¿Qué es la prueba de conocimiento cero y cómo protege tus datos?

¿Qué es la prueba de conocimiento cero y cómo garantiza la privacidad en línea? Aprende qué es y por qué es importante.

Imagina que tienes un secreto, y alguien quiere verificar que lo sabes, pero no quieres revelar cuál es el secreto en realidad. ¿Cómo es posible? Entra en juego las pruebas de conocimiento cero (ZKP), un concepto criptográfico que permite precisamente eso.

Las pruebas de conocimiento cero, a pesar de su nombre que suena complejo, ofrecen una idea simple pero poderosa: demostrar el conocimiento de algo sin revelar los detalles.

Introducidas en la década de 1980, las pruebas de conocimiento cero se han convertido desde entonces en un pilar de la criptografía moderna, ofreciendo un camino hacia interacciones digitales seguras y privadas en un entorno cada vez más…

Tabla de Contenidos

Prueba de conocimiento cero (ZKP) explicada

Las ZKPs son un método criptográfico que permite a una parte, llamada el demostrador, demostrar a otra parte, el verificador, que posee un conocimiento específico sin revelar ese conocimiento.

En términos más simples, las ZKPs permiten la verificación de un conocimiento sin revelar su contenido exacto. Una de las analogías más conocidas que ilustran las pruebas de conocimiento cero es el escenario de la “cueva de Ali Baba”:

Imagina una situación en la que un demostrador, llamémosle Peggy, quiere demostrar a un verificador, Víctor, que conoce la frase de paso secreta para entrar en una cueva, sin revelar la frase en sí.

Peggy lleva a Víctor a la entrada de la cueva, entra, y luego sale por otro camino. Desafía a Víctor a determinar la entrada original que utilizó.

Si Víctor puede encontrar la entrada original, Peggy revelará la frase de paso. Sin embargo, si Víctor no puede encontrar la entrada original, Peggy demuestra con éxito su conocimiento de la frase de paso sin revelarla.

En esta analogía, la cueva representa el conocimiento secreto (la frase de paso), y la capacidad de Peggy para entrar y salir de la cueva demuestra su conocimiento de la frase de paso.

Es importante destacar que Víctor no obtiene información sobre la frase de paso en sí, ya que no puede ver qué entrada utilizó Peggy para salir de la cueva.

Este ejemplo muestra cómo las pruebas de conocimiento cero permiten a una parte demostrar el conocimiento de un secreto sin revelar el secreto en sí.

Las ZKPs tienen amplias aplicaciones en áreas como la autenticación, protocolos de preservación de la privacidad y tecnología blockchain.

¿Cómo funcionan las pruebas de conocimiento cero?

La prueba de conocimiento cero se logra a través de una compleja secuencia de interacciones. En el núcleo de las ZKPs se encuentran algoritmos matemáticos y protocolos que permiten esta interacción.

Un tipo común de ZKP es el protocolo interactivo, donde el demostrador y el verificador participan en una serie de pasos para establecer la validez de la afirmación.

Estos pasos están diseñados de tal manera que el verificador puede estar convencido del conocimiento del demostrador sin que este último necesite revelar información específica.

Por ejemplo, imagina una situación en la que Donald quiere demostrar a Joe que conoce un número secreto.

Esto se logra a través de una serie de cálculos criptográficos e intercambios que permiten a Joe verificar la corrección de la afirmación de Donald sin conocer nada sobre el número secreto en sí.

Las ZKPs tienen aplicaciones variadas. Además de la autenticación y los protocolos de preservación de la privacidad, las ZKPs también se utilizan en la tecnología blockchain.

Por ejemplo, en una red blockchain, las ZKPs pueden utilizarse para demostrar la validez de transacciones sin revelar información sensible, como la dirección del remitente o la cantidad de la transacción.

Tipos de pruebas de conocimiento cero

Las pruebas de conocimiento cero (ZKPs) vienen en varios tipos, cada uno sirviendo propósitos específicos y ofreciendo ventajas únicas.

Los dos tipos principales incluyen ZKPs interactivas y no interactivas, y algunos más, cada uno con sus propias características y aplicaciones.

