البرهان بدون كشف في تطبيقاته الحقيقية في Web3: من حماية الخصوصية إلى تحسين الأداء

البرهان بدون معرفة (Zero-Knowledge Proof) يبدو معقدًا للغاية، لكنه يغير بشكل تدريجي قواعد اللعبة في عالم البلوكشين. من المعاملات الخاصة إلى توسيع Layer2، نطاق تطبيقات هذه التقنية أوسع بكثير مما يتصور معظم الناس.

ما المشكلة التي يحلها البرهان بدون معرفة بالضبط؟

ببساطة، البرهان بدون معرفة هو أن يتمكن طرف من إثبات صحة شيء معين دون الكشف عن أي معلومات تفصيلية.

تخيل أنك تريد إثبات لصديقك أن لديك أكثر من مليون دولار في حسابك البنكي، لكنك لا تريد الكشف عن تفاصيل الحساب. هنا، تحتاج إلى البرهان بدون معرفة — أنت فقط تثبت “لدي أكثر من مليون” دون أن تكشف عن معلومات الحساب أو الأرقام أو سجلات المعاملات.

تم تقديم هذا المفهوم لأول مرة بواسطة Shafi Goldwasser و Silvio Micali من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في عام 1985. اكتشفوا أن المصدق والمحقق يمكنهما بناء الثقة من خلال تبادل أدنى قدر ممكن من المعلومات. ببساطة: لا حاجة لكشف الخصوصية بين الطرفين لتحقيق التوافق.

لماذا يحتاج البلوكشين بشكل عاجل إلى البرهان بدون معرفة؟

مشاكل الخصوصية تزداد حدة. المنصات المركزية التقليدية تسرق بيانات المستخدمين، ثم تخزن المعلومات الشخصية(PII) في قواعد بيانات مركزية. إذا تعرضت للاختراق، تتسرب البيانات وتنتشر عمليات الاحتيال. المعاملات على الشبكات العامة شفافة، وهذا كابوس للمستخدمين الذين يحتاجون إلى خصوصية مالية.

عنق الزجاجة في الأداء يعيق التطور. في البلوكشين التقليدي، كل معاملة تتطلب التحقق مرارًا وتكرارًا — التحقق من التوقيع، فحص الشرعية، تنفيذ العقود الذكية. مع البرهان بدون معرفة، يمكن إثبات نفس الحساب مرة واحدة فقط، مما يقلل بشكل كبير من حجم العمليات الحسابية. هذه واحدة من التقنيات الرئيسية لتوسيع Layer2.

تكلفة الثقة مرتفعة جدًا. في الأنظمة اللامركزية، يحتاج المدقق إلى الوصول إلى كميات هائلة من البيانات لتأكيد صحة المعاملة. البرهان بدون معرفة يجعل التحقق أسهل وأكثر كفاءة.

من العملات المجهولة إلى DeFi، البرهان بدون معرفة أصبح واقعًا

سيناريو المعاملات المجهولة هو الأكثر وضوحًا. عملات مثل Zcash و Monero تستخدم تقنية البرهان بدون معرفة لإخفاء مرسل المعاملة، المستلم، نوع الأصول وكميتها. يمكن للمستخدمين إجراء معاملات بشكل كامل مجهول، دون أن يحتاج عقد الشبكة إلى رؤية تفاصيل المعاملة للتحقق من صحتها.

على شبكات عامة مثل إيثريوم، يوفر Tornado Cash خدمة خلط غير مركزية غير موكلة. يستخدم البرهان بدون معرفة لإخفاء تفاصيل المعاملة، مما يتيح للمستخدمين إجراء تحويلات خاصة على الشبكة العامة. على الرغم من إغلاقه لاحقًا بسبب قضايا تنظيمية، إلا أن هذا المثال يوضح مدى إمكانية التقنية.

