Preuve à divulgation zéro : une nouvelle dimension de confidentialité et de sécurité sur la blockchain

Dans l’écosystème blockchain et Web3, le concept de preuve à divulgation nulle de connaissance (zero knowledge proof, ZKP) redéfinit l’équilibre entre confidentialité et transparence. L’idée fondamentale est la suivante : prouver que vous connaissez quelque chose sans révéler aucun détail à son sujet. Par exemple, vous pouvez présenter une pièce d’identité pour confirmer votre adhésion à un club, sans partager votre adresse ou autres informations personnelles. C’est là que réside l’essence de la technologie de preuve à divulgation nulle de connaissance : assurer la vérification nécessaire tout en protégeant les données sensibles.

Issue du domaine de la cryptographie, cette technologie permet à une partie de prouver à une autre la véracité d’une information sans lui divulguer aucune donnée. On peut la comparer à la preuve qu’un coffre fermé contient un objet précieux : sans l’ouvrir, prouver que l’objet s’y trouve.

Qu’est-ce que la preuve à divulgation nulle de connaissance (ZKP) ?

Les preuves à divulgation nulle de connaissance sont des protocoles cryptographiques qui remplissent la fonction suivante : en tant que preuveur, vous convainquez un vérificateur de la véracité d’une affirmation sans partager d’informations supplémentaires. Par exemple, pour prouver que vous êtes majeur, vous n’avez pas besoin de donner votre date de naissance — il suffit de montrer que vous dépassez l’âge requis.

En résumé : la preuve à divulgation nulle de connaissance consiste à prouver l’existence d’une information sans la partager.

Comment fonctionne la preuve à divulgation nulle de connaissance ?

La magie de cette technologie réside dans sa capacité à effectuer des vérifications sans révéler de données. En utilisant des algorithmes mathématiques, le preuveur peut transmettre au vérificateur la validité de calculs complexes sans lui révéler les détails.

Prenons un exemple de transaction en cryptomonnaie : la ZKP peut prouver que la transaction est légitime tout en gardant confidentiels le montant, l’expéditeur et le destinataire. Cela se réalise via des techniques cryptographiques sophistiquées telles que le “témoin” (witness) et le “défi-réponse” (challenge-response).

Analogie du labyrinthe : imaginez que vous souhaitez prouver que vous avez traversé un labyrinthe. En laissant des “traces numériques” lors de votre passage, ces traces montrent que vous avez réussi à sortir, sans révéler le chemin exact que vous avez emprunté. C’est une métaphore de la façon dont fonctionne la preuve à divulgation nulle de connaissance.

Avantages fondamentaux de la preuve à divulgation nulle de connaissance

Confidentialité renforcée : vous pouvez prouver que vous détenez une information ou que vous avez effectué une transaction sans partager ses détails. Cela protège notamment le montant de la transaction, l’identité des parties et leurs préférences de vote.

Sécurité accrue : vous pouvez vérifier la validité de calculs complexes sans faire confiance à une source unique. En éliminant les intermédiaires et en réduisant les vecteurs d’attaque, la sécurité de la blockchain est renforcée.

Efficacité améliorée : en validant plus efficacement des calculs complexes par rapport aux méthodes traditionnelles, la ZKP contribue à des domaines comme la gestion de la chaîne d’approvisionnement ou la détection de fraude.

ZK Rollups : la fusion de la scalabilité et de la confidentialité

Représentant une avancée révolutionnaire dans la scalabilité blockchain, les ZK Rollups sont parmi les applications les plus remarquables de la preuve à divulgation nulle de connaissance.

Les ZK Rollups sont des centres de traitement hors chaîne. Au lieu de traiter chaque transaction individuellement sur la blockchain principale, ils regroupent des centaines voire des milliers de transactions en une seule “transaction groupée”. L’aspect clé : ils n’envoient pas seulement un résumé, mais utilisent une cryptographie avancée appelée preuve à divulgation nulle de connaissance pour prouver que toutes les transactions regroupées sont valides, sans révéler leurs détails.

