12 powersOfTau2_12.ptau snarkjs powersoftau prepare phase2 powersOfTau2_12.ptau powersOfTau2_12_final.ptau snarkjs plonk setup circuit.r1cs powersOfTau2_12_final.ptau circuit.zkey ```

4. Genereerige tunnistaja:

Looge TypeScripti fail (nt `generate_witness.ts`), et genereerida tunnistaja, mis sisaldab kõigi vooluahela signaalide väärtusi antud sisendi jaoks.

```typescript import { groth16 } from 'snarkjs'; import * as fs from 'fs'; async function generateWitness() { const input = { x: 3 }; // The secret value 'x' const witness = await groth16.fullProve(input, "circuit_js/circuit.wasm", "circuit.zkey"); fs.writeFileSync("witness.json", JSON.stringify(witness, null, 2)); console.log("Witness generated successfully!"); } generateWitness(); ```

Installige `snarkjs`, kasutades npm-i: npm install snarkjs. Seejärel käivitage TypeScripti fail: ts-node generate_witness.ts. Võimalik, et peate installima `ts-node`: npm install -g ts-node

5. Genereerige tõend:

Muutke faili `generate_witness.ts`, et genereerida ka tõend:

```typescript import { groth16 } from 'snarkjs'; import * as fs from 'fs'; async function generateWitnessAndProof() { const input = { x: 3 }; // The secret value 'x' const { proof, publicSignals } = await groth16.fullProve(input, "circuit_js/circuit.wasm", "circuit.zkey"); fs.writeFileSync("proof.json", JSON.stringify(proof, null, 2)); fs.writeFileSync("public.json", JSON.stringify(publicSignals, null, 2)); console.log("Proof generated successfully!"); } generateWitnessAndProof(); ```

Käivitage skript: ts-node generate_witness.ts.

6. Kontrollige tõend:

Looge teine TypeScripti fail (nt `verify_proof.ts`), et genereeritud tõendit kontrollida.

```typescript import { groth16 } from 'snarkjs'; import * as fs from 'fs'; async function verifyProof() { const vKey = JSON.parse(fs.readFileSync("circuit.vkey").toString()); const proof = JSON.parse(fs.readFileSync("proof.json").toString()); const publicSignals = JSON.parse(fs.readFileSync("public.json").toString()); const verified = await groth16.verify(vKey, publicSignals, proof); if (verified) { console.log("Proof verified successfully!"); } else { console.log("Proof verification failed."); } } verifyProof(); ```

Enne kontrollimisskripti käivitamist eksportige kontrollimisvõti failist `.zkey`:

```bash snarkjs zkey export verificationkey circuit.zkey circuit.vkey ```

Käivitage kontrollimisskript: ts-node verify_proof.ts.

See näide demonstreerib zk-SNARK-i loomise ja kontrollimise põhitöövoogu Circomi, SnarkJS-i ja TypeScripti abil. Kuigi see on lihtsustatud näide, toob see esile peamised sammud.

TypeScripti ZKP-de reaalsed kasutusjuhtumid

ZKP-d leiavad rakendusi erinevates tööstusharudes:

• Detsentraliseeritud rahandus (DeFi): Kasutajate privaatsuse kaitsmine DeFi protokollides, konfidentsiaalsete tehingute võimaldamine ja laenutagatisega seotud teabe kontrollimine ilma tundlikku teavet avaldamata. Näiteks tehingute summade ning saatja/vastuvõtja identiteetide varjamine detsentraliseeritud börsidel (DEX-id).
• Tarneahela juhtimine: Kaupade autentsuse ja päritolu kontrollimine ilma tundlikku tarnijateavet avaldamata. See võib aidata vältida võltsimist ja tagada eetilise hankimise. Näiteks toote päritolu ja sertifikaatide tõestamine ilma konkreetseid tehase üksikasju avaldamata.
• Hääletussüsteemid: Turvaliste ja privaatsete e-hääletussüsteemide ehitamine, kus hääli saab kontrollida ilma üksikute valijate eelistusi avaldamata. See tagab õiglased ja läbipaistvad valimised.
• Tervishoid: Meditsiiniliste andmete turvaline ja privaatne jagamine. Patsiendid saavad tõestada, et nad vastavad teatud tervisekriteeriumidele, ilma et nad avaldaksid kogu oma meditsiinilist ajalugu. Näiteks immuunsuse tõestamine haiguse suhtes ilma muid meditsiinilisi seisundeid avaldamata.
• Identiteedihaldus: Kasutaja identiteedi kontrollimine ilma tundlikku isiklikku teavet avaldamata. Kasutajad saavad tõestada, et nad on teatud vanusest vanemad, ilma et nad avaldaksid oma täpset sünnikuupäeva.
• Masinõpe: Masinõppemudelite ja andmekogumite terviklikkuse kontrollimine ilma alusandmeid avaldamata. See on ülioluline õigluse tagamiseks ja erapoolikuse vältimiseks.

