Zero-Knowledge Scalable Transparant Arguments of Knowledge
Zk-STARKs (een afkorting voor Zero-Knowledge Scalable Transparant Arguments of Knowledge) is een technologie binnen blockchainnetwerken, om de privacy en beveiliging van cryptocurrency-transacties te bevorderen, zonder afbreuk te doen aan de schaalbaarheid en transparantie. Blockchain-ecosystemen (zoals bijvoorbeeld het Bitcoin-netwerk) onthullen in principe alle transactiedetails aan het publiek. Alle uitgevoerde BTC-transacties worden openbaar gepubliceerd op de blockchain. Het prijsgeven van de transactiedetails kan soms leiden tot privacy-problemen. Zk-STARKs bieden hier een innovatieve oplossing voor.
Nulkennisbewijzen
Zk-STARks spelen een belangrijke rol in blockchainnetwerken door het mogelijk te maken om bewijs van juistheid (proof) van gegevens te leveren, zonder de specifieke details van de gegevens zelf te onthullen. Deze zogenaamde ‘zero-knowlegde proofs’ (nulkennisbewijzen) stellen blockchain-gebruikers in staat om te bewijzen dat ze bepaalde informatie kennen, zonder deze informatie zelf bloot te geven. Privacy bij financiële transacties kan belangrijk zijn om verschillende redenen. Het openbaar maken van transactiedetails (zoals transactiebedragen, ontvangers en afzenders) kan leiden tot ongewenste inbreuken op de privacy van mensen. Financiële informatie kan immers worden gebruikt om iemands levensstijl, gewoonten of vermogenspositie af te leiden.
Zakelijke transacties
Ook bedrijven voeren dagelijks talloze zakelijke financiële transacties uit, variërend van betalingen aan leveranciers tot de uitbetaling van salarissen voor werknemers. Het blootstellen van deze transacties kan concurrenten inzicht geven in de bedrijfsactiviteiten, strategieën en partnerschappen. Door de financiële details te maskeren, behouden bedrijven hun concurrentievoordeel en beschermen ze hun bedrijfsgeheimen. In zakelijke relaties worden vaak financiële transacties uitgevoerd als onderdeel van onderhandelingen. Het openbaar maken van deze details kan de onderhandelingspositie van een partij verzwakken, door concurrenten inzicht te geven in hun financiële mogelijkheden en beperkingen. Zk-STARKs dragen sterk bij aan het beschermen van deze gevoelige transactiegegevens.
Phishing- of oplichtingspogingen
Zk-STARKs kunnen helpen bij het tegengaan van gerichte aanvallen. Als financiële transacties openbaar zijn, dan kan dit kwaadwillende partijen in de kaart spelen en de mogelijkheid bieden om gerichte aanvallen en frauduleuze activiteiten uit te voeren. Als een oplichter of een andere malafide partij toegang heeft tot de financiële geschiedenis van personen of bedrijven, dan kunnen zij de zwakke plekken identificeren en doelgerichte phishing- of oplichtingspogingen uitvoeren. Bovendien hebben sommige financiële transacties betrekking op gevoelige informatie (zoals bijvoorbeeld medische kosten, juridische vergoedingen en donaties aan goededoelenorganisaties). Het openbaar maken van dergelijke transacties kan leiden tot onbedoelde onthulling van persoonlijke of gevoelige informatie die de betrokken partijen om welke reden dan ook liever privé houden.
Voorkomen van identiteitsdiefstal
Gedetailleerde financiële informatie kan worden gebruikt om identiteitsdiefstal te vergemakkelijken. Met toegang tot iemands financiële gegevens kunnen criminelen schadelijke activiteiten uitvoeren, zoals het openen van valse rekeningen of het plegen van financiële fraude. Het waarborgen van de privacy van financiële transacties is dan ook essentieel om individuen, bedrijven en andersoortige organisaties optimaal te beschermen tegen een breed scala aan bedreigingen. Met zk-STARKs kan de bescherming van de transactiedetails binnen blockchainnetwerken, op een efficiënte manier worden gewaarborgd.
Wat is het verschil tussen zk-STARKs en zk-SNARKs?