1. Pruebas de Conocimiento Cero Interactivas (ZKIPs): Las ZKIPs interactivas requieren que el demostrador y el verificador participen en una serie de interacciones para validar la prueba. El verificador presenta desafíos o preguntas al demostrador, quien debe responder correctamente basándose en su posesión del conocimiento secreto. Un ejemplo es el protocolo de Schnorr, utilizado para demostrar el conocimiento de un logaritmo discreto sin revelarlo.
2. Pruebas de Conocimiento Cero No Interactivas (NIZKs): Las ZKPs no interactivas, introducidas en 1988, eliminan la necesidad de interacción mediante el uso de algoritmos criptográficos basados en parámetros preacordados. Los demostradores ingresan su información en un algoritmo para generar una prueba, que el verificador luego verifica utilizando otro algoritmo. Aunque más eficientes, las NIZKs son intensivas computacionalmente. Ejemplos incluyen zk-SNARKs y zk-STARKs.

   • zk-SNARK (Argumento No Interactivo Conciso de Conocimiento Cero): Los zk-SNARKs permiten a un verificador validar una afirmación sin conocer más detalles al respecto. Son concisos, no interactivos y cumplen el requisito de ‘solidez’, lo que hace que sea poco probable el fraude. Los zk-SNARKs se utilizan en proyectos como zkSync y Polygon zkEVM.
   • zk-STARK (Argumento Transparente Escalable de Conocimiento Cero): Los zk-STARKs son similares a los zk-SNARKs pero ofrecen escalabilidad y transparencia. Son más rápidos para tamaños de testigos más grandes y dependen de la aleatoriedad públicamente verificable en lugar de una configuración de confianza. StarkNet utiliza zk-STARKs para escalabilidad y transparencia en sus operaciones.

3. Pruebas de Conocimiento Cero Estadísticas: Las ZKPs estadísticas permiten a un demostrador convencer a un verificador con una alta probabilidad, en lugar de certeza. Son útiles cuando no se requiere certeza absoluta, como en ciertos protocolos criptográficos.
4. Argumentos de Conocimiento: Las ZKPs de argumentos de conocimiento demuestran que el demostrador conoce un secreto sin revelarlo. El protocolo Sigma es un ejemplo utilizado en firmas digitales.
5. Pruebas de Conocimiento Cero No-Caja Negra: Estas pruebas permiten al verificador examinar el funcionamiento interno de la prueba para obtener más información, garantizando la transparencia en ciertas aplicaciones criptográficas.
6. Pruebas de Conocimiento Cero de la Información: Estas pruebas no solo demuestran el conocimiento de un secreto, sino que también demuestran el conocimiento de cómo derivarlo. El protocolo de identificación Schnorr, utilizado en firmas digitales, es un ejemplo.

Aplicaciones de las pruebas de conocimiento cero

Las pruebas de conocimiento cero tienen una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias y tecnologías, debido a su capacidad para mejorar la privacidad, seguridad y eficiencia en las interacciones digitales.

1. Tecnología blockchain: Una de las aplicaciones más destacadas de las ZKPs es en la tecnología blockchain. Las ZKPs pueden utilizarse para demostrar la validez de transacciones sin revelar información sensible, como la dirección del remitente o la cantidad de la transacción. Esto puede ayudar a mejorar la privacidad y escalabilidad en las redes blockchain. Por ejemplo, las ZKPs se emplean en Zcash (ZEC), una criptomoneda centrada en la privacidad. Las ZKPs permiten a los usuarios demostrar la propiedad de fondos sin revelar su historial de transacciones o saldo de cuenta.
2. Verificación de identidad: Las pruebas de conocimiento cero pueden aplicarse para la verificación segura y preservación de la privacidad en la identificación. Por ejemplo, pueden utilizarse para demostrar que una persona tiene cierta edad sin revelar su edad exacta o fecha de nacimiento. Organizaciones como QEDIT aprovechan las ZKPs para permitir a las empresas verificar la integridad de sus datos sin exponerlos a terceros, garantizando así la privacidad de los datos.
3. Votación digital: Las ZKPs pueden aplicarse en sistemas de votación digital para garantizar la integridad del proceso de votación mientras se mantiene la privacidad del votante. Las ZKPs pueden utilizarse para demostrar que un voto se emitió correctamente sin revelar el voto exacto. Un ejemplo es el proyecto “CIVITAS”, que utiliza ZKPs para permitir votaciones verificables y anónimas en elecciones.
4. Compartir datos y colaboración: Las ZKPs pueden permitir compartir datos y colaboraciones seguras y privadas. Por ejemplo, las ZKPs pueden utilizarse para demostrar que se cumplen ciertas condiciones sin revelar los datos subyacentes, permitiendo que las partes colaboren sin comprometer información sensible.
5. Autenticación y control de acceso: Las ZKPs pueden mejorar los mecanismos de autenticación y control de acceso. Las ZKPs pueden utilizarse para demostrar la propiedad de un activo digital sin revelar el activo en sí, mejorando la seguridad en transacciones digitales. Por ejemplo, las ZKPs se utilizan en la red “Sovrin” para permitir a las personas demostrar atributos sobre sí mismas, como la edad o calificaciones, sin revelar información personal innecesaria.
6. Tecnologías de preservación de la privacidad: Las ZKPs también se utilizan en tecnologías de preservación de la privacidad, como credenciales anónimas y protocolos de intersección de conjuntos privados. Estas tecnologías permiten interacciones seguras sin revelar información sensible.

