إثبات المعرفة الصفرية (ZK Proof): ما هو وكيف يعمل

إن إثبات المعرفة الصفرية (Zero-Knowledge Proof) هو في جوهره طريقة تشفير حقيقية ومحددة. تتيح هذه الطريقة لطرف واحد إثبات صحة بيان ما، بينما يؤكده الطرف الآخر، دون أن يتم تبادل البيانات الخاصة أبدًا. عندما يعمل هذا النظام بشكل صحيح، فإنه يصبح أداة قيمة لتوسيع نطاق البلوكتشين، وإخفاء تفاصيل المعاملات، وتأكيد الهويات دون الحاجة إلى مشاركتها.

لكن مجرد وجود مصطلح “ZK” على صفحة منتج لا يعني بالضرورة تحقيق كل هذه الفوائد تلقائيًا. يستعرض هذا الدليل كيفية عمل إثباتات ZK، وأين تُستخدم فعليًا في عالم العملات المشفرة اليوم، وما هي الأسئلة الأساسية التي يجب طرحها قبل الوثوق بأي منتج يحمل هذا الوصف.

• يتيح إثبات المعرفة الصفرية لطرف إثبات ادعاء دون الكشف عن البيانات السرية الكامنة وراءه.
• في عالم العملات المشفرة، يمكن لإثباتات ZK التحقق من البيانات الخاصة، والحسابات خارج السلسلة، ومطالبات الهوية، وصلاحية المعاملات.
• تُعد أنظمة ZK مفيدة للتوسع والخصوصية لأن عملية التحقق يمكن أن تكون أصغر بكثير من الكشف عن جميع البيانات المصدرية.
• قد يعتمد الإثبات الصحيح على مدخلات خاطئة، 또는 برمجيات ضعيفة، 또는 افتراضات إعداد موثوقة، 또는 مخاطر الجسور، 또는 بيانات وصفية مكشوفة.

يصادف معظم الناس مشاريع العملات المشفرة إثباتات عدم المعرفة الصفرية (ZK proofs) لأول مرة عندما تدعي أنها “خاصة” 또는 “موثوقة”. لكن هذه الكلمات لا تحمل معنى حقيقياً دون فهم ما يتحقق منه الإثبات بالفعل. هذه الفجوة هي نقطة البداية لمعظم الالتباس لدى المبتدئين، والمكان الذي تزدهر فيه الحملات التسويقية.

إثبات عدم المعرفة الصفرية هو دليل تشفيري يقنع المُدقِّق بأن بيانًا ما صحيح، مع إبقاء السر الأساسي مخفيًا. الطرف الذي يقدم الادعاء يُسمى المُثبِت، بينما الطرف الذي يتحقق منه يُسمى المُدقِّق.

في عالم العملات المشفرة، يعني ذلك أن المستخدم 또는 التطبيق 또는 المحفظة 또는 الرول أب 또는 البروتوكول يمكنه إثبات شيء ما حول معاملة، 또는 ادعاء هوية، 또는 سجل احتياطي، 또는 عملية حسابية، دون الكشف عن كل المدخلات للآخرين. يمكن لهذا الإثبات حماية الخصوصية، 또는 تقليل عبء التحقق، 또는 كليهما. لكنه لا يجعل كل منتج يعتمد على إثباتات ZK مجهول الهوية 또는 خالياً من المخاطر.

يعود هذا المفهوم إلى ورقة بحثية نشرها Goldwasser 그리고 Micali 그리고 Rackoff عام 1985 حول أنظمة إثبات تفاعلية. تستخدم العملات المشفرة الحديثة نفس الفكرة الأساسية في أنظمة إثبات أحدث تعمل دون أي محادثة ذهابًا وإيابًا بين المُثبِت والمُدقِّق.

تحدد ثلاث خصائص أساسية كل إثبات عدم معرفة صفرية (ZK proof):

الكمال (Completeness): يعني أن البيان الصحيح يجب أن ينجح إذا اتبع الجميع القواعد.

الصحة (Soundness): تعني أن البيان الخاطئ لا ينبغي أن ينجح، إلا باحتمالية ضئيلة للغاية.