Exemple avec Ethereum

Les ZK Rollups traitent plusieurs transactions hors chaîne, puis les regroupent en une seule transaction. Cela augmente considérablement la capacité de traitement d’Ethereum et réduit la charge sur le réseau principal. Après traitement, une preuve ZKP est envoyée à la chaîne principale, attestant de la validité de toutes les transactions sans en révéler les détails.

Ce procédé permet de réduire la congestion du réseau tout en augmentant l’efficacité, permettant à Ethereum de potentiellement traiter des millions de transactions par seconde. Il offre aussi une confidentialité accrue pour les utilisateurs et applications, ouvrant la voie à de nouvelles innovations dans la DeFi, les NFT et Web3, où vitesse et confidentialité sont essentielles.

Avantages des ZK Rollups

• Transactions rapides : en traitant hors chaîne, ils réduisent considérablement les frais de gaz et les temps d’attente, rendant les échanges plus fluides et économiques.

• Scalabilité : ils exploitent tout le potentiel de la blockchain pour réaliser des millions de transactions en quelques secondes.

• Protection de la vie privée : en maintenant confidentielles les détails des transactions, ils préservent l’anonymat des utilisateurs et renforcent la confiance dans le système financier.

• Décentralisation : en ne transférant qu’une preuve à la chaîne principale, ils conservent la nature distribuée de la blockchain, tout en améliorant transparence et sécurité.

• Coûts réduits : en déplaçant le traitement hors chaîne, les coûts diminuent naturellement, rendant la cryptomonnaie accessible à tous.

Applications concrètes de la technologie à divulgation nulle de connaissance

Utilisations dans la blockchain

La plus courante est l’intégration dans les solutions de couche 2. Les ZK proofs permettent de regrouper plusieurs transactions en une seule preuve, augmentant la scalabilité et la confidentialité, sans révéler les détails.

Deux principales technologies :

• zk-SNARK : reconnue pour son efficacité, largement adoptée
• zk-STARK : résistante aux attaques quantiques, plus sécurisée

Autres applications blockchain :

• Blockchains scalables : ZK-Rollups dépassent les limitations des chaînes de couche 1, offrant des transactions plus rapides et moins coûteuses.

• Vérification d’intégrité des données : prouver qu’un fichier n’a pas été modifié sans le télécharger intégralement. Par exemple, prouver la validité de votre permis de conduire ou passeport en ligne sans le dévoiler.

• Oracles décentralisés : intégrés à des plateformes comme Chainlink, ils permettent de prouver la véracité des données tout en préservant la confidentialité.

• Calcul multipartite sécurisé : ouvrir la voie à des applications d’IA et d’apprentissage automatique qui préservent la confidentialité des données.

• Vérification de NFT : prouver la propriété ou l’authenticité d’un NFT sans révéler l’identité du propriétaire.

Applications industrielles

• Transactions financières : effectuer des opérations bancaires sans révéler votre solde. Des cryptos comme Zcash utilisent la ZKP pour cacher l’expéditeur, le destinataire et le montant tout en garantissant la légitimité de la transaction.

• Données médicales : partager uniquement les informations nécessaires pour un diagnostic, tout en conservant la confidentialité des autres données. Respect de la norme HIPAA.

• Vote électronique : prouver que votre vote a été comptabilisé sans révéler votre choix, assurant intégrité et confidentialité.

• Traçabilité dans la chaîne d’approvisionnement : prouver l’origine et la conformité d’un produit sans divulguer ses secrets commerciaux.

• Score de crédit : démontrer que vous remplissez certains critères de crédit sans dévoiler votre situation financière complète.

• Authentification sans mot de passe : prouver que vous connaissez un secret sans le révéler, réduisant les risques de piratage.

• Stockage en nuage sécurisé : stocker des données dans le cloud sans en donner un accès total.

• Authentification biométrique : prouver votre identité via empreinte ou reconnaissance faciale sans stocker de données biométriques brutes.

