Wie oft haben Sie wertvolle Minuten damit verbracht, Transaktionen auf Ethereum durchzuführen, oder viel Gas ($) ausgegeben, wenn zu viel Verkehr herrschte? Aber keine Angst. Es gibt eine Lösung für die langsamen Transaktionen und die hohen Gaskosten: die Einführung von Zero-Knowledge-Proofs (ZKP).

Geschichte

Das ZKP-Konzept ist eine faszinierende Anwendung der Kryptografie, die es einer Partei ermöglicht, einer anderen Partei die Wahrheit einer Aussage zu beweisen, ohne über die Gültigkeit der Aussage selbst hinaus weitere Informationen preiszugeben.

Das erste Papier, das das Konzept von ZKP vorstellte, wurde 1985 von Shafi Goldwasser und Silvio Micali vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) veröffentlicht. Ihr Artikel „Probabilistic Encryption“ zeigte, dass es möglich war, bestimmte Eigenschaften einer Zahl zu beweisen, ohne die Zahl selbst oder weitere Informationen darüber preiszugeben. Diese bahnbrechende Entdeckung ebnete den Weg für die Entwicklung von ZKPs als kritisches Werkzeug in der modernen Kryptographie.

So funktioniert es (ELI5)

Konzept: Beweiser und Verifizierer

Bei Zero-Knowledge-Beweisen sind die grundlegenden Rollen die Beweiser und Verifizierer. Die Beweiser versuchen, die Verifizierer davon zu überzeugen, dass sie Kenntnis von einem bestimmten Geheimnis haben, ohne das Geheimnis selbst preiszugeben. Die Verifizierer wiederum versuchen, die Behauptungen der Beweiser zu verifizieren, ohne das Geheimnis zu erfahren. Dies geschieht, indem die Beweiser Aufgaben ausführen müssen, die nur erledigt werden können, wenn sie das Geheimnis kennen. Der einfachste Weg, zu beweisen, dass man etwas weiß, ohne es preiszugeben, lässt sich mit dem oft verwendeten Beispiel „Wo ist Walter?“ zeigen.

Sie und ein Freund möchten Waldo finden. Sie wissen, wo Waldo auf dem Bild ist, aber Ihr Freund glaubt Ihnen nicht. Wie beweisen Sie Ihrem Freund, dass Sie wissen, wo Waldo ist, ohne seinen Standort preiszugeben?

Sie nehmen ein großes Stück Papier, um das gesamte Bild abzudecken, und zeigen Ihrem Freund das Bild von Waldo durch einen Ausschnitt. Sie können beweisen, dass Sie Waldos Aufenthaltsort kennen, Ihr Freund wird jedoch nicht erfahren, wo Waldo ist, da ihm die genauen Koordinaten von Waldo relativ zum Bild immer noch unbekannt sind.

Dies ist eine einfache Analogie zu einem ZKP. Jeder, der Waldo durch das Loch sieht, hat den Beweis, dass Waldo existiert und dass der Beweisende weiß, wo er ist, ohne weitere Informationen preiszugeben.

ZKPs in Blockchain

Während Blockchain uns große Vorteile wie Transparenz, Unveränderlichkeit und Dezentralisierung gebracht hat, fehlt es den aktuellen öffentlichen Blockchains völlig an Privatsphäre, was manchmal „nice to have“ wäre. Durch die Kombination von ZKPs mit Blockchain-Technologie können Projekte nun jedoch mehr Transaktionen schneller verarbeiten und gleichzeitig die Benutzerdaten sicher aufbewahren. Außerdem können komplexe Berechnungen durchgeführt werden, ohne dass vertrauliche Daten preisgegeben werden. ZKPs bieten Benutzern, die Kontrolle und Freiheit über ihre Informationen wünschen, Flexibilität und Auswahlmöglichkeiten. Daher ist es sinnvoll, dass Blockchain und ZKPs in Kombination mehrere Verwendungsmöglichkeiten haben.

Anwendungsfälle von ZKPs sind:

  • ZKP erhöht die Privatsphäre der Benutzer, indem es die Offenlegung persönlicher Informationen in öffentlichen Blockchains vermeidet.

  • ZKP stärkt die Informationssicherheit, indem es ineffektive Authentifizierungsmethoden ersetzt. ZKP beseitigt viele Schwachstellen, indem es Benutzern ermöglicht, den Besitz oder Zugriff auf Daten nachzuweisen, ohne vertrauliche Informationen preiszugeben.

  • ZKP erhöht den Blockchain-Durchsatz und die Skalierbarkeit. ZKP bewältigt einige Skalierbarkeitsprobleme, die mit der Blockchain-Technologie verbunden sind, indem es schnellere und sicherere Transaktionen ermöglicht.

Beispiele für führende ZK-basierte Blockchain-Projekte

Hier sind einige der beliebtesten Blockchain-Protokolle, die ZK-Technologie verwenden:

Dezentrale Speicherung mit zk-SNARK

  • Filecoin: Filecoin ist das bislang größte eingesetzte zk-SNARK-Netzwerk. Filecoin verwendet SNARKs sowohl für Proof of Replication (PoRep) als auch für Proof of Space-time (PoSt). Dies sind die zentralen kryptografischen Protokolle, auf die das Netzwerk angewiesen ist. Filecoin hat in 7 Runden insgesamt 258,2 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln aufgebracht. Die letzte Finanzierung erfolgte durch ein Initial Coin Offering in Höhe von 205,8 Millionen US-Dollar. Der Filecoin-Token FIL wird derzeit für 7 US-Dollar gehandelt und hat eine Marktkapitalisierung von 2,7 Milliarden US-Dollar. Der Filecoin-Speicher ist live und Entwickler verwenden die APIs oder Bibliotheken, um Daten an Speicherhelfer zu senden. Hinter den Kulissen empfangen Speicherhelfer die Daten und kümmern sich um die zugrunde liegenden Prozesse, um sie zuverlässig und dezentral zu speichern.