عدم المعرفة الصفرية (Zero-knowledge): تعني أن المُدقِّق يتعلم فقط أن البيان قد نجح، وليس البيانات الخاصة الكامنة وراءه.

الهدف الأساسي هو الإثبات نفسه، وليس مجرد السرية. لا يزال نظام إثبات عدم المعرفة الصفرية يتطلب بيانًا عامًا دقيقًا، ومدخلات خاصة صالحة، وبرنامجًا يطبق قواعد الإثبات بشكل صحيح.

يعمل إثبات المعرفة الصفرية (ZK Proof) بتحويل المعلومات الخاصة إلى إثبات قابل للتحقق من صحة ادعاء عام. يقوم المدقق بفحص هذا الإثبات دون الحاجة إلى رؤية البيانات الخاصة بشكل مباشر.

فيما يلي الأدوار الرئيسية:

يبدأ سير العمل عادةً بمدخل سري خاص. يقوم المثبت بتحديد بيان عام، ثم ينشئ إثباتًا، ويرسله إلى المدقق، ليحصل على نتيجة قبول 또는 رفض. قد يرى المدقق مدخلات عامة، مثل العنوان، 또는 نطاق الرصيد، 또는 عضوية المجموعة، 또는 جذر الحالة، لكنه لا يرى المدخل السري الكامل.

ما يتغير بين حالات الاستخدام هو تحديد المدخلات التي تظل خاصة وتلك التي تكون عامة. يبقى الهيكل كما هو، سواء كان الهدف إخفاء مبلغ دفعة، 또는 تأكيد أهلية التصويت، 또는 التحقق من صحة مجموعة من المعاملات خارج السلسلة.

لهذا السبب، يمكن أن تكون إثباتات المعرفة الصفرية مفيدة حتى عندما لا يرى أي إنسان السر. يمكن لـ عقد ذكي التحقق من إثبات. يمكن لـ رول أب (rollup) نشر إثبات صحة. يمكن لتطبيق أن يؤكد أن بيانات الاعتماد تستوفي قاعدة معينة دون جمع بيانات الاعتماد نفسها. تتولى الرياضيات عملية التحقق، ولا يسلم المثبت البيانات الخام أبدًا.

لفهم مبادئ التشفير المجردة بشكل أفضل، لا يوجد أوضح من الأمثلة العملية، ويُعد التحقق من العمر أحد أكثر الأمثلة شيوعًا واستخدامًا لهذا الغرض.

يمكن للشخص أن يثبت أنه تجاوز الثامنة عشرة من عمره دون الحاجة إلى الكشف عن تاريخ ميلاده الكامل، 또는 عنوانه، 또는 رقم وثيقته، 또는 اسمه. في هذه الحالة، يكون البيان العام هو “هذا الشخص بالغ بما فيه الكفاية”. أما الدليل الخاص، فهو البيانات الاعتمادية 또는 معلومات الهوية التي تثبت هذا الادعاء. يحتاج المُتحقق فقط إلى نتيجة “نجاح” 또는 “فشل”، وليس نسخة قابلة لإعادة الاستخدام من وثيقة الهوية.

تعمل النسخة المشفرة ذات الصلة بنفس الطريقة. يمكن للمحفظة أن تثبت أن مستخدمها ينتمي إلى مجموعة معتمدة، 또는 يحمل بيانات اعتماد صالحة، 또는 يستوفي شرطًا معينًا قبل الانضمام إلى تصويت 또는 مطالبة، ويمكن للتطبيق التحقق من هذا الإثبات دون استلام المستند الأصلي 또는 سجل الحساب الكامل.

يُظهر التحقق من كلمة المرور المنطق نفسه في سياق أبسط:

• المُثبت يعرف كلمة المرور.
• المُتحقق يريد إثباتًا بأن المُثبت يعرفها.
• يجب أن يتم الإثبات دون نقل كلمة المرور.
• لا ينبغي أن يؤدي إثبات مُعاد استخدامه 또는 منسوخ إلى فتح النظام لاحقًا.

