اثبات‌های دانش صفر-دانشی تایپ‌اسکریپت: فناوری حریم خصوصی با ایمنی نوع

در چشم‌انداز دیجیتال امروزی، حریم خصوصی از اهمیت بالایی برخوردار است. ما به عنوان توسعه‌دهندگان، مسئولیت ساخت برنامه‌هایی را داریم که از داده‌های کاربر محافظت کرده و تعاملات امن را تضمین می‌کنند. اثبات‌های دانش صفر-دانشی (ZKPs) یک تکنیک رمزنگاری است که به یک طرف (اثبات‌کننده) اجازه می‌دهد به طرف دیگری (تأییدکننده) ثابت کند که یک گزاره درست است، بدون اینکه اطلاعاتی فراتر از اعتبار خود گزاره فاش شود. این فناوری در حال ایجاد انقلابی در صنایع مختلف، از امور مالی و مراقبت‌های بهداشتی گرفته تا سیستم‌های رأی‌گیری و مدیریت زنجیره تأمین است.

این پست وبلاگ به بررسی دنیای ZKPs می‌پردازد و بر پیاده‌سازی و استفاده از آن‌ها با تایپ‌اسکریپت تمرکز دارد. تایپ‌اسکریپت، با سیستم نوع قوی خود، یک محیط قدرتمند برای توسعه برنامه‌های ZKP امن و قابل اعتماد فراهم می‌کند. ما مفاهیم اساسی، نمونه‌های عملی و مزایای ترکیب ZKPs با ویژگی‌های ایمنی نوع تایپ‌اسکریپت را بررسی خواهیم کرد.

ZKPs چیست؟

در اصل، یک اثبات دانش صفر-دانشی، پروتکلی بین دو طرف است: اثبات‌کننده و تأییدکننده. اثبات‌کننده قصد دارد تأییدکننده را متقاعد کند که دانش خاصی دارد یا یک شرط خاص را برآورده می‌کند، بدون اینکه خود دانش را فاش کند. یک سناریو را تصور کنید که آلیس می‌خواهد به باب ثابت کند که راه‌حل پازل سودوکو را می‌داند، بدون اینکه راه‌حل را به او نشان دهد. ZKPs به او این امکان را می‌دهند.

ویژگی‌های کلیدی اثبات‌های دانش صفر-دانشی:

• کامل بودن: اگر گزاره درست باشد، یک اثبات‌کننده صادق می‌تواند یک تأییدکننده صادق را متقاعد کند.
• سلامت: اگر گزاره نادرست باشد، هیچ اثبات‌کننده‌ای نمی‌تواند یک تأییدکننده صادق را متقاعد کند.
• دانش صفر: تأییدکننده چیزی فراتر از اعتبار گزاره یاد نمی‌گیرد.

انواع اثبات‌های دانش صفر-دانشی:

چندین نوع ZKPs وجود دارد که هر کدام نقاط قوت و ضعف خاص خود را دارند. برخی از مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• zk-SNARKs (استدلال‌های دانش غیر تعاملی مختصر صفر-دانشی): به دلیل اندازه اثبات کوچک و زمان تأیید سریع، برای برنامه‌های درون زنجیره‌ای مناسب هستند. با این حال، آن‌ها اغلب به راه‌اندازی مورد اعتماد نیاز دارند.
• zk-STARKs (استدلال‌های دانش مقیاس‌پذیر شفاف صفر-دانشی): مقیاس‌پذیری و شفافیت بیشتری را ارائه می‌دهند، زیرا نیازی به راه‌اندازی مورد اعتماد ندارند. با این حال، آن‌ها معمولاً منجر به اندازه‌های اثبات بزرگ‌تری می‌شوند.
• پروتکل‌های سیگما: پروتکل‌های تعاملی که می‌توانند با استفاده از روش اکتشافی Fiat-Shamir غیر تعاملی شوند.

