密码学-密码协议之零知识证明

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一、前言

零知识证明实际上一种密码协议，该协议的一方称为证明者(Prover)，通常用P表示，协议的另一方是验证者(Verifier)，一般用V表示。零知识证明是指P试图使V相信某个论断是正确的，但却不向V提供任何有用的信息，或者说在P论证的过程中V得不到任何有用的信息。也就是说，零知识证明除了证明证明者论断的正确性外，不泄露任何其它信息或知识，或者说零知识证明是那种除了论证论题的有效性外不产生任何知识的证明。

二、零知识证明性质：

正确性：P无法欺骗V。若P不知道这个知识，则P无法使V相信他拥有这个知识。

完备性：V无法欺骗P。若P知道到这个知识，则P就能够使V相信他拥有这个知识。

零知识性：V无法获取任何额外的知识。

三、经典示例：

验证者V开始停留在位置A。

1、证明者P一直走到迷宫的深处，随机选择到位置C或位置D。

2、V看不到P后，走到位置B，然后命令P从某个出口返回B。

3、P服从V的命令，要么原路返回至位置B，要么使用秘密口令打开门后到达位置B。

4、P和V重复上述步骤n次。

在上述协议中，如果P不知道秘密口令，他只能从来路返回到B点，而不能走另外一条路，此外， P每一次猜对V要求他走哪一条路的概率是1/2

因此，每一轮协议P能够欺骗V的概率是1/2。执行n轮协议后，P成功欺骗V的概率是1/2n

假定n=16，则执行16轮协议后，P 成功欺骗V的概率是1/216=1/65536

在该过程中，如果P能够16次按V的要求路线返回，V即能证明P确实知道秘密口令；同时，V无法从上述证明过程中获取丝毫有关P的秘密口令的消息——零知识证明

四、零知识证明的应用

零知识证明（Zero-Knowledge Proof, ZKP）是一种加密技术，允许一方（证明者）向另一方（验证者）证明自己知道某个秘密信息，而无需透露该信息本身。以下是零知识证明的一些主要用途：

身份验证：
在不透露密码的情况下，用户可以证明自己有权限访问某个系统。这样可以有效地防止密码泄露和中间人攻击。
区块链和加密货币：
ZKP可以用于保护交易隐私，例如在Zcash等加密货币中，通过零知识证明，用户可以证明交易的有效性而不泄露交易的具体信息。提高区块链的扩展性和效率，尤其是在需要验证大量数据的情况下。
隐私保护：
在数据共享和数据分析中使用ZKP，可以确保数据的所有者在不泄露原始数据的情况下，向数据分析方证明数据的某些属性或计算结果是正确的。
数字签名和电子投票：
ZKP可以用于电子投票系统，确保投票的隐私和公平性，防止选票被篡改，同时允许选民验证自己的投票被正确计入。
合规性和隐私性审计：
企业可以使用ZKP来证明其遵守了某些法规或标准，而无需向审计方披露具体的商业秘密或敏感信息。
金融交易和智能合约：
在金融交易中，ZKP可以确保交易双方的隐私，同时确保交易的有效性和合规性。在智能合约中，ZKP可以用于验证某些条件是否满足，而不需要泄露这些条件的具体内容。
密码学协议：
ZKP用于各种密码学协议中，如密钥交换协议，以确保安全性和隐私性。
互联网隐私和安全：
在互联网应用中，ZKP可以用于保护用户隐私，如在社交媒体、电子邮件、云存储等应用中，确保用户数据不被泄露。