Zk-SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) werd eerder ontwikkeld dan zk-STARKs. Zk-STARKs. Het is in feite een verbetering van het zk-SNARKs-protocol en biedt een aantal extra voordelen op het gebied van schaalbaarheid. Daarnaast kent zk-STARKs een grotere flexibiliteit bij het behandelen van complexe bewijzen. Zowel zk-STARKs als zk-SNARKs zijn ‘niet-interactief’. Dat wil zeggen dat er géén communicatie of interactie nodig is tussen de bewijzende en verifiërende partij, nadat de proof is gegenereerd. Zk-STARKs-bewijzen zijn meestal langer dan die van zk-SNARKs. Dit kan een negatieve invloed hebben op de verificatietijd van de proofs. Echter blijven zk-STARKs nog steeds zeer geschikt voor blockchainapplicaties (dApps), waarvoor schaalbaarheid en transparantie essentieel zijn.
Schaalbaarheid
Waar zk-SNARKs vooral bekend staan om hun efficiëntie bij het produceren van korte nulkennisbewijzen, blinken zk-STARKs uit in schaalbaarheid. Zk-STARKs zijn in staat om complexe proofs te verwerken, zonder afhankelijk te zijn van een vooraf ingestelde structuur. Hierdoor zijn zk-STARKs geschikter voor bredere blockchaintoepassingen en -netwerken met grotere schaal. Zk-STARKs en zk-SNARKs streven weliswaar in principe dezelfde doelen na (namelijk het bewijzen van kennis zonder de details van de informatie te onthullen), maar ze verschillen op technische niveau. Zo hebben zk-STARKs in tegenstelling tot zk-SNARKs géén ‘geheime toets’ (een specifieke waarde) nodig. Bij zk-SNARKs is de geheime toets een cruciaal onderdeel van het bewijs-mechanisme.
Geheime toets
Als iemand toegang krijgt tot de geheime toets, dan kan dit de beveiliging van transacties op de blockchain in gevaar brengen. Het gebruik van een geheime toets in zk-SNARKs betekent dat de veiligheid van het hele systeem, afhankelijk is van het geheimhouden van die toets. Als de geheime toets door kwaadwillenden wordt gecompromitteerd, dan kan een aanvaller bewijzen genereren en mogelijk de beveiliging van het systeem omzeilen. In zk-STARKs wordt dit risico geëlimineerd omdat er simpelweg géén geheime toets is, die kan worden gecompromitteerd. Doordat zk-STARKs geen behoefte hebben aan een geheime toets, zijn deze proofs beter bestand tegen bepaalde soorten aanvallen en wordt de transparantie verhoogd. Een geheime toets is een specifieke waarde die nodig is om het bewijs (de proof) te genereren en te verifiëren, maar die niet openbaar wordt gemaakt.
Privacy en vertrouwelijkheid
Stel nu dat je wilt bewijzen dat je deel uitmaakt van een geheime club, zonder de naam van deze club prijs te geven. In dit geval zou de geheime toets een bepaalde waarde zijn die alleen bekend is bij de clubleden. Je zou dan een bewijs kunnen presenteren dat aantoont dat je de juiste toets hebt, zonder de eigenlijke waarde van die toets te onthullen. Hierdoor kunnen anderen verifiëren dat je bij de club hoort, zonder te weten wat de geheime toets is. In de context van zk-SNARKs zijn geheime toetsen nodig om bewijzen te creëren en te verifiëren, zonder de daadwerkelijke informatie prijs te geven. Het idee is om te laten zien dat je over bepaalde informatie beschikt (bijvoorbeeld dat je een transactie kunt uitvoeren, zonder de details van de transacties openbaar te maken). Dit draagt bij aan het behoud van privacy en vertrouwelijkheid in situaties waarin de feitelijke gegevens niet publiek mogen worden gemaakt.
Minder afhankelijkheid van een enkele vertrouwde partij
Bij zk-SNARKs is het dus noodzakelijk om te vertrouwen op een correcte en veilige initiële setup, om de geheime toets te genereren. Bij deze ‘vertrouwde setup’ moet er vertrouwen worden gesteld in degenen die de initiële parameters en sleutels genereren. Wanneer deze parameters niet op de juiste manier worden gegenereerd of gemanipuleerd zijn, dan zou dit het blockchainnetwerk kunnen schaden. Zk-STARKs daarentegen hebben minder afhankelijkheid van een enkele vertrouwde partij, waardoor het een meer gedecentraliseerd en robuuster privacy-protocol is. Hoewel het ontbreken van een geheime toets voordelen biedt, hebben zk-STARKs hun eigen technische complexiteit en beperkingen. Ze hebben doorgaans grotere en complexere bewijzen nodig dan ZK-SNARKs, wat kan leiden tot hogere berekeningskosten. Desalniettemin blijven zk-STARKs een belangrijke ontwikkeling op het gebied van privacy en beveiliging in blockchain-ecosystemen, en andere netwerken waar zero-knowledge proofs worden toegepast.