چرا تایپ‌اسکریپت برای اثبات‌های دانش صفر-دانشی؟

تایپ‌اسکریپت چندین مزیت را برای توسعه برنامه‌های ZKP به ارمغان می‌آورد:

• ایمنی نوع: سیستم تایپ استاتیک تایپ‌اسکریپت به شناسایی زودهنگام خطاها در فرآیند توسعه کمک می‌کند، خطر وجود اشکالات را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان کد را بهبود می‌بخشد. این امر هنگام کار با الگوریتم‌های رمزنگاری پیچیده بسیار مهم است.
• قابلیت نگهداری کد: پشتیبانی تایپ‌اسکریپت از برنامه‌نویسی شی‌گرا و ماژولار بودن، درک، نگهداری و گسترش کد را آسان‌تر می‌کند.
• تجربه توسعه‌دهنده بهبود یافته: تایپ‌اسکریپت ابزارهای عالی، از جمله تکمیل خودکار، بازآفرینی و پشتیبانی از اشکال‌زدایی را فراهم می‌کند و بهره‌وری توسعه‌دهندگان را افزایش می‌دهد.
• سازگاری با جاوااسکریپت: تایپ‌اسکریپت به جاوااسکریپت کامپایل می‌شود و از سازگاری با طیف گسترده‌ای از پلتفرم‌ها و مرورگرها اطمینان حاصل می‌کند.

راه‌اندازی یک محیط توسعه ZKP تایپ‌اسکریپت

قبل از پرداختن به کد، بیایید محیط توسعه خود را راه‌اندازی کنیم. ما به Node.js، npm (یا yarn) و یک ویرایشگر کد مانند VS Code نیاز داریم.

1. نصب Node.js و npm: Node.js را از وب‌سایت رسمی (nodejs.org) بارگیری و نصب کنید. npm معمولاً همراه با Node.js ارائه می‌شود.
2. نصب تایپ‌اسکریپت: یک ترمینال را باز کنید و اجرا کنید: npm install -g typescript
3. نصب Circom و SnarkJS (در صورت استفاده از zk-SNARKs): این ابزارها برای تعریف و کامپایل مدارها برای zk-SNARKs ضروری هستند. آن‌ها را به صورت جهانی با استفاده از: npm install -g circom snarkjs نصب کنید
4. ایجاد یک پروژه تایپ‌اسکریپت جدید: یک دایرکتوری جدید برای پروژه خود ایجاد کنید و یک پروژه تایپ‌اسکریپت را راه‌اندازی کنید: mkdir my-zkp-project && cd my-zkp-project && tsc --init
5. نصب کتابخانه‌های لازم: هر کتابخانه دیگری مورد نیاز را نصب کنید، مانند کتابخانه‌هایی برای رسیدگی به اعداد بزرگ یا انجام عملیات رمزنگاری. به عنوان مثال: npm install snarkjs circomlib @noble/curves

مثال: یک zk-SNARK ساده با تایپ‌اسکریپت

بیایید یک مثال اولیه zk-SNARK را با استفاده از Circom و SnarkJS نشان دهیم. این مثال دانش اثبات یک مقدار مخفی 'x' را نشان می‌دهد، به طوری که x * x * x + x == 35.

1. تعریف مدار Circom (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(); ```

این مدار یک محاسبه ساده را تعریف می‌کند: `x^3 + x = 35`. هدف اثبات دانش 'x' بدون فاش کردن مقدار آن است.

2. کامپایل مدار Circom:

از کامپایلر Circom برای تولید نمایش R1CS (سیستم محدودیت رتبه-1) و کد WASM استفاده کنید:

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

3. تولید کلیدهای اثبات و تأیید:

SnarkJS برای انجام راه‌اندازی مورد اعتماد و تولید کلیدهای اثبات و تأیید استفاده می‌شود. مهم: در یک محیط تولید، یک محاسبه چند حزبی امن (MPC) باید برای راه‌اندازی مورد اعتماد استفاده شود تا از آسیب‌پذیری‌ها جلوگیری شود.

```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. تولید شاهد:

یک فایل تایپ‌اسکریپت (مثلاً `generate_witness.ts`) ایجاد کنید تا شاهد را تولید کنید، که حاوی مقادیر همه سیگنال‌های موجود در مدار برای یک ورودی معین است.

