TypeScript dokazi nultog znanja: Tehnologija privatnosti uz sigurnost tipa

U današnjem digitalnom okruženju, privatnost je najvažnija. Kao razvojni inženjeri, imamo odgovornost graditi aplikacije koje štite korisničke podatke i osiguravaju sigurne interakcije. Dokazi nultog znanja (ZKP) su kriptografska tehnika koja omogućuje jednoj strani (dokazivaču) da drugoj strani (provjeravatelju) dokaže da je izjava istinita, bez otkrivanja ikakvih informacija izvan valjanosti same izjave. Ova tehnologija revolucionira razne industrije, od financija i zdravstva do sustava glasanja i upravljanja opskrbnim lancem.

Ovaj blog post zadire u svijet ZKP-a, fokusirajući se na njihovu implementaciju i korištenje s TypeScriptom. TypeScript, sa svojim robusnim sustavom tipova, pruža moćno okruženje za razvoj sigurnih i pouzdanih ZKP aplikacija. Istražit ćemo temeljne koncepte, praktične primjere i prednosti kombiniranja ZKP-a sa značajkama sigurnosti tipa TypeScripta.

Što su dokazi nultog znanja?

U svojoj srži, Dokaz nultog znanja je protokol između dviju strana: dokazivača i provjeravatelja. Dokazivač nastoji uvjeriti provjeravatelja da posjeduje određeno znanje ili ispunjava specifičan uvjet, ne otkrivajući samo znanje. Zamislite scenarij gdje Alice želi dokazati Bobu da zna rješenje Sudoku zagonetke, a da mu ne pokaže rješenje. ZKP-ovi joj omogućuju upravo to.

Ključna svojstva dokaza nultog znanja:

• Potpunost: Ako je izjava istinita, pošten dokazivač može uvjeriti poštenog provjeravatelja.
• Ispravnost: Ako je izjava lažna, nijedan dokazivač ne može uvjeriti poštenog provjeravatelja.
• Nulto znanje: Provjeravatelj ne saznaje ništa izvan valjanosti izjave.

Vrste dokaza nultog znanja:

Postoji nekoliko vrsta ZKP-a, svaka sa svojim prednostima i slabostima. Neki od najistaknutijih uključuju:

• zk-SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive ARguments of Knowledge): Poznati po maloj veličini dokaza i brzom vremenu provjere, što ih čini prikladnima za aplikacije na blockchainu. Međutim, često zahtijevaju pouzdano postavljanje.
• zk-STARKs (Zero-Knowledge Scalable Transparent ARguments of Knowledge): Nude veću skalabilnost i transparentnost, jer ne zahtijevaju pouzdano postavljanje. Međutim, općenito rezultiraju većim veličinama dokaza.
• Sigma Protokoli: Interaktivni protokoli koji se mogu učiniti neinteraktivnim pomoću Fiat-Shamir heuristike.

Zašto TypeScript za dokaze nultog znanja?

TypeScript donosi nekoliko prednosti razvoju ZKP aplikacija:

• Sigurnost tipa: TypeScriptov sustav statičkog tipiziranja pomaže u ranom hvatanju pogrešaka u procesu razvoja, smanjujući rizik od bugova i poboljšavajući pouzdanost koda. Ovo je ključno pri radu sa složenim kriptografskim algoritmima.
• Održivost koda: TypeScriptova podrška za objektno orijentirano programiranje i modularnost čini kod lakšim za razumijevanje, održavanje i proširivanje.
• Poboljšano iskustvo razvojnog inženjera: TypeScript pruža izvrsne alate, uključujući automatsko dovršavanje, refaktoriranje i podršku za otklanjanje pogrešaka, čime se poboljšava produktivnost razvojnog inženjera.
• Kompatibilnost s JavaScriptom: TypeScript se kompilira u JavaScript, osiguravajući kompatibilnost sa širokim rasponom platformi i preglednika.

Postavljanje razvojnog okruženja za TypeScript ZKP

Prije nego što zaronimo u kod, postavimo naše razvojno okruženje. Trebat će nam Node.js, npm (ili yarn) i uređivač koda poput VS Codea.