التحقق من الهوية يتغير أيضًا بشكل سري. الطرق التقليدية تتطلب تقديم اسم، بريد إلكتروني، تاريخ ميلاد وغيرها من المعلومات الحساسة. باستخدام البرهان بدون معرفة، يمكن للمستخدم إثبات “أنا بالغ” أو “أنا عضو في منصة معينة” دون الكشف عن هويته الحقيقية. على سبيل المثال، إثبات أن عمره 18 عامًا أو أكثر دون تقديم بطاقة الهوية.

الحسابات القابلة للتحقق من صحتها تفرج عن القدرة الحاسوبية. عندما يكون الحساب المحلي مكلفًا جدًا، يمكن للمستخدم توكيل طرف ثالث (مثل خدمات العرافة) لإجراء الحسابات. البرهان بدون معرفة يتيح للمزود إثبات أن نتائج حساباتهم صحيحة، دون الحاجة لإعادة الحساب، مما يعزز الثقة.

التصويت المجهول أصبح ممكنًا أيضًا. مع إخفاء الهوية تمامًا، يمكن للمستخدم إثبات أنه يحق له التصويت وإتمام التصويت بشكل سري.

كيف يعمل البرهان بدون معرفة: من لعبة عمى الألوان إلى التحقق من السودوكو

يجب أن يحقق البرهان بدون معرفة ثلاثة عناصر أساسية: الاكتمال، الموثوقية، والخصوصية.

• الاكتمال: إذا كانت الادعاءات صحيحة، فإن المدقق الصادق يُقنع
• الموثوقية: إذا كانت الادعاءات خاطئة، لا يمكن للمخادع أن يخدع
• الخصوصية: المدقق لا يتعلم شيئًا سوى أن الادعاء صحيح

حسب طريقة التحقق، ينقسم البرهان بدون معرفة إلى نوعين رئيسيين:

الأنظمة التفاعلية تتطلب عدة جولات من الحوار. على سبيل المثال، لعبة عمى الألوان الكلاسيكية: أليس عمى ألوان، وبوب ليس كذلك. بوب لديه كرتان متطابقتان تمامًا، واحدة زرقاء والأخرى حمراء. يريد بوب إثبات أن الكرتين مختلفتين في اللون.

العملية كالتالي: أليس تضع الكرتين خلف ظهرها وتبدلهما عشوائيًا، ثم تسأل بوب “هل قمت بالتبديل؟”. إذا كان بوب يستطيع رؤية الألوان، فإنه يعطي الإجابة الصحيحة. بعد عدة اختبارات، إذا أجاب بوب بشكل صحيح في كل مرة، يزداد ثقة أليس (المرة الأولى بنسبة 50%، الثانية 75%، وفي النهاية تقترب إلى 1-(1/2)^n).

لكن، هذه الطريقة لها عيوب واضحة: كل عملية تحقق تبدأ من الصفر، ويجب أن يكون الطرفان حاضرين في نفس الوقت، ويحتاج الأمر إلى تكرار العملية مع عدة مدققين.

الأنظمة غير التفاعلية تنتج إثباتًا دائمًا صالحًا مرة واحدة. لفهم ذلك، فكر في لعبة السودوكو. أليس حلت اللغز، وتريد إثبات ذلك لبوب. تضع الحل في جهاز غير قابل للتلاعب، ويعمل وفق بروتوكول علني:

1. تستخرج كل صف من 9 بطاقات، وتخلطها وتضعها في كيس (9 أكياس)
2. تستخرج كل عمود من 9 بطاقات، وتخلطها وتضعها في كيس (9 أكياس)
3. تستخرج كل مربع 3×3 من البطاقات، وتخلطها وتضعها في كيس (9 أكياس)

مجموع 27 كيسًا. يراجع بوب كل كيس ليتأكد من احتوائه على الأرقام 1-9 بشكل كامل. إذا وافق، يتيقن أن أليس حلت اللغز، دون أن يتعلم أي تفاصيل عن الحل.

هذه الطريقة واضحة المزايا: التحقق يتم في جولة واحدة، والإثبات دائم، ويمكن لأي شخص استخدام نفس الإثبات للتحقق.