تنهار هذه التشبيهات عندما توحي بخصوصية تلقائية. يتطلب نظام إثبات المعرفة الصفرية (ZK) الحقيقي تشفيرًا دقيقًا، ومدخلات محددة جيدًا، وضوابط لمكافحة إعادة التشغيل، وطريقة لمنع إعادة استخدام الإثبات في سياق خاطئ. يعمل مثال التحقق من العمر لأنه يشتمل على كل هذه العناصر. لكن العديد من منتجات الكريبتو التي تستخدم تسمية ZK لا توضح أيًا من هذه الضوابط مطبقة بالفعل.

يُعد فهم إثباتات المعرفة الصفرية (ZK Proofs) نقطة حيرة للكثير من المبتدئين في عالم البلوكتشين والعملات المشفرة.

معظم سلاسل الكتل شفافة تمامًا بطبيعتها. فعند إرسال البيتكوين 또는 Ethereum، يمكن لأي شخص تتبع المعاملة من محفظة إلى أخرى، إلى الأبد. فالسلسلة مصممة لتكون دفتر أستاذ عام.

لذا، عندما يذكر مشروع ما مصطلح “ZK”، فما الذي يتغير فعليًا؟

يعتمد الأمر كليًا على الغرض الذي تُطبق عليه إثباتات ZK.

الاستخدام المتعلق بالخصوصية يعني أن إثبات ZK يُخفي تفاصيل محددة داخل المعاملة، مثل المرسل 또는 المستلم 또는 المبلغ. تظل المعاملة على السلسلة، لكن التفاصيل تكون محمية. يُعد Zcash أقدم مثال على ذلك، حيث يستخدم zk-SNARKs لإجراء تحويلات محمية، يمكن من خلالها إخفاء المرسل والمستلم والمبلغ عن الرؤية العامة.

الاستخدام المتعلق بالتحجيم (Scaling) يعني أن إثبات ZK يُستخدم لضغط مجموعة من المعاملات في تداول العملات المشفرة والتأكد من تنفيذها بشكل صحيح، دون الحاجة إلى إعادة تشغيل كل خطوة على السلسلة الرئيسية. قد تظل بيانات المعاملة عامة بالكامل، ولا يتم إخفاء أي شيء. فالغرض من الإثبات هنا هو الكفاءة والصحة، وليس الخصوصية.

تندرج العديد من ZK rollups 그리고 zkEVMs وشبكات الطبقة الثانية (Layer 2) ضمن هذه الفئة الثانية. تستخدم هذه التقنيات ZK لزيادة السرعة وتقليل التكاليف، وليس لإخفاء بياناتك.

عندما ترى مصطلح “ZK” على منتج ما، فإن السؤال الأول الذي يجب طرحه هو: أي نوع من إثباتات ZK هذا؟ إذا لم يتمكن الفريق من الإجابة على ذلك بجملة واضحة ومباشرة، فهذا بحد ذاته إجابة لك.

لفهم تقنيات إثبات المعرفة الصفرية (ZK Proof)، من الضروري التعرف على عائلتي أنظمة الإثبات الرئيسيتين في العملات المشفرة: ZK-SNARKs 그리고 ZK-STARKs. على الرغم من أن كلتاهما تعالج نفس المشكلة الجوهرية، إلا أنهما تختلفان في منهجياتهما، وهذا التباين حاسم عند تقييم مدى أمان أي مشروع يعتمد عليهما.

يرمز SNARK إلى “حجة معرفية موجزة غير تفاعلية” (succinct non-interactive argument of knowledge). بينما يرمز STARK إلى “حجة معرفية شفافة قابلة للتطوير” (scalable transparent argument of knowledge). تدعم كلتا العائلتين خصائص المعرفة الصفرية، وتسمحان بأن يكون التحقق من صحة البيانات أقل تكلفة بكثير من إعادة الحساب الأصلي بالكامل.

