¿Qué es el algoritmo ZK-SNARK?

Descripción general de las pruebas de conocimiento cero

El primer paso para comprender los ZK-SNARK es comprender los fundamentos concisos de las pruebas de conocimiento cero. Estas pruebas permiten a una parte demostrar la validez de una afirmación a otra sin proporcionar detalles específicos al respecto.

Pensándolo de esta manera, resolver un rompecabezas y querer persuadir a tu amigo de tu logro sin revelar cómo lo hiciste representa la naturaleza central de las pruebas de conocimiento cero, donde una parte intenta convencer a la otra mientras que los métodos para alcanzar esos objetivos permanecen sin revelar.

Como concepto, las pruebas de conocimiento cero surgieron en la década de 1980 y se han utilizado ampliamente como un pilar crucial de la criptografía. Permiten un método de confianza y, posteriormente, de verificación, manteniendo la confidencialidad de la identidad.

En los sistemas en línea, las pruebas de conocimiento cero ayudan a confirmar la identidad del usuario sin proporcionar datos personales como el nombre completo y la dirección. Las aplicaciones que priorizan la seguridad y la privacidad encuentran estas pruebas particularmente útiles.

Su exclusiva capacidad para verificar conocimientos sin revelar el tema de conversación los coloca en una posición de gran ayuda para proteger información sensible y realizar transacciones o interacciones en condiciones privadas y seguras.

¿Qué significa ZK-SNARK?

ZK-SNARK es la abreviatura de “Argumento de conocimiento sucinto y no interactivo de conocimiento cero”.
Vamos a desglosarlo:

1. Conocimiento cero: Puedes demostrar que sabes algo sin revelar la información real. Por ejemplo, puedes demostrar que tienes la contraseña de una cuenta sin mostrarla.
2. Sucinto: La prueba es breve y eficiente, lo que significa que no ocupa mucho espacio ni requiere mucho tiempo para verificarla.
3. No interactiva: Los ZK-SNARK funcionan con un único mensaje del probador al verificador.
4. Argumento de conocimiento: Esto garantiza que el probador realmente conoce la información que dice conocer y no está mintiendo ni utilizando datos falsos.

Aunque el nombre completo suene técnico, los ZK-SNARK son una forma de crear pruebas privadas, eficientes y de un solo uso. Combinan técnicas criptográficas de vanguardia para ofrecer privacidad y rendimiento.

Comprensión de las pruebas de conocimiento cero

El concepto de conocimiento cero

En esencia, el conocimiento cero se centra en la privacidad. Imagina que quieres demostrarle a un amigo que conoces la contraseña de una bóveda sin decírselo. Podrías abrir la bóveda antes que él, pero tapar el teclado para que no vea el código. Sabrá que tienes acceso, pero nunca sabrá la contraseña.

En términos técnicos, una prueba de conocimiento cero debe satisfacer tres propiedades:

• Lo completo: El verificador quedará convencido por la prueba de que la afirmación es verdadera.
• Solvencia: El verificador no será engañado haciéndole creer que es verdad si la afirmación es falsa.
• Conocimiento cero: Durante la prueba no se revela ninguna información adicional sobre la declaración.

Estas propiedades garantizan que las pruebas de conocimiento cero sean seguras y privadas y deben utilizarse para aplicaciones
Desde verificaciones de credenciales de Internet protegidas hasta aplicaciones blockchain donde la confidencialidad es primordial, se utilizan en todo.

Por qué es importante el conocimiento cero en criptografía

En el mundo digital, la privacidad y la seguridad son primordiales. Los métodos de verificación tradicionales suelen requerir que se revele información confidencial, como una contraseña o datos personales. Las pruebas de conocimiento cero son un punto de inflexión para los sistemas seguros porque no lo hacen.

Por ejemplo, la votación en línea. Se podría usar la prueba de conocimiento cero para demostrar que se votó sin votar por un candidato específico. También se podría demostrar la validez de una transacción sin mostrar el monto ni las partes involucradas.

El papel de los ZK-SNARK en la criptografía

Los ZK-SNARK permiten aplicaciones reales de sistemas a prueba de conocimiento cero. Los sistemas basados ​​en blockchain, como Zcash, los utilizan porque la privacidad es primordial.