Projets cryptographiques de premier plan utilisant la technologie à divulgation nulle

Plusieurs projets innovants exploitent la preuve à divulgation nulle dans l’écosystème Ethereum :

Loopring : utilise la ZKP pour transformer plusieurs transactions en une seule, réduisant les frais et augmentant la capacité d’Ethereum. Plateforme décentralisée d’échange (DEX), permettant des échanges rapides et peu coûteux.

Zcash : cryptomonnaie axée sur la confidentialité, utilisant zk-SNARK pour cacher montants et identités, offrant un niveau de confidentialité unique.

Filecoin : réseau décentralisé de stockage, utilisant la ZKP pour prouver la conservation et l’intégrité des données sans divulgation.

StarkWare : fournit des solutions de scalabilité ZK-STARK pour étendre Ethereum.

Immutable X : plateforme NFT rapide et sans gaz sur Ethereum, idéale pour les développeurs et collectionneurs.

Secret Network : permet des contrats intelligents avec données et calculs confidentiels pour des applications DeFi privées.

Mina Protocol : blockchain ultra-légère, permettant à n’importe quel smartphone de participer pleinement, facilitant l’adoption.

Aztec Protocol : offre des transactions DeFi privées, permettant des prêts et emprunts confidentiels.

ZKsync : solution de paiement rapide et sécurisée sur Ethereum, exploitant ZK Rollups, compatible avec Ethereum.

Hermez Network : ZK Rollups pour augmenter la vitesse et réduire les coûts sur Ethereum, idéal pour les transactions à fort volume et faibles valeurs.

Tornado Cash : utilise zk-SNARK pour anonymiser les transactions Ethereum, protégeant la vie privée des utilisateurs.

Risques et défis de la cryptographie à divulgation nulle

Malgré son potentiel, la ZKP comporte plusieurs défis :

1. Intensité computationnelle : la création et la vérification des preuves sont coûteuses en ressources, limitant leur adoption sur appareils faibles.

2. Maturité technologique : domaine encore en développement, l’intégration avec les plateformes blockchain existantes reste complexe.

3. Sécurité de l’installation de confiance : zk-SNARK nécessite une phase de “génération de paramètres” en confiance, susceptible d’être compromise.

4. Menaces quantiques : les ordinateurs quantiques pourraient casser certains schémas cryptographiques ZKP, nécessitant des solutions résistantes.

5. Centralisation potentielle : la validation des ZK Rollups peut concentrer le pouvoir chez certains validateurs, soulevant des questions de décentralisation.

6. Usage malveillant : la confidentialité accrue peut faciliter le blanchiment d’argent ou la fraude, nécessitant une régulation adaptée.

7. Ingénierie sociale : utilisateurs vulnérables face à des attaques de phishing ou de manipulation, importance de la formation.

Rôle de la preuve à divulgation nulle dans l’avenir de la blockchain

La ZKP et les ZK Rollups ne sont pas seulement des avancées techniques, mais constituent la pierre angulaire de l’évolution future de la blockchain. Elles offrent une combinaison unique de confidentialité, sécurité et scalabilité, favorisant une adoption plus large.

En permettant d’anonymiser les transactions tout en protégeant les données personnelles, la technologie renforce la confiance. Elle peut aussi redéfinir l’identité décentralisée, la computation multipartite sécurisée, et créer des blockchains résistantes aux attaques quantiques.

Malgré les défis liés à la complexité, à la maturité technologique et à la compréhension publique, la recherche continue et l’innovation laissent entrevoir un avenir prometteur pour la preuve à divulgation nulle de connaissance.

Ce n’est pas seulement une avancée technique, mais un outil pour redonner le contrôle aux utilisateurs, révéler leur potentiel, et construire un futur numérique où confidentialité, sécurité et scalabilité coexistent harmonieusement. La blockchain évoluera vers une ère où la confidentialité et l’efficacité seront pleinement intégrées, et la ZKP en sera un pilier essentiel.