تُعد نقطة “الإعداد الموثوق” (trusted setup) الأكثر أهمية للمبتدئين. تعتمد بعض أنظمة SNARK على مواد إعداد يجب إنشاؤها ثم التخلص منها بشكل دائم. إذا بقيت هذه المواد في الأيدي الخطأ، فإن نموذج الأمان ينهار، حيث يمكن لجهة خبيثة إنشاء براهين تجتاز التحقق بشكل خاطئ. تتجنب أنظمة STARK هذا المتطلب بالكامل، ولهذا السبب توصف بأنها “شفافة”. المفاضلة هنا هي أن براهين STARK غالبًا ما تكون أكبر حجمًا، مما قد يزيد من تكاليف التحقق على السلسلة.

تُعد Starknet مثالًا حيًا لـ شبكة مبنية على أسلوب إثبات STARK. هذا لا يعني أن كل نظام STARK خاص بشكل افتراضي، ولكنه يوضح كيف يؤثر تصميم نظام الإثبات على قرارات البنية التحتية الحقيقية.

تُستخدم براهين المعرفة الصفرية (ZK Proofs) في نطاق واسع من تطبيقات العملات المشفرة، يفوق ما يتخيله معظم المبتدئين. فكل حالة استخدام تخفي بيانات مختلفة، وتثبت صحة بيان مختلف، وتترك وراءها مخاطر متباينة.

تشمل أبرز التطبيقات المرئية في عالم العملات المشفرة ما يلي:

• المدفوعات المحمية: تخفي تفاصيل المعاملات المختارة مثل المرسل 또는 المستلم 또는 المبلغ.
• ZK 롤업 : تثبت التنفيذ الصحيح لمجموعات المعاملات دون الحاجة لإعادة تشغيل كل عملية حسابية على السلسلة الأساسية.
• أنظمة الهوية: تثبت الأهلية 또는 التفرد 또는 بيانات الاعتماد دون مشاركة المستند الأساسي.
• 매장량 증명: تُظهر مطالبات محدودة حول الأصول 또는 الالتزامات الملتزم بها.
• أدوات على غرار zkTLS: تثبت حقائق من جلسات الويب دون الكشف عن الجلسة نفسها.
• أنظمة التصويت: تثبت الأهلية مع تقليل مخاطر ربط الأصوات بالأفراد.
• الحوسبة الخارجية: تثبت أن النتيجة تبعت برنامجًا مزعومًا.

تُعد حالات استخدام الخصوصية هي الأكثر شيوعًا لمعظم مستخدمي العملات المشفرة. تغطي فئة العملات المشفرة المعنية بالخصوصية الأصول التي تكون فيها سرية المعاملات 또는 قيود البيانات الوصفية (metadata) محورية في عرضها. يمكن لبراهين المعرفة الصفرية دعم هذا الهدف، ولكن سلوك المحفظة، والعناوين الشفافة، وبيانات الشبكة الوصفية، وتصميم التطبيق، كلها عوامل تؤثر على الخصوصية الفعلية التي يحصل عليها المستخدم.

Zcash هو المثال الأكثر رسوخًا. يستخدم zk-SNARKs لوظائف المعاملات المحمية، مما يسمح للمستخدمين بإثبات حيازة المعلومات دون الكشف عنها.

تُعد الهوية حالة استخدام منفصلة. تتناسب فئة العملات المشفرة المعنية بالهوية مع الأنظمة التي تثبت العضوية 또는 التفرد 또는 بيانات الاعتماد 또는 الأذونات. يستخدم World ID براهين المعرفة الصفرية حتى يتمكن المستخدم من تأكيد صلاحية بيانات الاعتماد دون الكشف عن بيانات الهوية الأساسية للتطبيق الطالب. يتبع الإفصاح الانتقائي من خلال بيانات الاعتماد القابلة للتحقق نهجًا مشابهًا، مما يسمح للحامل بالكشف عن حقول معينة فقط من بيانات الاعتماد بدلاً من المستند الكامل.

بالنسبة لمعظم الاستخدامات غير المتعلقة بالرموز (tokens)، تندرج براهين المعرفة الصفرية ضمن الإطار الأوسع للتشفير المعزز للخصوصية. يحد البرهان من الكشف عن المعلومات، لكنه لا يلغي الحاجة إلى الثقة بالجهات المصدرة والبرامج والمحافظ والأجهزة.