• Garantizan que las transacciones de blockchain permanezcan seguras y privadas y al mismo tiempo sean verificables.
• Permiten a los usuarios demostrar que una transacción es válida sin mostrar detalles privados, como quién la envió, quién la recibió o cuánto se envió.
• Son eficientes, lo que significa que no requieren muchos recursos computacionales ni tiempo para generar y verificar pruebas.

Más allá de la cadena de bloques, los ZK-SNARK se están aplicando en otras áreas, como los sistemas de votación seguros, el intercambio de datos confidenciales y la verificación de identidad digital. Su flexibilidad y eficacia los convierten en una excelente opción para mejorar la privacidad y la seguridad en diversas áreas.

Cómo funcionan los ZK-SNARK

La mecánica de los ZK-SNARK implica algunos pasos clave:

1. Generación de claves: La generación de claves criptográficas para la generación y verificación de pruebas mediante ZK-SNARKs implica una fase de configuración específica. Este paso es crucial, pero peligroso; el sistema podría dañarse si las claves no se generan de forma segura. Este proceso se conoce a menudo como el problema de los "residuos tóxicos", ya que cualquier dato sobrante de la generación de claves podría ser explotado.
2. Demostrando: El probador usa su información secreta (como la solución de un rompecabezas) y la clave de demostración para crear una prueba. Esta prueba demuestra que conoce la solución sin revelarla.
3. Verificación: El verificador utiliza la clave de verificación para comprobar la prueba. Si la prueba es válida, el verificador está convencido de que quien la ha probado conoce la solución, aunque no la haya visto.
4. Eficiencia: Los ZK-SNARK están diseñados para ser concisos, lo que significa que las pruebas son pequeñas y fáciles de verificar. Esto los hace ideales para sistemas como las cadenas de bloques, donde la eficiencia es crucial. Sin los ZK-SNARK, verificar cada transacción individualmente podría saturar el sistema.

Beneficios de los ZK-SNARK

Analicemos los beneficios que ofrecen los ZK-SNARK:

1. Privacidad: La revolucionaria tecnología de ZK-SNARKs permite a los miembros verificar su identidad sin revelar datos personales y, al mismo tiempo, realizar transacciones privadas en una red (Zcash) que no es completamente transparente. En una realidad donde la privacidad de los datos es cada vez más esencial, ZK-SNARKs ofrece los medios para mantener seguros los datos personales y transaccionales.
2. Eficiencia: Las pruebas de conocimiento cero tradicionales pueden ser computacionalmente pesadas y lentas. Los ZK-SNARK están diseñados para ser ligeros, lo que los hace prácticos para el uso diario. Esta eficiencia es especialmente valiosa en sistemas blockchain, donde la velocidad y la gestión de recursos son cruciales.
3. Escalabilidad: En sistemas como blockchain, los ZK-SNARK ayudan a mejorar la escalabilidad al reducir la carga computacional de los nodos. Dado que las pruebas son pequeñas y fáciles de verificar, la red puede gestionar más transacciones sin ralentizarse. Esta escalabilidad es clave para que los sistemas blockchain sean más usables y accesibles.
4. Seguridad: En sistemas como blockchain, los ZK-SNARK ayudan a mejorar la escalabilidad al reducir la carga computacional de los nodos. Dado que las pruebas son pequeñas y fáciles de verificar, la red puede gestionar más transacciones sin ralentizarse. Esta escalabilidad es clave para que los sistemas blockchain sean más usables y accesibles.
5. Versatilidad: Aunque ZK-SNARK suele asociarse con la cadena de bloques, sus aplicaciones van más allá. Puede utilizarse para identificación, sistemas de votación seguros, monitorización de la cadena de suministro, etc. Su capacidad para brindar privacidad y seguridad en diversas situaciones lo convierte en un recurso valioso para muchas industrias.

Componentes principales de los ZK-SNARK

«Argumento de Conocimiento Conciso y No Interactivo de Conocimiento Cero» es la abreviatura de ZK-SNARK. ¿Suena un nombre largo, verdad? Simplifiquémoslo.