Datenschutzprojekte

  • Aztec Network: Aztec Network ist das erste private ZK-Rollup im Ethereum-Netzwerk. Es handelt sich um eine Datenschutz-Engine, die DApps nutzen, um Zugriff auf Datenschutz und Skalierbarkeit zu erhalten. Aztec hat in 4 Runden 119,1 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln aufgebracht. Ihre letzte Finanzierung betrug 100 Millionen US-Dollar aus einer von A16z geleiteten Serie-B-Runde. Aztec Connect, mit dem Benutzer mit Ethereum DeFi Dapps interagieren können, ist im Ethereum-Mainnet live. Es gibt kein Token für Aztec, aber ein Airdrop ist möglich.

Zk-Rollups

Die größte Herausforderung für Ethereum ist die Skalierbarkeit. Dies ist ein kritisches Problem, da es die Anzahl der Personen begrenzt, die das Netzwerk nutzen können, und es macht Transaktionen aufgrund der hohen Nachfrage nach On-Chain-Speicher und Rechenressourcen auch teurer.

Die Rollup-Technologie gewinnt rasant an Bedeutung. Rollups sind Smart Contracts, die den Rechen- und Speicherbedarf von Ethereum zum Validieren eines Transaktionsblocks reduzieren. Rollups tun dies, indem sie mehrere Transaktionen zu einer zusammenfassen. Die Aufgabe des Rollup-Smart Contracts ist es, sie zu zerlegen und alle in einer einzelnen Transaktion enthaltenen Übertragungen zu überprüfen, bevor sie als neuer Block an Ethereum gesendet werden. Es gibt zwei Hauptkategorien von L2-Rollups: Optimistic Rollups (OP-Rollups) und Zero-Knowledge-Rollups (ZK-Rollups).

  • Optimistisch – Nimmt standardmäßig an, dass Transaktionen gültig sind, müsste jedoch Transaktionen von vor bis zu 7 Tagen zurücksetzen, wenn jemand nachweisen kann, dass eine Transaktion nicht gültig war.

  • ZK – führt Berechnungen außerhalb der Kette durch und übermittelt einen Gültigkeitsnachweis an die Kette. Es verwendet fortschrittliche Kryptografie, um zu beweisen, dass kein Betrug vorliegt.

Zwischen den beiden Rollup-Arten gibt es komplexe Kompromisse.

ZK-Rollups können den Transaktionsdurchsatz von Ethereum erheblich steigern und gleichzeitig Sicherheit und Dezentralisierung aufrechterhalten. Sie verwenden zwei Verträge, den Haupt- und den Prüfvertrag, sowie eine virtuelle Off-Chain-Maschine, um Transaktionsstapel zu verarbeiten und Zero-Knowledge-Beweise zu validieren.

Die Richtigkeit der Gültigkeitsnachweise in ZK-Rollups kann mit mathematischen Beweisen garantiert werden, ohne dass es zu Verzögerungen bei der Transaktionsendgültigkeit kommt. Daher werden ZK-Rollups von vielen als potenzielle Endlösung für die Skalierung von Ethereum angesehen.

  • zkSync: zkSync ist eine vertrauenslose Skalierungs- und Datenschutzlösung für Ethereum auf Basis von ZK Roll-up, die darauf ausgelegt ist, Ethereum einen Durchsatz von Tausenden von Transaktionen pro Sekunde im VISA-Maßstab zu bieten, während die Gelder so sicher bleiben wie in den zugrunde liegenden L1-Konten und ein hohes Maß an Zensurresistenz gewährleistet ist. Matter Labs ist das Unternehmen hinter zkSync. Insgesamt hat Matter Labs 458 Millionen US-Dollar aufgebracht. Ihre letzte Finanzierung war eine von Blockchain Capital geleitete Serie-C-Runde über 200 Millionen US-Dollar. Das öffentliche Testnetz von zkSync ist derzeit live. Es gibt kein zkSync-Token, aber es gibt zahlreiche Gerüchte über einen bevorstehenden Airdrop.

  • Polygon hat sich zu einer der bemerkenswertesten Blockchain-Skalierungslösungen entwickelt. Polygon, zunächst als Ethereum-Sidechain bekannt, hat sich zu einer Skalierungslösung für Privathaushalte entwickelt. Polygon hat in 8 Runden 451,5 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln aufgebracht. Ihre letzte Runde war eine Serie-D-Runde im Wert von 450 Millionen US-Dollar unter der Leitung von Sequoia Capital. Polygons Token Matic hat eine Marktkapitalisierung von 11 Milliarden US-Dollar und wird derzeit zu 1,22 US-Dollar gehandelt. Polygon ist zu einem Schweizer Taschenmesser zur Behebung der Skalierbarkeitsprobleme von Ethereum geworden. Polygons zkEVM ist eine dezentrale Ethereum Layer 2-Skalierbarkeitslösung, die kryptografische Zero-Knowledge-Beweise verwendet. Die Markteinführung ist für Ende März geplant und verspricht eine Ethereum-kompatible Smart-Contract-Ausführung mit höherer Geschwindigkeit und geringeren Kosten. Bleiben Sie dran