1. Instalirajte Node.js i npm: Preuzmite i instalirajte Node.js s službene web stranice (nodejs.org). npm je obično uključen s Node.js-om.
2. Instalirajte TypeScript: Otvorite terminal i pokrenite: npm install -g typescript
3. Instalirajte Circom i SnarkJS (ako koristite zk-SNARKs): Ovi su alati ključni za definiranje i kompilaciju sklopova za zk-SNARKs. Instalirajte ih globalno koristeći: npm install -g circom snarkjs
4. Kreirajte novi TypeScript projekt: Kreirajte novi direktorij za svoj projekt i inicijalizirajte TypeScript projekt: mkdir my-zkp-project && cd my-zkp-project && tsc --init
5. Instalirajte potrebne biblioteke: Instalirajte sve druge potrebne biblioteke, kao što su one za rukovanje velikim brojevima ili izvođenje kriptografskih operacija. Na primjer: npm install snarkjs circomlib @noble/curves

Primjer: Jednostavan zk-SNARK s TypeScriptom

Ilustrirajmo osnovni zk-SNARK primjer koristeći Circom i SnarkJS. Ovaj primjer demonstrira dokazivanje znanja tajne vrijednosti 'x' takve da je x * x * x + x == 35.

1. Definirajte Circom sklop (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(); ```

Ovaj sklop definira jednostavnu računicu: `x^3 + x = 35`. Cilj je dokazati poznavanje 'x' bez otkrivanja njegove vrijednosti.

2. Kompilirajte Circom sklop:

Koristite Circom kompajler za generiranje R1CS (Rank-1 Constraint System) reprezentacije i WASM koda:

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

3. Generirajte ključeve za dokazivanje i provjeru:

SnarkJS se koristi za izvođenje pouzdanog postavljanja i generiranje ključeva za dokazivanje i provjeru. Važno: U produkcijskom okruženju, za pouzdano postavljanje treba koristiti sigurno višestranačko računanje (MPC) kako bi se spriječile ranjivosti.

```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. Generirajte svjedoka:

Kreirajte TypeScript datoteku (npr. `generate_witness.ts`) za generiranje svjedoka, koja sadrži vrijednosti svih signala u sklopu za zadani ulaz.

```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(); ```

Instalirajte `snarkjs` koristeći npm: npm install snarkjs. Zatim pokrenite TypeScript datoteku: ts-node generate_witness.ts. Možda ćete morati instalirati `ts-node`: npm install -g ts-node

5. Generirajte dokaz:

Modificirajte datoteku `generate_witness.ts` da također generira dokaz:

```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(); ```

Pokrenite skriptu: ts-node generate_witness.ts.

6. Provjerite dokaz:

Kreirajte drugu TypeScript datoteku (npr. `verify_proof.ts`) za provjeru generiranog dokaza.

```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(); ```

Prije pokretanja skripte za provjeru, izvezite ključ za provjeru iz `.zkey` datoteke:

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

Pokrenite skriptu za provjeru: ts-node verify_proof.ts.

Ovaj primjer demonstrira osnovni tijek rada stvaranja i provjere zk-SNARK-a koristeći Circom, SnarkJS i TypeScript. Iako je ovo pojednostavljeni primjer, ističe ključne uključene korake.

Slučajevi korištenja TypeScript ZKP-a u stvarnom svijetu

ZKP-ovi pronalaze primjenu u raznim industrijama:

• Decentralizirane financije (DeFi): Zaštita privatnosti korisnika u DeFi protokolima, omogućavanje povjerljivih transakcija i provjera kolaterala za zajam bez otkrivanja osjetljivih informacija. Na primjer, skrivanje iznosa transakcija i identiteta pošiljatelja/primatelja na decentraliziranim burzama (DEXs).
• Upravljanje opskrbnim lancem: Provjera autentičnosti i podrijetla robe bez otkrivanja osjetljivih informacija o dobavljačima. To može pomoći u sprječavanju krivotvorenja i osiguravanju etičke nabave. Na primjer, dokazivanje podrijetla proizvoda i certifikata bez otkrivanja specifičnih detalja tvornice.
• Sustavi glasanja: Izgradnja sigurnih i privatnih sustava e-glasanja gdje se glasovi mogu provjeriti bez otkrivanja individualnih preferencija glasača. Time se osiguravaju pošteni i transparentni izbori.
• Zdravstvo: Sigurno i privatno dijeljenje medicinskih podataka. Pacijenti mogu dokazati da ispunjavaju određene zdravstvene kriterije bez otkrivanja cijele svoje medicinske povijesti. Na primjer, dokazivanje imuniteta na bolest bez otkrivanja drugih medicinskih stanja.
• Upravljanje identitetom: Provjera korisničkog identiteta bez otkrivanja osjetljivih osobnih podataka. Korisnici mogu dokazati da su stariji od određene dobi bez otkrivanja točnog datuma rođenja.
• Strojno učenje: Provjera integriteta modela strojnog učenja i skupova podataka bez otkrivanja temeljnih podataka. Ovo je ključno za osiguravanje pravednosti i sprječavanje pristranosti.