1. Conocimiento cero: Una parte (el comprobador) puede demostrar algo a otra parte (el verificador) sin revelar la información. Es como decir: «Sé la contraseña sin mostrártela».
2. Sucinto: La prueba generada es pequeña y rápida de verificar, sin importar cuán complejos sean los datos originales o el cálculo.
3. No interactiva: A diferencia de los sistemas de prueba tradicionales que requieren comunicación de ida y vuelta, los ZK-SNARK funcionan con un solo mensaje del probador al verificador.
4. Argumento de conocimiento: Esto garantiza que el probador realmente posee la información que dice saber.

Juntos, estos componentes crean una forma segura y eficiente de demostrar algo sin revelar información confidencial.

Probador y verificador

El algoritmo ZK-SNARK gira en torno a dos actores clave:

1. Probador: Esta es la parte que quiere convencer a alguien de que conoce un secreto particular o ha realizado correctamente un cálculo específico.
2. Verificador: Este partido necesita ser convencido pero no quiere ni necesita ver todos los detalles.
Hay que convencer a esta parte, pero no quiere ni necesita ver todos los detalles. Por ejemplo, imagina que entras en una discoteca. El que prueba (tú) quiere demostrar que eres mayor de 21 años sin mostrar tu identificación ni revelar tu fecha de nacimiento.

Hay que convencer al verificador (el portero), pero no le importan otros datos personales. Los ZK-SNARK hacen posible este tipo de interacción en el mundo digital.

Terminología común: Testigos, declaraciones y pruebas

Para comprender mejor los ZK-SNARKs, necesitamos familiarizarnos con algunos términos clave:

1. Testigo: Esta es la información secreta que posee el probador. Es el dato que se está probando, como una contraseña o la solución de un rompecabezas.
2. Declaraciones: Esta es la afirmación pública que se está verificando. Por ejemplo, «Tengo más de 21 años» es una afirmación.
3. Prueba: Esta evidencia criptográfica vincula al testigo con la declaración sin exponer al testigo mismo.
En ZK-SNARKs, el probador genera pruebas basándose en su testigo y la afirmación. El verificador luego verifica la prueba para asegurar la veracidad de la afirmación, todo ello sin con

Matemáticas detrás de ZK-SNARKs

La verdadera magia de los ZK-SNARKs reside en las matemáticas. No te preocupes: lo simplificaremos y nos centraremos en los conceptos clave en lugar de adentrarnos en fórmulas complejas.

1. Curvas elípticas y emparejamientos

Las curvas elípticas son estructuras matemáticas utilizadas en criptografía para crear sistemas seguros. Son como formas únicas con puntos que siguen reglas específicas. Estas curvas son ideales para los ZK-SNARK porque permiten crear pruebas pequeñas y eficientes.

Los emparejamientos, sin embargo, son operaciones que permiten combinar puntos en estas curvas de maneras específicas. Son esenciales para verificar las demostraciones ZK-SNARK. Permiten comprobar la exactitud de una demostración sin necesidad de consultar los datos originales.

2. Cifrado homomórfico

El cifrado homomórfico desempeña un papel fundamental en la tecnología ZK-SNARK. Este método de cifrado permite realizar cálculos con datos cifrados sin descifrarlos. Esta función protege la información privada a la vez que permite realizar operaciones matemáticas.

Veamos un ejemplo. Imaginemos que ciframos los números 5 y 3. El cifrado homomórfico permite sumar estos números cifrados. El resultado permanece cifrado. Al descifrarlo, se obtiene un 8. Esta capacidad permite que los ZK-SNARK funcionen d

3. Pruebas no interactivas

Las pruebas de conocimiento cero tradicionales suelen requerir múltiples rondas de comunicación entre el probador y el verificador. Sin embargo, los ZK-SNARK utilizan un enfoque no interactivo, lo que significa que el probador solo necesita enviar una prueba al verificador.

Esto se logra mediante una cadena de referencia común (CRS). La CRS es una configuración compartida entre el probador y el verificador que les permite comunicarse sin intercambios. Una vez establecida la CRS, el probador puede crear una prueba única y el verificador puede verificarla sin necesidad de información adicional.

Por qué son importantes los ZK-SNARK

Ahora que hemos cubierto los conceptos básicos, analicemos por qué los ZK-SNARK son tan importantes.