يُعد هذا القسم بالغ الأهمية للمبتدئين، على الرغم من أن معظم مشاريع العملات المشفرة تتجنب شرحه بوضوح.

لا يمكن لبرهان المعرفة الصفرية إثبات صحة الحقائق الواقعية. بل يقتصر دوره على التحقق من أن عبارة رياضية معينة حول المدخلات المقدمة صحيحة.

يمكن لبرهان المعرفة الصفرية أن يثبت أن مدخلًا مخفيًا يفي بقاعدة معينة. لكنه لا يستطيع إثبات أن هذا المدخل المخفي جاء من شخص أمين، 또는 مستشعر دقيق، 또는 بورصة ذات ملاءة مالية، 또는 جهة إصدار موثوقة، ما لم يقم النظام المحيط بذلك أيضًا.

تظهر هذه القيود في العديد من ادعاءات العملات المشفرة. على سبيل المثال، يمكن لإثبات الاحتياطيات أن يثبت أن الأرصدة الملتزم بها تتوافق بطريقة معينة، لكنه قد لا يثبت كامل الالتزامات، 또는 الملكية الحقيقية للأصول، 또는 ما إذا كانت الأموال قد اقتُرضت مؤقتًا لاجتياز الفحص. وبالمثل، يمكن لبرهان الاعتماد أن يُظهر أن اعتمادًا موقّعًا يفي بقاعدة ما، لكنه لا يستطيع إثبات أن جهة الإصدار قد تعاملت مع التحقق الواقعي بشكل صحيح.

تكمن أكبر الثغرات خارج البرهان نفسه:

• الثقة في المدخلات: قد تكون البيانات التي تُغذى في البرهان خاطئة 또는 تم التلاعب بها.
• الثقة في جهة الإصدار: قد يكون الموقّع على الاعتماد ضعيفًا، 또는 مخترقًا، 또는 غير أمين.
• الثقة في الأوراكل (Oracle): قد تكون البيانات خارج السلسلة قديمة 또는 تم التلاعب بها قبل دخولها البرهان.
• الثقة في الجهاز: يمكن للبرامج الضارة أن تؤثر على ما يوقعه المستخدم 또는 يراه قبل إنشاء البرهان.
• تسرب البيانات الوصفية (Metadata): قد تكشف العناوين، والتوقيت، وبيانات IP، وسلوك التطبيق عن أنماط معينة حتى عندما يخفي البرهان نفسه البيانات الأساسية.

لهذا السبب، يجب أن يحدد أي ادعاء يعتمد على برهان المعرفة الصفرية دائمًا العبارة الدقيقة التي يتم إثباتها. فمصطلحات مثل “خاص”، و”متحقق منه”، و”متوافق” تُعد تسميات غير مكتملة ما لم يوضح التطبيق البيانات المخفية، والبيانات التي تظل عامة، ومن يضمن صحة المدخلات الواقعية.

على الرغم من أن نظام الإثبات قد يكون سليمًا من الناحية الرياضية، إلا أن المنتج المحيط به قد يفشل. لا يكفي فهم الجانب الرياضي وحده، وبالنسبة لمعظم المستخدمين، فإن المخاطر العملية المذكورة أدناه أكثر أهمية من التشفير نفسه.

يُعد الإعداد الموثوق (Trusted setup) الخطر الأكثر سوء فهم. إنه ليس دائمًا عائقًا لا يمكن تجاوزه، لكنه افتراض حقيقي. يجب على المستخدمين معرفة ما إذا كان المشروع يعتمد على مراسم إعداد، 또는 إعداد خاص بالدائرة، 또는 تصميم إثبات شفاف.

