zk snark

ZK-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) é uma tecnologia de destaque na criptografia que permite a uma parte (o provador) demonstrar à outra (o verificador) que uma determinada afirmação é verdadeira, sem revelar qualquer informação para além da própria validade da afirmação. Nos ecossistemas de blockchain e de criptomoedas, os ZK-SNARK tornaram-se fundamentais para garantir a privacidade das transações, aumentar a escalabilidade e validar cálculos realizados fora da cadeia. Recorrendo a princípios matemáticos, esta tecnologia torna os processos de verificação complexos mais sucintos e eficientes, mantendo as propriedades de zero conhecimento e oferecendo uma solução inovadora para equilibrar privacidade e transparência nas tecnologias blockchain.

Antecedentes: Origem do ZK-SNARK

Os fundamentos conceptuais dos ZK-SNARK remontam à década de 1980, quando as provas de zero conhecimento foram introduzidas como conceito teórico pelos criptógrafos Shafi Goldwasser, Silvio Micali e Charles Rackoff. Contudo, o ZK-SNARK como implementação específica foi desenvolvido em 2012 por um grupo de investigadores, incluindo Alessandro Chiesa, Eran Tromer, Eli Ben-Sasson, entre outros.

O desenvolvimento desta tecnologia decorreu em várias fases essenciais:

1. Fase inicial de investigação: A transição das provas teóricas de zero conhecimento para implementações práticas demorou quase 30 anos
2. Período de avanços técnicos: Entre 2012-2014, os investigadores criaram as primeiras construções viáveis de ZK-SNARK
3. Aplicação em blockchain: Em 2016, a Zcash tornou-se o primeiro projeto de grande escala a implementar ZK-SNARK em blockchain para transações totalmente anónimas
4. Otimização e expansão: Desde 2018 até ao presente, os investigadores têm melhorado continuamente o desempenho dos ZK-SNARK, reduzindo os requisitos de configuração de confiança e ampliando os cenários de aplicação

O desenvolvimento e a aplicação dos ZK-SNARK impulsionaram significativamente as soluções de proteção da privacidade em blockchain, abrindo novas possibilidades para criptomoedas de privacidade, soluções de escalabilidade e verificação de smart contracts.

Mecanismo de Funcionamento: Como funcionam os ZK-SNARK

O princípio de funcionamento dos ZK-SNARK assenta em bases matemáticas e criptográficas complexas, com o mecanismo central dividido em várias etapas principais:

1. Conversão do problema computacional: A afirmação a provar é convertida numa representação de circuito algébrico
2. Transformação polinomial do problema: O circuito algébrico é transformado num sistema de restrições polinomiais (geralmente um Quadratic Arithmetic Program ou QAP)
3. Configuração de confiança (Geração da sequência de referência comum): É gerada uma sequência de referência comum que serve como parâmetro base para a prova e a verificação
4. Geração da prova: O provador utiliza entradas privadas e a sequência de referência comum para gerar uma prova compacta
5. Verificação da prova: O verificador compara relações matemáticas específicas entre a prova e as entradas públicas para validar a prova

Os ZK-SNARK apresentam três propriedades fundamentais:

1. Zero conhecimento: O verificador não consegue extrair informação adicional da prova para além da veracidade da afirmação
2. Compacidade: A prova gerada é extremamente pequena, normalmente apenas algumas centenas de bytes, e a verificação é muito rápida
3. Não interatividade: Depois de o provador gerar a prova, não há necessidade de interação adicional com o verificador para finalizar a verificação

Na prática, os ZK-SNARK são utilizados em blockchain para validar a exatidão de cálculos complexos enquanto protegem dados sensíveis, como detalhes de transações, identidades de utilizadores ou estados de smart contracts.

Riscos e Desafios dos ZK-SNARK

Apesar das suas vantagens, a tecnologia ZK-SNARK enfrenta múltiplos desafios e riscos:

1. Riscos de configuração de confiança

   • Exige entidades de confiança ou computação multipartidária para gerar parâmetros iniciais
   • Se o processo de geração dos parâmetros for comprometido, existe o risco de provas fraudulentas
   • Caso os materiais aleatórios do processo não sejam totalmente destruídos, podem ser explorados por agentes maliciosos

2. Complexidade técnica

   • Elevada dificuldade de implementação, complexidade na auditoria de código, e maior risco de vulnerabilidades
   • Requer conhecimentos avançados de criptografia por parte dos programadores
   • Dificuldade dos utilizadores em compreender e validar os mecanismos de segurança

3. Requisitos de recursos computacionais

   • O processo de geração das provas é intensivo em termos computacionais e consome muitos recursos
   • Aplicação limitada em dispositivos móveis ou ambientes com poucos recursos
   • Possíveis limitações de desempenho em ambientes de larga escala

4. Ameaças da computação quântica

   • Implementações de ZK-SNARK baseadas em problemas de logaritmo discreto podem ser vulneráveis com o avanço da computação quântica
   • É necessário desenvolver esquemas de prova de zero conhecimento resistentes à computação quântica

5. Desafios regulatórios

   • Transações totalmente privadas podem entrar em conflito com requisitos de combate ao branqueamento de capitais e de KYC (Conheça o Seu Cliente)
   • Jurisdições distintas têm diferentes abordagens às tecnologias de privacidade por encriptação, podendo limitar o âmbito de aplicação

Para superar estes desafios, surgiram alternativas como ZK-STARK (que não requer configuração de confiança) e Bulletproofs (sem configuração de confiança mas com provas maiores), enquanto os investigadores continuam a otimizar o desempenho e a segurança dos ZK-SNARK.

A tecnologia ZK-SNARK representa um avanço relevante para a criptografia e para as blockchain, e apesar dos seus desafios, o seu valor na proteção da privacidade e na escalabilidade permanece elevado. Com o amadurecimento e otimização da tecnologia, prevê-se que os ZK-SNARK venham a assumir um papel central em cenários de aplicação mais amplos, proporcionando capacidades reforçadas de proteção da privacidade nos ecossistemas blockchain.