1. Privacidad: Los ZK-SNARKs permiten transacciones seguras y privadas en redes blockchain. Criptomonedas como Zcash utilizan ZK-SNARKs para permitir transferencias privadas donde los detalles de las transacciones permanecen ocultos al público.
2. Eficiencia: Los ZK-SNARK son únicos en la generación de pruebas y pueden producir tamaños de prueba diminutos, por lo que cuando la velocidad y la escalabilidad son esenciales, estas pruebas se pueden verificar rápidamente.
3. SeguridadLos ZK-SNARKs crean pruebas de manipulación sin que exista ninguna duda de que sean confiables.
4. Versatilidad: Los ZK-SNARK son tan versátiles que se integran en transacciones de blockchain, además de las financieras. Los sistemas de votación, los verificadores de identidad e incluso los sistemas logísticos exigen considerablemente privacidad y eficiencia en todos los aspectos.

Pasos clave en la generación de ZK-SNARK

Para comprender cómo funciona ZK-SNARKs es necesario comenzar por dividir el proceso en sus pasos clave:

1. Configuración de confianza

El concepto de ZK-SNARKS se centra en la "configuración de confianza". Crear los parámetros criptográficos para ejecutar el sistema es una tarea única.

Al igual que no se puede jugar a un juego sin configurarlo, lo mismo ocurre con esta configuración de confianza. Sin embargo, debe ejecutarse de forma segura, ya que cualquier vulnerabilidad durante la implementación pondrá en riesgo la integridad de todo el sistema.

La configuración de confianza requiere la creación de un conjunto de claves matemáticas: dos claves: la clave pública y la clave secreta. La clave pública se utiliza para crear y ver

Tras la configuración, la clave secreta debe eliminarse de forma segura. Si se filtra, la integridad del sistema queda parcialmente expuesta.

Para dar cuenta de esta creciente amenaza, los protocolos más nuevos utilizan cálculos multipartitos (MPC), en los que varias partes contribuyen a la configuración, reduciendo así los riesgos asociados con puntos únicos de falla.

2. Generación de pruebas

Una vez completada la configuración, los ZK-SNARK se basan en la generación de pruebas. Un "probador" crea primero una prueba matemática de la veracidad de una afirmación específica. Cabe destacar que esta prueba es tan breve que es mucho más rápida que el cálculo inicial.

Por ejemplo, el demostrador quiere demostrar que está familiarizado con la respuesta a un problema matemático difícil sin revelar la respuesta en sí.

El probador crea una prueba ZK-SNARK, que significa, aproximadamente, "Lo he resuelto, y aquí está la prueba sin revelar nada sobre la solución". Este paso requiere un gran esfuerzo computacional, ya que el probador debe traducir todos los cálculos a un formato que permita la prueba de conocimiento cero.

3. Verificación de pruebas

El último paso es la verificación de la prueba. El verificador utiliza la prueba generada por el probador y verifica su validez con las reglas criptográficas establecidas durante la configuración de confianza.

La generación de pruebas es eficiente; se puede procesar en milisegundos, independientemente de la complejidad o simplicidad del cálculo de la declaración. Por ello, los ZK-SNARK son útiles cuando la alta velocidad del sistema es vital.

Aplicaciones de los ZK-SNARK

Los ZK-SNARK han abierto nuevas posibilidades en diversos ámbitos, especialmente en la tecnología blockchain. A continuación, se presentan algunas aplicaciones destacadas:

1. Privacidad en blockchain (p. ej., Zcash)

Uno de los usos más conocidos de los ZK-SNARKs es en criptomonedas que priorizan la privacidad, como Zcash. Si bien la mayoría de las cadenas de bloques son transparentes, lo que permite que cualquiera vea los detalles de las transacciones, Zcash aprovecha los ZK-SNARKs para permitir transacciones privadas.

Los ZK-SNARK permiten a los usuarios certificar que tienen control sobre los fondos respectivos y han aprobado transacciones sin revelar el monto de cifrado o las direcciones de billetera.

Esta función es esencial para los usuarios interesados ​​en mantener la privacidad financiera pero que no quieren perder los beneficios del éxito de Blockchain.
Los ZK-SNARK son herramientas de gran apoyo que ofrecen seguridad. Por lo tanto, permiten que las transacciones sean completamente seguras y legítimas. Sin embargo, los datos son confidenciales y, en última instancia, invisibles, lo que los hace diferentes en cuanto a exposición y cobertura de privacidad.