تطور الحلول التقنية في المنافسة

حاليًا، أكثر الحلول انتشارًا في Layer2 هو zk-rollup — حيث يتم تجميع عدة معاملات، ثم إصدار “دليل صحة” إلى Layer1، يثبت أن هذه المعاملات صحيحة.

zk-SNARK هو “برهان بدون معرفة غير تفاعلي ومختصر”. يستخدم التشفير بواسطة منحنيات إهليلجية لإنشاء إثبات صغير وسهل التحقق. على إيثريوم، يتطلب التحقق من zk-SNARK حوالي 500,000 غاز، وهو تكلفة منخفضة نسبيًا. من بين المشاريع التي تستخدمه: Zcash، Loopring، zkSync 1.0/2.0، Zigzag، Mina وغيرها.

الميزة هي انخفاض تكلفة الغاز، والعيب هو متطلبات عالية للأجهزة، ووجود فرضية الثقة (حيث يجب أن تكون البيانات المدخلة موثوقة).

zk-STARK هو “برهان بدون معرفة قابل للتوسع وشفاف”. مقارنة بـ SNARK، يتميز بـ:

• وقت إثبات أقصر
• سهولة التوسع
• استخدام دوال هاش مقاومة للكمبيوتر الكمّي
• عدم وجود فرضية الثقة

لكن، تكلفته في التحقق أعلى. فريق StarkWare (StarkEx، StarkNet) و Immutable X يستخدمون هذا الحل.

التحديات الحالية التي تواجه البرهان بدون معرفة

تكاليف الأجهزة مرتفعة جدًا. توليد البرهان يتطلب عمليات ضرب متعددة الأبعاد، وتحويل فورييه السريع(FFT) وغيرها من العمليات المعقدة، حيث 70% من الوقت يُستهلك في عمليات الضرب المتعدد(MSM). يتطلب ذلك أجهزة مخصصة، غالبًا FPGA (أرخص بثلاث مرات من GPU، وأكثر كفاءة بعشرة أضعاف).

التحقق مكلف أيضًا. التحقق من zk-STARK قد يكون أكثر تكلفة من zk-SNARK، مما يهدد تطبيقات واسعة النطاق.

فخ فرضية الثقة. يتطلب zk-SNARK أن يقدم المشاركون المعاملات الأولية بشكل صحيح، لكن المستخدمين لا يمكنهم تقييم مدى أمان المشاركين. إذا أدخلوا بيانات خاطئة، يضطر المستخدمون إلى تصديقها. أما zk-STARK، فلا يعاني من هذه المشكلة، لكن الباحثين لا زالوا يعملون على تصميم إعدادات غير موثوقة لزيادة الأمان.

تهديد الحوسبة الكمّية يقترب. zk-SNARK يعتمد على توقيعات رقمية بواسطة منحنيات إهليلجية(ECDSA)، وهي آمنة حاليًا، لكن الحوسبة الكمّية قد تكشفها. zk-STARK يستخدم دوال هاش مقاومة للكمبيوتر الكمّي، ولهذا فهو أكثر أمانًا من الناحية النظرية.

مستقبل البرهان بدون معرفة

القيمة الحقيقية للبرهان بدون معرفة تكمن في: التمكن من الجمع بين أمان البلوكشين الأساسي (مثل إيثريوم) وتحسين أداء وخصوصية تطبيقات DApp بشكل كبير. تجميع المعاملات على الشبكة يقلل التكاليف، وبيانات المستخدم تبقى خارج السلسلة، مما يجعل تطبيقات Web3 أسرع، وأكثر أمانًا، وأكثر خصوصية.

هذه التقنية لم تعد مجرد نظرية، بل تعيد تشكيل البنية التحتية للبلوكشين. سواء كانت معاملات خاصة، أو التحقق من الهوية، أو توسيع Layer2، يلعب البرهان بدون معرفة دورًا متزايدًا.