Ventajas y desafíos de las pruebas de conocimiento cero

Las pruebas de conocimiento cero (ZKPs) ofrecen varias ventajas.

Ventajas

1. Privacidad: Una de las principales ventajas de las ZKPs es su capacidad para proporcionar privacidad al permitir que una parte demuestre el conocimiento de algo sin revelar la información exacta. Esto es crucial en aplicaciones donde la confidencialidad de los datos es fundamental, como la verificación de identidad.
2. Seguridad: Las ZKPs mejoran la seguridad al permitir cálculos verificables sin exponer datos sensibles. Esto es particularmente importante en aplicaciones de blockchain y criptomonedas, donde las transacciones deben ser validadas sin revelar detalles de la transacción.
3. Eficiencia: Las ZKPs pueden reducir significativamente la sobrecarga computacional y de comunicación asociada con demostrar la validez de una afirmación. Esta eficiencia las hace adecuadas para su uso en entornos con recursos limitados.
4. Transparencia: En algunos casos, como las ZKPs no interactivas que utilizan aleatoriedad públicamente verificable, las ZKPs pueden ofrecer transparencia en la generación y verificación de pruebas, mejorando la confianza en el sistema.
5. Escalabilidad: Ciertos tipos de ZKPs, como zk-STARKs, ofrecen ventajas de escalabilidad, permitiendo una generación y verificación eficientes de pruebas incluso con grandes cantidades de datos.

Desafíos

Las ZKPs también presentan ciertos desafíos que deben abordarse para su adopción generalizada:

1. Complejidad: Implementar y comprender las ZKPs puede ser complejo, requiriendo experiencia en criptografía y matemáticas. Esta complejidad puede dificultar la adopción e implementación generalizadas.
2. Intensidad computacional: Generar y verificar ZKPs puede ser intensivo computacionalmente. Esto puede conducir a problemas de escalabilidad, especialmente en aplicaciones con altos volúmenes de transacciones.
3. Configuración de confianza: Algunas ZKPs requieren una fase de configuración de confianza para generar parámetros públicos. Garantizar la integridad de esta configuración y prevenir posibles ataques puede ser complicado.
4. Conocimiento del demostrador: Las ZKPs dependen de la premisa de que el demostrador posee el conocimiento secreto que afirma conocer. Verificar esta suposición sin revelar el secreto puede ser complicado en ciertos escenarios.
5. Interoperabilidad: Diferentes sistemas de ZKP pueden tener interoperabilidad limitada, lo que dificulta el uso de ZKPs en diferentes plataformas y aplicaciones de manera fluida.

El camino a seguir

Hasta el día de hoy, las pruebas de conocimiento cero han surgido como una tecnología esencial para mejorar la privacidad y escalabilidad en diversas aplicaciones digitales.

Las blockchains impulsadas por ZK recientemente lanzadas, como Polygon zkEVM, zkSync Era y StarkNet, presentan grandes promesas. Sus aplicaciones potenciales y su impacto apenas comienzan a explorarse.

Será interesante ver cómo evolucionan estas tecnologías y qué nuevas posibilidades desbloquean en los próximos años.