Täpsemad teemad ja kaalutlused

Lisaks põhiteadmistele on mitmeid täpsemaid teemasid, mida tasub uurida:

• Õige ZKP süsteemi valimine: Sobiva ZKP süsteemi (zk-SNARKid, zk-STARKid jne) valik sõltub rakenduse spetsiifilistest nõuetest, võttes arvesse selliseid tegureid nagu tõendi suurus, kontrollimisaeg ja turvalisuse eeldused.
• Kohandatud vooluahelate rakendamine: Tõhusate ja turvaliste vooluahelate projekteerimine on ülioluline ZKP jõudluse optimeerimiseks. See nõuab põhjalikke teadmisi aluseks olevatest krüptograafilistest põhimõtetest ja piirangute hoolikat kaalumist.
• Suurte andmekogumite käsitlemine: Suurte andmekogumite töötlemine ZKP rakendustes võib olla keeruline. Skaleeritavuse parandamiseks saab kasutada selliseid tehnikaid nagu Merkle puud ja rekursiivsed ZKP-d.
• Turvalisuse auditid: Põhjalikud turvalisuse auditid on olulised ZKP rakenduste potentsiaalsete haavatavuste tuvastamiseks ja leevendamiseks. Kaasake koodi ja vooluahela kujunduste ülevaatamiseks kogenud turvalisuse teadlasi.
• Jõudluse optimeerimine: ZKP rakenduste jõudluse optimeerimine on reaalses maailmas kasutuselevõtmise jaoks kriitiline. Koodi ja vooluahelate profileerimine aitab tuvastada kitsaskohti ja parandamist vajavaid valdkondi.

Parimad tavad TypeScripti ZKP rakenduste arendamiseks

Siin on mõned parimad tavad, mida TypeScripti ZKP rakenduste arendamisel järgida:

• Prioriseerige turvalisust: Turvalisus peaks olema kogu arendusprotsessi vältel peamine prioriteet. Kasutage väljakujunenud krüptograafilisi teeke ja järgige turvalisuse parimaid tavasid.
• Kirjutage selget ja lühikest koodi: Kirjutage koodi, mida on lihtne mõista ja hooldada. Kasutage tähendusrikkaid muutujate nimesid ja lisage kommentaare keeruka loogika selgitamiseks.
• Testige põhjalikult: Testige oma koodi põhjalikult, et tagada selle korrektne toimimine ja vastupidavus rünnakutele. Kasutage erinevate stsenaariumide katmiseks ühikuteste, integratsiooniteste ja hägususe testimist.
• Dokumenteerige oma kood: Dokumenteerige oma kood selgelt ja põhjalikult. Esitage üksikasjalikud selgitused vooluahela kujunduse, krüptograafiliste protokollide ja API kasutamise kohta.
• Olge kursis: ZKP-de valdkond areneb pidevalt. Olge kursis viimaste uuringute ja arengutega, et tagada oma rakenduste turvalisus ja tõhusus.
• Kasutage lintimist ja vormindamist: Rakendage järjepidev koodistiil, kasutades linte ja vormindajaid (nt ESLint, Prettier).
• Modulaarne disain: Jagage oma kood väiksemateks, taaskasutatavateks mooduliteks, et parandada hooldatavust ja testitavust.

Järeldus

Nullteadmispõhised tõendid on võimas tehnoloogia, millel on potentsiaal muuta revolutsiooniliselt privaatsust ja turvalisust erinevates valdkondades. Kasutades TypeScripti tüübikindlust ja arendajasõbralikke funktsioone, saame ehitada tugevaid ja usaldusväärseid ZKP rakendusi. Kuigi ZKP rakenduste arendamine nõuab hoolikat tähelepanu detailidele ja tugevaid teadmisi krüptograafiast, muudavad suurema privaatsuse ja turvalisuse eelised selle väärt ettevõtmiseks. Kuna tehnoloogia küpseb ja tööriistad paranevad, võime oodata ZKP-de veelgi laiemat kasutuselevõttu tulevikus, andes kasutajatele suurema kontrolli oma andmete üle ja soodustades turvalisemat ja usaldusväärsemat digitaalset maailma.

See postitus pakub lähtepunkti TypeScripti ZKP-de maailma uurimiseks. Jätkake õppimist, katsetamist ja panustamist kasvavasse kogukonda, et aidata kujundada privaatsust suurendavate tehnoloogiate tulevikku.