Fonctionnement des preuves à connaissance nulle
Imaginez détenir un secret et devoir prouver à quelqu’un que vous le connaissez sans le révéler. C’est exactement ce que permettent les preuves à connaissance nulle (Zero-Knowledge Proofs, ou ZKP), un concept cryptographique révolutionnaire. Ces preuves permettent de démontrer la possession de certaines informations sans en divulguer le contenu.
Introduites dans les années 1980, les ZKP sont devenues essentielles pour la cryptographie moderne. Elles permettent des interactions numériques sécurisées et privées dans un monde de plus en plus axé sur les données.
Les ZKP sont une méthode cryptographique où une partie, appelée le prouveur, peut démontrer à une autre partie, le vérificateur, qu’elle connaît une information spécifique sans la révéler.
Les applications des preuves à connaissance nulle
Les ZKP sont utilisées dans divers domaines, notamment l’authentification, les protocoles de préservation de la vie privée et la technologie blockchain. Elles permettent de prouver la validité des transactions sur une blockchain sans révéler l’adresse de l’expéditeur ou le montant de la transaction.
Les types de preuves à connaissance nulle
Preuves interactives à connaissance nulle (ZKIP)
Les ZKIP nécessitent une série d’interactions entre le prouveur et le vérificateur pour valider la preuve. Le vérificateur pose des questions ou des défis et le prouveur doit répondre correctement en fonction de ses connaissances. Un exemple est le protocole de Schnorr, utilisé pour prouver la connaissance d’un logarithme discret sans le révéler.
Preuves non interactives à connaissance nulle (NIZK)
Les NIZK, introduites en 1988, éliminent la nécessité d’interactions en utilisant des algorithmes cryptographiques basés sur des paramètres convenus à l’avance. Les prouveurs génèrent une preuve que les vérificateurs peuvent vérifier à l’aide d’un autre algorithme. Bien que plus efficaces, les NIZK sont gourmands en ressources informatiques.
zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge)
Les zk-SNARK permettent de valider une déclaration sans en connaître les détails. Ils sont succincts, non interactifs et robustes, rendant la tricherie improbable. Utilisés dans des projets comme zkSync et Polygon zkEVM.
zk-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge)
Similaires aux zk-SNARK, les zk-STARK sont évolutifs et transparents. Ils sont plus rapides avec des témoins de grande taille et reposent sur des données aléatoires vérifiables publiquement, au lieu d’une configuration de confiance. Utilisés par StarkNet.
Autres types de preuves à connaissance nulle
1. Preuves statistiques à zéro connaissance : Convainquent un vérificateur avec une forte probabilité plutôt qu’une certitude, utiles pour certains protocoles cryptographiques.
2. Arguments de connaissance : Prouvent que le prouveur connaît un secret sans le révéler, comme le protocole Sigma pour les signatures numériques.
3. Preuves de non-connaissance en boîte noire : Permettent au vérificateur d’inspecter la preuve pour plus de transparence.
4. Preuves de connaissance sans connaissance : Démontrent la connaissance d’un secret et comment le dériver, comme le protocole d’identification de Schnorr.
Technologie de la chaîne de blocs (blockchain)
L’une des applications majeures des preuves à connaissance nulle est la technologie blockchain qui améliore la confidentialité et l’évolutivité des réseaux blockchain. Par exemple, Zcash (ZEC), une cryptomonnaie axée sur la protection de la vie privée, utilise les ZKP pour permettre aux utilisateurs de prouver qu’ils possèdent des fonds sans révéler l’historique des transactions ou le solde du compte.
Vérification de l’identité
Les ZKP sont utilisées pour la vérification d’identité sécurisée et respectueuse de la vie privée. Elles permettent de prouver qu’une personne a dépassé un certain âge sans révéler son âge exact ou sa date de naissance. Des entreprises comme QEDIT utilisent les ZKP pour permettre aux entreprises de vérifier l’intégrité de leurs données sans les exposer à des tiers, garantissant ainsi la confidentialité des données.
Vote numérique
Les ZKP peuvent garantir l’intégrité des systèmes de vote numérique tout en préservant la confidentialité des électeurs. Elles permettent de prouver qu’un vote a été effectué correctement sans révéler le vote réel. Le projet CIVITAS, par exemple, utilise les ZKP pour permettre un vote vérifiable et anonyme lors des élections.
Partage des données
Les ZKP facilitent le partage de données et la collaboration sécurisée. Elles permettent de prouver que certaines conditions sont remplies sans révéler les données sous-jacentes, ce qui permet aux parties de collaborer sans compromettre les informations sensibles.
Authentification et contrôle d’accès
Les ZKP peuvent améliorer les mécanismes d’authentification et de contrôle d’accès. Elles permettent de prouver la propriété d’un bien numérique sans révéler le bien lui-même, renforçant ainsi la sécurité des transactions numériques. Par exemple, le réseau Sovrin utilise les ZKP pour permettre aux individus de prouver des attributs tels que l’âge ou les qualifications sans révéler d’informations personnelles inutiles.
Avantages des ZKP
1. Confidentialité : Les ZKP permettent à une partie de prouver qu’elle a connaissance de quelque chose sans révéler l’information réelle. C’est crucial pour des applications où la confidentialité est primordiale, comme la vérification d’identité.
2. Sécurité : Elles renforcent la sécurité en permettant des calculs vérifiables sans exposer de données sensibles, ce qui est essentiel dans les applications de blockchain et de crypto-monnaie.
3. Efficacité : Les ZKP réduisent la surcharge de calcul et de communication associée à la preuve de validité d’une déclaration, les rendant adaptées à des environnements à ressources limitées.
4. Transparence : Les ZKP non interactives utilisant un caractère aléatoire vérifiable publiquement peuvent offrir une transparence dans la génération et la vérification des preuves, renforçant ainsi la confiance dans le système.
5. Évolutivité : Des types comme les zk-STARK offrent des avantages en termes d’évolutivité, permettant une génération et une vérification efficaces des preuves, même avec de grandes quantités de données.
Défis des ZKP
1. Complexité : La mise en œuvre et la compréhension des ZKP peuvent être complexes, nécessitant des compétences en cryptographie et en mathématiques, ce qui peut entraver leur adoption à grande échelle.
2. Intensité de calcul : La génération et la vérification des ZKP peuvent être gourmandes en ressources informatiques, posant des problèmes d’évolutivité dans les applications à fort volume de transactions.
3. Configuration de confiance : Certains ZKP nécessitent une phase de configuration de confiance pour générer des paramètres publics, dont l’intégrité doit être garantie pour prévenir les attaques.
4. Connaissance du prouveur : Les ZKP reposent sur l’hypothèse que le prouveur possède les informations secrètes qu’il prétend connaître, ce qui peut être difficile à vérifier sans révéler le secret.
5. Interopérabilité : Les différents systèmes ZKP peuvent avoir une interopérabilité limitée, compliquant leur utilisation sur diverses plateformes et applications de manière transparente.
