Zero-Knowledge Proof: Funktionsweise und Vorteile für die Blockchain

Grundlagen

Ein Zero-Knowledge-Beweis (ZKP) ist eine Form kryptografischer Verfahren, die es einer Partei ermöglicht, die Richtigkeit einer Information zu bestätigen, ohne deren Inhalt preiszugeben. Diese Technologie gewinnt im Bereich Blockchain, Kryptowährungen und DeFi an Bedeutung, da sie sowohl Datenschutz als auch Sicherheit verbessert.

Mit der wachsenden Nutzung von ZKPs in DeFi-Projekten können Anwender bei Aktivitäten wie Verleihen, Ausleihen und Handel auf ihre Privatsphäre und Sicherheit vertrauen. Zudem gehen viele Layer‑1-Blockchains einen Schritt weiter und führen ZKP-basierte Rollups oder zkEVMs ein. Es ist zu erwarten, dass ZKPs im Blockchain- und Web3-Bereich zunehmend wichtiger werden, je mehr Organisationen Zero‑Knowledge‑Anwendungen einsetzen.

Wie funktioniert ein Zero-Knowledge-Beweis?

Ein Zero‑Knowledge‑Beweis ermöglicht es einer Partei (dem Beweiser), einer anderen Partei (dem Prüfer) die Wahrheit einer Aussage zu bestätigen, ohne zusätzliche Informationen offenzulegen. Diese Technik ist besonders nützlich, wenn die zugrundeliegenden Daten privat sind und der Beweiser sie gegenüber dem Prüfer schützen möchte.

Der Beweiser erzeugt einen mathematischen Beweis, den nur er besitzt, und der Prüfer kann mit diesem Beweis die Korrektheit der Aussage bestätigen. Es ist jedoch nicht möglich, die ursprünglichen Daten aus diesem Beweis zu rekonstruieren.

Welche Vorteile bieten Zero‑Knowledge‑Beweise?

Mit der zunehmenden Relevanz von Blockchain-Technologien und Kryptowährungen steigt der Bedarf an fortschrittlichen Datenschutz- und Sicherheitsfunktionen für digitale Transaktionen. Zero‑Knowledge‑Beweise werden immer beliebter, weil sie Verifizierungen ermöglichen, ohne sensible Informationen preiszugeben.

ZKPs haben in den letzten Jahren an Popularität gewonnen: Viele Protokolle nutzen sie bereits und Blockchains profitieren von Zero‑Knowledge‑Rollups. Das wurde auch auf der DevCon 2022 deutlich, wo über ein Fünftel der Vorträge diese Technologie behandelten.

Wichtige Fortschritte

Die Entwicklung von Zero‑Knowledge‑Beweisen konzentriert sich stark auf zk‑SNARKs, eine spezielle ZKP‑Variante, die in zahlreichen DeFi‑Anwendungen, etwa für private Token‑Transaktionen sowie geschützte Kredit‑ und Darlehensfunktionen, weit verbreitet ist. Außerdem rückt die Skalierbarkeit und Performance durch zkRollups zunehmend in den Fokus.

zk‑SNARKs

Zero‑knowledge succinct non‑interactive argument of knowledge (zk‑SNARKs) ist eine Form von Zero‑Knowledge‑Beweis, die es ermöglicht, Aussagen zu verifizieren, ohne Details über die Aussage selbst preiszugeben.

Anwendungen wie Zcash und das blockchain‑basierte Zahlungssystem von JP Morgan Chase nutzen bereits zk‑SNARKs. Darüber hinaus werden sie zur sicheren Verifizierung von Identitäten eingesetzt, z. B. von Clients, die sich mit Servern verbinden.

zkRoll-ups

zkRoll‑ups sind eine Lösung, bei der viele Transaktionen zu einer einzigen, größeren Transaktion gebündelt und dann in die Blockchain geschrieben werden.

Mit zkRoll‑ups können Hunderte von Transaktionen Off‑Chain zu einer einzigen Charge zusammengefasst werden, für die dann ein kryptografischer Beweis erzeugt wird, der deren Richtigkeit und Sicherheit garantiert. Diese Technologie ist ideal für Anwendungen, die hohe Skalierbarkeit und niedrige Latenz benötigen.

Anwendungsfälle von ZKP

Zero‑Knowledge‑Beweise haben zahlreiche Anwendungsbereiche, von denen einige bereits heute funktionieren und weitere in naher Zukunft erwartet werden. Zu den wichtigsten Use‑Cases gehören:

Elektronische Identitätsprüfung

Mit Zero‑Knowledge‑Beweisen können Identitäten bestätigt werden, ohne vertrauliche Informationen offenzulegen. Diese Technologie ist besonders nützlich für Bereiche wie Online‑Wahlen, bei denen die Identität der Nutzer verifiziert werden muss, ohne ihre Anonymität zu gefährden.