يمكن أن تؤدي تكلفة المُثبت (Prover cost) إلى مركزية النظام بصمت. إذا كان عدد قليل فقط من المشغلين يستطيعون إنشاء الإثباتات بالسرعة الكافية، فقد تتمكن الشبكة من التحقق من النتائج بتكلفة منخفضة بينما لا تزال تعتمد على بنية تحتية متخصصة لإنتاجها. هذا أمر يستحق التحقق منه لأي ZK-Rollup 또는 شبكة حوسبة تدعي أنها لامركزية.

يجب قراءة ادعاءات الخصوصية بدقة. قد تخفي الأداة مبالغ المعاملات مع ترك العناوين عامة، 또는 تخفي الهوية عن تطبيق ما بينما لا تزال تكشف الأهلية للمُتحقق، 또는 تثبت نطاق رصيد مع ترك سلوك المحفظة والتوقيت مرئيين بالكامل. على سبيل المثال، عند تداول العملات المشفرة، قد تظن أن خصوصيتك مضمونة بالكامل.

تظهر ادعاءات الكم (Quantum claims) أيضًا في تسويق ZK. تصف بعض الأنظمة خصائص ما بعد الكم، لكن هذا لا يعني أن كل أصل ZK، 또는 محفظة، 또는 جسر، 또는 تطبيق متصل بالشبكة محمي من الاختراقات التشفيرية المستقبلية. من المهم فهم أن حماية العملات الرقمية تتطلب نهجًا شاملاً.

الخطوة الأولى هي تحديد ماهية الأداة بالضبط: هل هي محفظة خصوصية، 또는 حل تجميع (rollup)، 또는 رمز مميز (token)، 또는 نظام هوية، 또는 صفحة إثبات الاحتياطيات، 또는 بنية تحتية للمطورين. إن مجرد تسميتها “ZK” لا يجيب على هذا السؤال.

استخدم هذه القائمة المرجعية قبل ربط محفظة، 또는 نقل أموال عبر جسر، 또는 شراء رمز مميز:

• حدد البيان الدقيق الذي يتحقق منه الإثبات.
• تحقق من البيانات التي تظل عامة بعد تشغيل الإثبات.
• تأكد من الشبكة والجسر وعنوان العقد الذكي بشكل مستقل.
• راجع ما إذا كان نظام الإثبات يتطلب إعدادًا موثوقًا به.
• تحقق مما إذا كان هناك مُسلسل مركزي (sequencer)، 또는 مُصدر (issuer)، 또는 مشغل (operator) متورطًا.
• 지불하다 معاملة اختبار صغيرة قبل نقل أموال ذات قيمة.
• حافظ على عبارات الاسترداد (recovery phrases) وأجهزة التوقيع منفصلة عن مطالبات التطبيق.

تعد نظافة المحفظة أمرًا بالغ الأهمية هنا، لأن معظم أدوات ZK تتطلب واجهة محفظة 또는 حساب لتعمل. إذا كنت جديدًا في مجال الحفظ الذاتي وعلى وشك التفاعل مع تطبيق ZK غير مألوف، فإن مقال أفضل محافظ العملات المشفرة للمبتدئين يغطي الفئات الرئيسية وما يجب البحث عنه قبل الاتصال.

دعم البورصات هو نقطة تحقق منفصلة. قد تُدرج منصة مركزية رمزًا مميزًا مرتبطًا بـ ZK دون دعم كل حل تجميع (rollup)، 또는 عنوان محمي، 또는 مسار سحب. إذا كنت جديدًا في تداول العملات المشفرة وتبحث عن أصول ZK، فإن بورصات العملات المشفرة الصديقة للمبتدئين توضح ما يجب مقارنته بشأن الرسوم والأمان والأصول المدعومة. أما بالنسبة للمستخدمين الذين يتفاعلون مع تطبيقات DeFi القائمة على ZK rollup، فإن خيارات البورصات اللامركزية (DEX) تكون أكثر أهمية.

إليك سير عمل بسيط: اقرأ مطالبة الإثبات الخاصة بالتطبيق، تحقق من السلسلة وعنوان العقد الذكي، اختبر بكمية صغيرة، لا توقع أبدًا على شيء لا تتعرف عليه، وافترض أن الخصوصية جزئية حتى يوضح لك الأداة بالضبط ما تخفيه.