Initiële parameters
Zk-STARks hebben dus niet per sé een vertrouwde initiële setup nodig en zk-SNARKs hebben wél een vertrouwde initiële setup nodig. De parameters van de initiële setup worden publiek gemaakt, terwijl de geheime toets geheim wordt gehouden. De vertrouwelijkheid van de geheime toets is essentieel om de beveiliging van het zk-SNARKs-systeem te waarborgen. Als de geheime toets wordt gecompromitteerd, dan kunnen aanvallers valse proofs genereren die er legitiem uitzien. De initiële setup van zk-SNARKs kan echter als een zwak punt worden beschouwd, omdat het altijd vertrouwen vereist in de juiste uitvoering van dit proces. Als degenen die de vertrouwde initiële setup uitvoeren slechte bedoelingen hebben, dan kan dit de veiligheid van de blockchain-transacties ondermijnen. Bij een vertrouwde setup zou men er in principe van uit moeten kunnen gaan, dat de initiële parameters correct en eerlijk zijn gegenereerd.
Reed-Solomon fout-correctie codes en algebraïsche geometrie
Zoals eerder gezegd maken zk-STARKs niet noodzakelijkerwijs gebruik van een vertrouwde initiële setup. In plaats daarvan gebruiken hanteren ze andere benadering voor het creëren van zero-knowledge proofs. Ze maken gebruik van wiskundige principes zoals bijvoorbeeld ‘Reed-Solomon fout-correctie codes’ en ‘algebraïsche geometrie‘, om bewijzen te genereren zonder een geheime toets. Zk-STARKs vertrouwen op het complexe wiskundige karakter van hun constructie om bewijzen te creëren die zelfstandig kunnen worden geverifieerd, zonder de geheime informatie. Hierdoor zijn zk-STARKs minder afhankelijk van één enkele zwakke plek (zoals een geheime toets).
Misbruik van privacy-coins
Zk-STARKs en zk-SNARKs worden veel gebruikt door privacy-coins, waarmee anonieme transacties kunnen worden uitgevoerd. Privacy-coins worden scherp in de gaten gehouden door financieel toezichthouders, omdat deze cryptocurrency’s op grote schaal kunnen worden gebruikt voor illegale activiteiten, zoals het witwassen van geld, belastingontduiking en de financiering van terrorisme. Overheden willen eenvoudigweg niet dat deze geavanceerde, complexe privacy-technologieën worden misbruikt om dit soort criminele activiteiten te vergemakkelijken.
Nieuwe Europese crypto wetgeving
Bovendien kunnen dit soort technologieën onverwachte risico’s met zich meebrengen, voor de financiële stabiliteit en integriteit van ons traditionele monetaire geldsysteem. Toezichthouders op de financiële markten moeten ervoor zorgen dat technologische innovaties niet leiden tot het ontduiken van wet- en regelgeving. Daarom werkt de Europese Unie momenteel aan nieuwe regels voor het gebruik van blockchaintoepassingen en crypto-activa. Wat de gevolgen van deze nieuwe regelgeving precies zullen zijn voor privacy-coins die gebruikmaken van zero-knowledge proofs, zoals zk-STARKs en zk-SNARKs, is nog onduidelijk. De nieuwe Europese crypto wetgeving (de MiCA-verordening) wordt naar verwachting eind 2024 ingevoerd in alle 27 EU-lidstaten.
Conclusie
Zk-STARKs is een cryptografische privacy-technologie die onder meer wordt gebruikt in blockchainnetwerken. Zk-STARKs maken gebruik van geavanceerde wiskundige technieken en algoritmen om zero-knowledge proofs (nulkennisbewijzen) te genereren en te verifiëren. Deze nulkennisbewijzen stellen een partij in staat om aan een andere partij te bewijzen dat ze bepaalde kennis bezitten, zonder de daadwerkelijke kennis zelf te onthullen. Daarom biedt zk-STARKs een innovatieve oplossing voor de verificatie, beveiliging en het anonimiseren van financiële transacties.
Op de hoogte blijven van de ontwikkelingen op het gebied van blockchaintechnologie? Meld je dan nu aan voor de blogpost!