Transaktionen mit Schutz persönlicher Daten

Zero‑Knowledge‑Beweise gehören zu den populärsten Technologien im Kryptobereich, da sie datenschutzorientierte Transaktionen ermöglichen. Ein Beispiel ist die Manta Network‑DApp MantaPay, die ZKPs nutzt, um Transaktionen auf ihrer DEX sicher und privat abzuwickeln und so Identitäten und Transaktionsdetails der Nutzer zu schützen. Nutzer können anonym und trotzdem sicher auf der Plattform agieren.

Geschützte Transaktionen

Zcash verwendet Zero‑Knowledge‑Beweise, um sogenannte shielded transactions zu ermöglichen, die Absender‑ und Empfängeradressen sowie Beträge auf der öffentlichen Blockchain verschleiern und so den Datenschutz erhöhen.

Nachweis von Token‑Eigentum

Zero‑Knowledge‑Beweise können für die Tokenisierung von Vermögenswerten und die Authentifizierung ihres Besitzes eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Tokenisierung einer Immobilie Dritten erlauben, Eigentum nachzuweisen, ohne weitere Daten öffentlich zu machen.

Einhaltung globaler Vorschriften

In einigen Ländern sind das Sammeln und Weitergeben finanzieller Daten streng geregelt, was dezentrale Plattformen vor Herausforderungen stellt. Zero‑Knowledge‑Beweise können verwendet werden, um Regulatoren die nötigen Informationen vertraulich bereitzustellen, während diese für alle anderen verborgen bleiben.

Diese Technologie kann die Kluft zwischen dezentralen Plattformen und traditionellen Finanzinstituten verringern und DeFi die Einhaltung lokaler Vorschriften erleichtern.

Was werden ZKPs der Blockchain bringen?

Zero‑Knowledge‑Beweise werden voraussichtlich in den kommenden Jahren neue technologische Entwicklungen vorantreiben. Es lohnt sich, auf verschiedene ZKP‑Innovation zu achten, wie etwa:

Private Cross‑Chain‑Transaktionen

Mit der zunehmenden Ausbreitung und Komplexität von Blockchain und DeFi wächst auch der Bedarf, verschiedene Netzwerke sicher miteinander zu verbinden. Cross‑Chain‑Privacy‑Layer beantworten diesen Bedarf, indem sie datenschutzgeschützte Transaktionen zwischen Blockchains ermöglichen.

Fortschrittlichere ZKP

Ein weiterer Bereich, der Aufmerksamkeit verdient, ist die verstärkte Nutzung von zk‑STARKs (zero‑knowledge scalable transparent argument of knowledge), einer neueren ZKP‑Form, die als effizienter und sicherer als zk‑SNARKs gilt. zk‑STARKs bieten zudem den Vorteil schnellerer Validierung und benötigen kein vertrauenswürdiges Setup.

Einfach zu nutzende Toolkits

Die Komplexität der Zero‑Knowledge‑Technologie erschwert Entwicklern ohne tiefe kryptografische Kenntnisse deren Integration. Benutzerfreundliche ZKP‑Toolkits sollen Entwicklern aller Hintergründe die Werkzeuge an die Hand geben, diese Technologie effektiv zu nutzen.

Begrenzungen von Zero‑Knowledge‑Beweisen

ZKPs erlauben es, die Richtigkeit bestimmter Informationen zu bestätigen, ohne vertrauliche Details preiszugeben. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass diese Technik nicht absolut narrensicher ist. Auch wenn die Erfolgswahrscheinlichkeit eines Betrugsversuchs sehr gering ist, bieten ZKPs keine 100%ige Garantie.

Die Komplexität der Algorithmen hinter Zero‑Knowledge‑Beweisen erfordert erhebliche Rechenressourcen. Manche ZKPs benötigen mehrere Interaktionen zwischen Prüfer und Beweiser, was intensives Computing notwendig macht. Andere Verfahren sind extrem rechenintensiv, was die Anwendbarkeit von ZKPs einschränken kann.

Fazit

Wegen ihres datenschutzwahrenden Charakters und ihres Skalierungspotenzials haben Zero‑Knowledge‑Beweise in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erhalten. Der Einsatz dieser Technologie in Blockchain, Kryptowährungen und dezentraler Finanzierung ermöglicht eine Reihe innovativer Dienste, die Nutzern großen Nutzen bringen können. Letztlich könnten ZKPs die Grundlage für ein sichereres, privateres und effizienteres DApp‑Ökosystem bilden.