Napredne teme i razmatranja

Osim osnova, vrijedi istražiti nekoliko naprednih tema:

• Odabir pravog ZKP sustava: Odabir odgovarajućeg ZKP sustava (zk-SNARKs, zk-STARKs, itd.) ovisi o specifičnim zahtjevima aplikacije, uzimajući u obzir faktore poput veličine dokaza, vremena provjere i sigurnosnih pretpostavki.
• Implementacija prilagođenih sklopova: Dizajniranje učinkovitih i sigurnih sklopova ključno je za optimizaciju ZKP performansi. To zahtijeva duboko razumijevanje temeljnih kriptografskih principa i pažljivo razmatranje ograničenja.
• Rukovanje velikim skupovima podataka: Obrada velikih skupova podataka u ZKP aplikacijama može biti izazovna. Tehnike poput Merkle stabala i rekurzivnih ZKP-a mogu se koristiti za poboljšanje skalabilnosti.
• Sigurnosne revizije: Temeljite sigurnosne revizije bitne su za prepoznavanje i ublažavanje potencijalnih ranjivosti u ZKP implementacijama. Angažirajte iskusne sigurnosne istraživače za pregled vašeg koda i dizajna sklopova.
• Optimizacija performansi: Optimizacija performansi ZKP aplikacija ključna je za implementaciju u stvarnom svijetu. Profiliranje vašeg koda i sklopova može pomoći u prepoznavanju uskih grla i područja za poboljšanje.

Najbolje prakse za razvoj TypeScript ZKP aplikacija

Evo nekoliko najboljih praksi koje treba slijediti pri razvoju TypeScript ZKP aplikacija:

• Prioritizirajte sigurnost: Sigurnost bi trebala biti glavni prioritet tijekom cijelog razvojnog procesa. Koristite uspostavljene kriptografske biblioteke i slijedite najbolje sigurnosne prakse.
• Pišite jasan i sažet kod: Pišite kod koji je lako razumljiv i održiv. Koristite smislena imena varijabli i dodajte komentare za objašnjenje složene logike.
• Temeljito testirajte: Temeljito testirajte svoj kod kako biste osigurali da ispravno funkcionira i da je otporan na napade. Koristite jedinične testove, integracijske testove i fuzz testiranje za pokrivanje različitih scenarija.
• Dokumentirajte svoj kod: Jasno i sveobuhvatno dokumentirajte svoj kod. Pružite detaljna objašnjenja dizajna sklopa, kriptografskih protokola i upotrebe API-ja.
• Budite u toku: Područje ZKP-a stalno se razvija. Budite u toku s najnovijim istraživanjima i razvojem kako biste osigurali da vaše aplikacije ostanu sigurne i učinkovite.
• Koristite linting i formatiranje: Provedite dosljedan stil koda koristeći lintere i formatere (npr. ESLint, Prettier).
• Modularan dizajn: Razlomite svoj kod na manje, ponovno upotrebljive module kako biste poboljšali održivost i mogućnost testiranja.

Zaključak

Dokazi nultog znanja su moćna tehnologija s potencijalom da revolucionira privatnost i sigurnost u raznim domenama. Korištenjem TypeScriptove sigurnosti tipa i značajki prilagođenih razvojnim inženjerima, možemo izgraditi robusne i pouzdane ZKP aplikacije. Iako razvoj ZKP aplikacija zahtijeva pažljivu pozornost na detalje i snažno razumijevanje kriptografije, prednosti poboljšane privatnosti i sigurnosti čine ga vrijednim pothvatom. Kako tehnologija sazrijeva i alati se poboljšavaju, možemo očekivati još širu primjenu ZKP-a u budućnosti, osnažujući korisnike većom kontrolom nad njihovim podacima i potičući sigurniji i pouzdaniji digitalni svijet.

Ovaj post pruža polaznu točku za istraživanje svijeta TypeScript ZKP-a. Nastavite učiti, eksperimentirati i doprinosite rastućoj zajednici kako biste pomogli u oblikovanju budućnosti tehnologija za poboljšanje privatnosti.