2. Verificación de identidad segura

Los ZK-SNARK también desempeñan un papel crucial en la verificación segura de identidad. Imagina poder demostrar que eres mayor de 18 años sin revelar tu fecha exacta de nacimiento.

Los ZK-SNARK permiten este tipo de divulgación selectiva, lo cual resulta beneficioso para proteger información personal confidencial en las interacciones en línea.

Por ejemplo, los ZK-SNARK podrían integrarse en plataformas de identidad digital para permitir que las personas se autentiquen sin exponer sus datos. Esto tiene aplicaciones en la votación en línea, servicios con restricción de edad y sistemas de inicio de sesión seguro.

3. Contratos inteligentes escalables

La escalabilidad es un desafío constante para las plataformas blockchain. Los ZK-SNARK pueden ayudar al permitir la realización de cálculos complejos fuera de la cadena. Solo las pruebas concisas se almacenan en la cadena, lo que reduce la carga computacional y de almacenamiento en la red.

La verificación se realiza rápidamente, en tan solo milisegundos, independientemente de la complejidad de la declaración o el cálculo original. Por eso, los ZK-SNARK son especialmente atractivos en entornos centrados en la escalabilidad.

Este método permite que los contratos inteligentes sean tan grandes como sea necesario sin sacrificar ninguna ventaja en cuanto a descentralización o seguridad.

Esto significa que, en un entorno de la vida real, la tarea se puede implementar para permitir a los desarrolladores crear contratos inteligentes que involucran cálculos intensivos en recursos fuera de la cadena, incluso si el motivo principal del recurso es retener el recurso y los datos inmutables en la cadena.
Esta capacidad es útil para aplicaciones de finanzas descentralizadas (DeFi) y otros sistemas blockchain.

Limitaciones y desafíos de los ZK-SNARK

En esta sección se repasan brevemente algunos de los más destacados:

• Preocupaciones sobre la configuración de confianza

Sin embargo, el objetivo principal es mantener un recurso de datos inmutable en la cadena. La configuración confiable de ZK-SNARK presenta fortalezas y debilidades.

Si actores maliciosos logran alterar el proceso de configuración, podrían crear pruebas falsas. La implementación de estos ZK-SNARK genera dudas sobre la confianza y la transparencia.

La solución actual es que los proyectos miren hacia el futuro para encontrar nuevas formas de minimizar o eliminar la necesidad de generar confianza.

Los problemas universales y el hecho de la época son las tareas primarias que debe cumplir la configuración universal y más internamente revisable de establecimiento de configuraciones confiables.

Los conjuntos de confianza se pueden compartir entre muchas aplicaciones y regenerar periódicamente para mejorar la seguridad.

Igualmente importante es que algunos protocolos prueben sistemas transparentes a prueba de conocimiento cero que no utilicen configuraciones confiables.

• Complejidad computacional

La generación de pruebas ZK-SNARK requiere una cantidad considerable de recursos computacionales. Si bien la verificación es rápida, el proceso de generación de pruebas puede ser lento y consumir muchos recursos, especialmente para cálculos grandes o complejos.

Los ZK-SNARKs pueden encontrar situaciones en las que resulte difícil llevarlos a cabo.

e está trabajando para mejorar sus algoritmos y hardware para la creación de pruebas de concepto.

Nuevas tecnologías, como un diseño paralelo más eficiente y aceleradores de hardware especialmente diseñados para la tarea, están reduciendo significativamente el costo de la computación, lo que es la clave de su creciente popularidad en aplicaciones del mundo real.

Alternativas a los ZK-SNARK

Aunque los ZK-SNARKs son extraordinarios, no son el único método para ocultar el rastro de criptomonedas. Los ZK-STARKs son un ejemplo de una técnica diferente: los Argumentos de Conocimiento Concisos y Transparentes de Conocimiento Cero. Es hora de ver la diferencia entre ambos.

