Nullkunnskapsbevis for privat trafikkverifisering i dVPN

Problemet med tradisjonell trafikklogging

Har du noen gang lurt på hvorfor vi stoler på at et tilfeldig selskap i et annet land skal håndtere hver eneste av våre digitale hemmeligheter? Det er egentlig ganske spesielt når du tenker over det. Vi betaler for personvern, men i praksis flytter vi bare dataene våre fra internettleverandørens (ISP) bøtte over i bøtta til en VPN-leverandør.

Hovedproblemet er at de fleste tjenester hevder å ha en "no-logs"-policy, men det finnes bokstavelig talt ingen måte for deg å verifisere dette på. Det er i beste fall et høytidelig løfte.

• Honeypot-risikoen: Sentraliserte servere er massive mål. Hvis en myndighet eller en hacker bryter seg inn, får de tilgang til alt fra alle samtidig.
• Brutte løfter: Vi har sett eksempler der leverandører som lover "ingen logging" likevel har utlevert data etter press fra myndighetene.
• Skjulte metadata: Selv om de ikke logger selve "trafikken" din, beholder de ofte tidsstempler eller IP-adresser for "feilsøking", noe som fremdeles kan brukes til å identifisere deg.

Desentraliserte VPN-løsninger (dVPN) forsøker å løse dette ved å bruke et P2P-nettverk (peer-to-peer) der vanlige folk deler sin overskuddsbåndbredde. Men det er ennå ikke perfekt. Selv om dVPN løser problemet med sentralisering, introduserer det en ny tillitsutfordring: den enkelte node-operatøren. Siden en vilkårlig person ruter dataene dine, må du bekymre deg for om vedkommende snoker på trafikken din.

Som vist i Diagram 1, skifter dataflyten fra et sentralt knutepunkt til et distribuert mesh-nettverk, hvor tilkoblingen din hopper gjennom flere individuelle noder i stedet for én stor bedriftsserver.

Ifølge en rapport fra Top10VPN fra 2024, har mange av de største tjenestene fremdeles "diffuse" loggingsrutiner, til tross for hva de lover i markedsføringen. I et dVPN-økosystem er bekymringen knyttet til om node-operatøren utfører "packet sniffing". I tillegg må nettverket kunne bevise at en node faktisk har levert tjenesten, uten å se hva du faktisk har foretatt deg.

Så, hvordan beviser vi at trafikk har funnet sted uten å faktisk se på trafikken? Det er her det blir virkelig interessant med Zero-Knowledge Proofs (ZKP).

Hva er egentlig Zero-Knowledge Proofs?

Se for deg at du vil bevise for en venn at du har nøkkelen til et låst skrin, men du vil ikke at vennen din skal se selve nøkkelen eller hva som er inni skrinet. Hvordan gjør du det uten å gi den fra deg?

Dette er i essens magien bak Zero-Knowledge Proofs (ZKP), eller bevis på nullkunnskap. Det er en kryptografisk metode der én part (beviseren) kan bevise overfor en annen part (verifikatoren) at en påstand er sann, uten å avsløre noe informasjon utover det faktum at påstanden faktisk stemmer.

Tenk på en sirkelformet hule med en hemmelig dør innerst som krever et passord. Hvis jeg vil bevise for deg at jeg kan passordet uten å si det til deg, kan jeg gå inn i hulen mens du ser på at jeg kommer ut på den andre siden. Du hører aldri passordet, men du vet at jeg må ha det for å komme meg gjennom.

• Finans: Banker kan verifisere at du har nok penger til et boliglån uten å se hele transaksjonshistorikken din eller nøyaktig saldo.
• Helse: En forsker kan bekrefte at en pasient har en spesifikk genmarkør for en studie uten noen gang å se pasientens navn eller andre private medisinske journaler.
• Handel: Bevise at du er over 18 eller 21 år for å kjøpe et produkt på nettet uten å dele din faktiske fødselsdato eller hjemmeadresse.
• Nettverkstrafikk: Bevise at en datapakke ble sendt fra punkt A til punkt B uten å avsløre innholdet i meldingen eller avsenderens identitet.

Diagram 2 illustrerer denne logikken ved å vise hvordan «beviseren» sender et matematisk bevis til «verifikatoren» som bekrefter sannheten i en påstand uten å dele de underliggende dataene.

Ifølge Chainlink er ZKP-systemer som zk-SNARKs i ferd med å bli gullstandarden for personvern fordi de er «ikke-interaktive». Det betyr at beviset bare er en liten datapakke som sendes én gang.

I en verden med desentraliserte VPN-er (dVPN) er dette et enormt gjennombrudd. Det betyr at en node kan bevise at den har rutet dataene dine riktig uten noen gang å «se» selve datapakkene. Men hvordan bruker vi egentlig dette på uoversiktlig internetttrafikk? Det er her teknologien blir virkelig spennende.

Implementering av ZKP i markedsplasser for båndbredde

Så hvordan betaler man egentlig noen for båndbredde uten å vite hva de sender eller hvor trafikken skal? Det høres ut som et paradoks – å bevise at en jobb er utført, samtidig som selve jobben holdes fullstendig skjult.

I en markedsplass for båndbredde bruker vi zk-SNARKs for å verifisere at en node faktisk har flyttet for eksempel 500 MB data for en bruker. Noden leverer et "bevis" på at pakkeheadere samsvarer med forventet protokoll og størrelse, men selve nyttelasten – dine e-poster, passord eller kattememes – forblir kryptert og usynlig for noden.