```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(); ```

snarkjs را با استفاده از npm نصب کنید: npm install snarkjs. سپس فایل تایپ‌اسکریپت را اجرا کنید: ts-node generate_witness.ts. ممکن است لازم باشد ts-node را نصب کنید: npm install -g ts-node

5. تولید اثبات:

فایل `generate_witness.ts` را تغییر دهید تا اثبات را نیز تولید کند:

```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(); ```

اسکریپت را اجرا کنید: ts-node generate_witness.ts.

6. تأیید اثبات:

یک فایل تایپ‌اسکریپت دیگر (مثلاً `verify_proof.ts`) ایجاد کنید تا اثبات تولید شده را تأیید کنید.

```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(); ```

قبل از اجرای اسکریپت تأیید، کلید تأیید را از فایل `.zkey` صادر کنید:

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

اسکریپت تأیید را اجرا کنید: ts-node verify_proof.ts.

این مثال گردش کار اساسی ایجاد و تأیید zk-SNARK را با استفاده از Circom، SnarkJS و تایپ‌اسکریپت نشان می‌دهد. در حالی که این یک مثال ساده شده است، مراحل اصلی درگیر را برجسته می‌کند.

موارد استفاده دنیای واقعی از ZKPهای تایپ‌اسکریپت

ZKPs در حال یافتن کاربردهایی در صنایع مختلف هستند:

• امور مالی غیرمتمرکز (DeFi): محافظت از حریم خصوصی کاربر در پروتکل‌های DeFi، فعال کردن تراکنش‌های محرمانه و تأیید وثیقه وام بدون فاش کردن اطلاعات حساس. به عنوان مثال، پنهان کردن مبالغ تراکنش و هویت فرستنده/گیرنده در صرافی‌های غیرمتمرکز (DEXs).
• مدیریت زنجیره تأمین: تأیید اصالت و منشأ کالاها بدون فاش کردن اطلاعات حساس تأمین‌کننده. این می‌تواند به جلوگیری از جعل و اطمینان از منبع‌یابی اخلاقی کمک کند. به عنوان مثال، اثبات منشأ و گواهینامه‌های یک محصول بدون فاش کردن جزئیات خاص کارخانه.
• سیستم‌های رأی‌گیری: ساخت سیستم‌های رأی‌گیری الکترونیکی امن و خصوصی که در آن می‌توان آرا را بدون فاش کردن ترجیحات رأی‌دهندگان فردی تأیید کرد. این امر انتخابات منصفانه و شفاف را تضمین می‌کند.
• مراقبت‌های بهداشتی: به اشتراک گذاشتن داده‌های پزشکی به صورت ایمن و خصوصی. بیماران می‌توانند ثابت کنند که معیارهای سلامتی خاصی را برآورده می‌کنند، بدون اینکه کل سابقه پزشکی خود را فاش کنند. به عنوان مثال، اثبات مصونیت در برابر یک بیماری بدون افشای سایر شرایط پزشکی.
• مدیریت هویت: تأیید هویت کاربر بدون فاش کردن اطلاعات شخصی حساس. کاربران می‌توانند ثابت کنند که بیش از یک سن خاص هستند، بدون اینکه تاریخ تولد دقیق خود را فاش کنند.
• یادگیری ماشینی: تأیید صحت مدل‌ها و مجموعه‌های داده یادگیری ماشینی بدون فاش کردن داده‌های اساسی. این برای اطمینان از انصاف و جلوگیری از سوگیری بسیار مهم است.

موضوعات و ملاحظات پیشرفته

فراتر از اصول اولیه، چندین موضوع پیشرفته ارزش بررسی دارند:

• انتخاب سیستم ZKP مناسب: انتخاب سیستم ZKP مناسب (zk-SNARKs، zk-STARKs و غیره) به الزامات خاص برنامه بستگی دارد، با در نظر گرفتن عواملی مانند اندازه اثبات، زمان تأیید و فرضیات امنیتی.
• پیاده‌سازی مدارهای سفارشی: طراحی مدارهای کارآمد و ایمن برای بهینه‌سازی عملکرد ZKP بسیار مهم است. این امر مستلزم درک عمیق اصول رمزنگاری اساسی و بررسی دقیق محدودیت‌ها است.
• رسیدگی به مجموعه‌های داده بزرگ: پردازش مجموعه‌های داده بزرگ در برنامه‌های ZKP می‌تواند چالش‌برانگیز باشد. تکنیک‌هایی مانند درختان مرکل و ZKPهای بازگشتی را می‌توان برای بهبود مقیاس‌پذیری استفاده کرد.
• ممیزی‌های امنیتی: ممیزی‌های امنیتی کامل برای شناسایی و کاهش آسیب‌پذیری‌های احتمالی در پیاده‌سازی ZKP ضروری است. با محققان امنیتی با تجربه درگیر شوید تا کد و طرح‌های مدار شما را بررسی کنند.
• بهینه‌سازی عملکرد: بهینه‌سازی عملکرد برنامه‌های ZKP برای استقرار در دنیای واقعی بسیار مهم است. نمایه کردن کد و مدارها می‌تواند به شناسایی تنگناها و زمینه‌های بهبود کمک کند.

بهترین روش‌ها برای توسعه برنامه‌های ZKP تایپ‌اسکریپت

در اینجا چند روش توصیه شده وجود دارد که هنگام توسعه برنامه‌های ZKP تایپ‌اسکریپت باید دنبال کنید:

• اولویت دادن به امنیت: امنیت باید در طول فرآیند توسعه در اولویت قرار گیرد. از کتابخانه‌های رمزنگاری معتبر استفاده کنید و بهترین روش‌های امنیتی را دنبال کنید.
• نوشتن کد واضح و مختصر: کدی بنویسید که درک و نگهداری آن آسان باشد. از نام‌های متغیر معنادار استفاده کنید و برای توضیح منطق پیچیده، نظر اضافه کنید.
• آزمایش کامل: کد خود را به طور کامل آزمایش کنید تا مطمئن شوید که به درستی کار می‌کند و در برابر حملات مقاوم است. از تست واحد، تست یکپارچه‌سازی و تست فاز برای پوشش سناریوهای مختلف استفاده کنید.
• مستندسازی کد خود: کد خود را به طور واضح و جامع مستند کنید. توضیحات دقیقی از طراحی مدار، پروتکل‌های رمزنگاری و استفاده از API ارائه دهید.
• به‌روز ماندن: حوزه ZKPs دائماً در حال تکامل است. برای اطمینان از ایمن و کارآمد ماندن برنامه‌های خود، با آخرین تحقیقات و پیشرفت‌ها به‌روز باشید.
• استفاده از Linter و Format: سبک کد ثابت را با استفاده از linters و formatters (به عنوان مثال، ESLint، Prettier) اعمال کنید.
• طراحی ماژولار: کد خود را به ماژول‌های کوچکتر و قابل استفاده مجدد تقسیم کنید تا قابلیت نگهداری و قابلیت آزمایش را بهبود بخشید.

نتیجه‌گیری

اثبات‌های دانش صفر-دانشی یک فناوری قدرتمند با پتانسیل ایجاد انقلابی در حریم خصوصی و امنیت در حوزه‌های مختلف است. با استفاده از ایمنی نوع تایپ‌اسکریپت و ویژگی‌های دوستدار توسعه‌دهنده، می‌توانیم برنامه‌های ZKP قوی و قابل اطمینانی بسازیم. در حالی که توسعه برنامه‌های ZKP مستلزم توجه دقیق به جزئیات و درک قوی از رمزنگاری است، مزایای افزایش حریم خصوصی و امنیت آن را به یک تلاش ارزشمند تبدیل می‌کند. با بالغ شدن فناوری و بهبود ابزارها، می‌توانیم انتظار داشته باشیم که پذیرش گسترده‌تری از ZKPs در آینده را ببینیم، که به کاربران کنترل بیشتری بر داده‌های خود می‌دهد و دنیای دیجیتالی امن‌تر و قابل اعتمادتر را پرورش می‌دهد.

این پست نقطه‌ای شروعی برای کاوش در دنیای ZKPهای تایپ‌اسکریپت است. به یادگیری، آزمایش و مشارکت در جامعه رو به رشد ادامه دهید تا به شکل‌دهی آینده فناوری‌های افزایش‌دهنده حریم خصوصی کمک کنید.