ZK-SNARKs vs. ZK-STARKs

Las principales diferencias entre los ZK-SNARK y los ZK-STARK radican en su diseño y sus ventajas y desventajas:

• Configuración confiable: Los ZK-SNARK utilizan una configuración confiable; los ZK-STARK no requieren una configuración confiable, lo que los hace más transparentes y menos riesgosos.
• Efficiency: Los ZK-SNARK no solo tienen pruebas más pequeñas sino también más rápidas que se aplican idealmente en condiciones de bajos recursos; ZK-STARK genera una cantidad de pruebas menor que el tamaño de estas pero, desde un punto de vista computacional, es más sencillo de realizar.
• Seguridad: ZK-SNARKs aún no es criptográfico postcuántico, por lo que la computación cuántica es posible, pero los ZK-STARKs son menos vulnerables a tales amenazas.=

Casos de uso para cada tecnología

Los ZK-SNARK son la opción ideal para integrarse en la aplicación, donde la brevedad del código y la velocidad del proceso son fundamentales. Los que se pueden escalar fácilmente y no requieren confianza, como los rollups descentralizados y la validación de datos a gran escala, son los más beneficiados, entre otros.

Los ZK-STARK ofrecen mayor seguridad y transparencia y, por lo tanto, se utilizan con mayor frecuencia en situaciones que implican alta escalabilidad y configuraciones sin confianza.

Los datos de validación a gran escala y las acumulaciones son parte del proceso analítico que impulsa principalmente la proliferación y adopción de ZK-STARK.

Ambas tecnologías tienen sus ventajas, y su elección depende de los requisitos de la aplicación. En muchos casos, un enfoque híbrido que combine ZK-SNARK y ZK-STARK podría ofrecer lo mejor de ambos mundos.

El futuro de la tecnología ZK-SNARK

A medida que evoluciona la investigación en blockchain y criptografía, los ZK-SNARKs están a punto de desempeñar un papel cada vez más importante. Veamos qué nos depara el futuro:

• Innovaciones e investigación

Avances en las variantes de las tecnologías ZK-SNARK. El desarrollo del sector digital y el Internet de las Cosas (IoT) han introducido amenazas a la seguridad y la privacidad. Para contrarrestarlas, los científicos se esfuerzan por desarrollar nuevas tecnologías que impulsen las tecnologías ZK-SNARK.

Se afirma que el rápido avance actual de la tecnología se debe al impulso insaciable de los investigadores para proporcionar métodos innovadores de circuitos de conocimiento integrados, construir sistemas universales y combinar las ideas de ZK-SRANK con varias encriptaciones.

Los nuevos ZK-SNARK son completamente nuevos y representan los últimos avances en innovación científica. Como resultado, pueden romper las barreras entre los sectores financiero y médico y quienes están vinculados a ellos.

Por ejemplo, los avances en las técnicas de computación multipartita (MPC) podrían mejorar la seguridad de las configuraciones confiables, mientras que nuevos algoritmos y optimizaciones pueden reducir significativamente los tiempos de generación de pruebas.

Además, investigadores a largo plazo han lanzado ataques multicampo para sortear problemas fundamentales de seguridad relacionados con las técnicas criptográficas. Utilizan paradigmas ciegos a las necesidades, que permiten a todos los usuarios acceder simultáneamente a todas las operaciones de una gran ciudad ribereña, pero sin exponer información privada a la contraparte correspondiente.

• Potencial en la Web3 y más allá

Los ZK-SNARK pueden transformar la forma en que se comparten y verifican los datos en el ecosistema de la Web 3, haciéndolos mucho más seguros de observar. La autodemostrabilidad y la privacidad son aspectos muy útiles, y como resultado, hacen que internet sea más controlado por el usuario.

El uso de ZK-SNARKs en el ecosistema Web3 informa a las personas sobre la veracidad de los datos y una variedad de otros aspectos, lo que lo hace relevante para el espectro de Web3 en áreas como la cadena de suministro, la atención médica, los sistemas de votación seguros, etc.

Algunos ejemplos incluyen el uso de pruebas de conocimiento cero para verificar la autenticidad de un registro médico sin revelar el paciente o incluso la identidad del médico que fabricó el registro, el uso de Zk-SNARKs para rastrear la procedencia de los bienes que se envían en una cadena de suministro global y su adopción para construir un sistema anónimo y a prueba de manipulaciones.