• Pakkevalidering: Nettverket sjekker at pakkene har riktig størrelse og frekvens uten å snoke i innholdet. Dette hindrer noder i å sende tomme "søppeldata" bare for å høste belønninger (såkalt reward farming).
• Sybil-beskyttelse: Dette sikrer at én person ikke kjører 100 falske noder på samme maskin for å "dele" båndbredde med seg selv. Dette fungerer fordi ZKP kan bevise at en node har en unik maskinvaresignatur eller "Proof of Contribution" uten å avsløre nodens spesifikke identitet.
• Personvern i høysetet: Selv om en nodeoperatør er teknisk kyndig, kan de ikke se din destinasjons-IP. Beviset validerer kun selve faktumet at en overføring fant sted, ikke detaljene i den.

Ifølge Ingo Research muliggjør zk-SNARKs "kortfattet" (succinct) verifisering. Det betyr at blokkjeden ikke blir overbelastet med enorme filer; den sjekker bare et lite, matematisk bevis.

Det er her pengene (eller tokenene) kommer inn i bildet. Vi bruker smarte kontrakter som fungerer som en automatisert og nøytral tredjepart (escrow). Når ZKP-en er verifisert, utløser kontrakten automatisk betaling til nodeleverandøren.

En 2023-rapport fra Messari om DePIN (Decentralized Physical Infrastructure Networks) – som i bunn og grunn er nettverk bygget og eid av brukere i stedet for store selskaper – antyder at token-insentiver er den eneste måten å skalere P2P-nettverk på slik at de kan konkurrere med store internettleverandører (ISPer).

Diagram 3 viser kretsløpet i markedsplassen: brukeren ber om båndbredde, noden leverer den, en ZKP genereres for å bevise arbeidet, og den smarte kontrakten utbetaler belønningen.

Det fungerer i praksis som en tillitsløs salgsautomat. Du legger inn en forespørsel, noden gjør jobben, matematikken beviser det, og betalingen skjer umiddelbart. Ingen mellomledd trengs for å "godkjenne" transaksjonen.

Neste steg er å se på de tekniske hindringene, som CPU-belastning og forsinkelse (latency), som gjør dette utfordrende å gjennomføre i den virkelige verden.

Tekniske utfordringer og fremtiden for DePIN

Hvis denne teknologien er så banebrytende, hvorfor bruker vi den ikke alle sammen allerede? Sannheten er at det å "bevise" noe uten å faktisk vise det, krever en enorm innsats fra datamaskinen din.

Å generere et nullkunnskapsbevis (ZKP) er ikke akkurat lettvektsarbeid. Selv om det går lynraskt å verifisere et bevis, må den som oppretter det – altså node-operatøren – gjøre de tunge løftene. På en vanlig bærbar maskin kan dette føre til en merkbar økning i CPU-bruk og litt forsinkelse (lag).

• Prosesseringstrykk: Opprettelse av ZK-SNARKs krever kompleks matematikk som kan bremse sanntidstrafikk. Hvis en VPN føles som en gammeldags modemlinje, kommer ingen til å bruke den.
• Latensproblemer: I et P2P-nettverk teller hvert millisekund. Å legge til et "verifiseringstrinn" for hver pakkeenhet kan være frustrerende for gamere eller folk i videomøter.
• Optimalisering: Utviklere jobber nå med "rekursive bevis" og maskinvareakselerasjon (som bruk av GPU-er) for at dette skal skje i bakgrunnen uten at brukeren merker det.

Ifølge en teknisk blogg fra a16z crypto fra 2023, er effektiviteten til bevisføreren (prover) en av de største flaskehalsene for å skalere disse personvernsystemene.

Til tross for utfordringene er visjonen et nettverk som teknologigigantene ikke bare kan "skru av". Ved å samle båndbredde fra tusenvis av private hjem, skaper vi et distribuert nett som i praksis er umulig å sensurere.

• Sensurbestandighet: Siden det ikke finnes noen sentral server å blokkere, fortsetter et DePIN-nettverk å kjøre selv om myndigheter prøver å trekke ut kontakten.
• Global rekkevidde: Du får en IP-adresse fra et ekte hjem, noe som gjør det langt vanskeligere for strømmetjenester eller brannmurer å flagge deg som en "VPN-bruker".

Det er ærlig talt en katt-og-mus-lek. Men etter hvert som teknologien blir mer strømlinjeformet, vil disse P2P-verktøyene begynne å føles like raske som de sentraliserte tjenestene vi bruker i dag.

Slik kommer du i gang: Brukeropplevelsen

For folk flest er det ikke store forskjellen på å bruke en zkp-drevet dVPN og en helt vanlig app. Du laster ned klienten, trykker på "koble til", og så skjer de avanserte matematiske beregningene i bakgrunnen. Det som virkelig er spennende, er inntjeningspotensialet. Hvis du har raskt internett hjemme som du ikke bruker mens du sover, kan du sette opp en node. Du lar i praksis datamaskinen stå på, og DePIN-protokollen betaler deg i tokens for båndbredden du deler. Dette er ikke en "bli rik i en fei"-metode, men det er en fin måte å forvandle den månedlige internettregningen til en liten passiv inntekt, samtidig som du bidrar til å bygge et mer privat og sikkert internett.

Konklusjon: Et tillitsløst internett er mulig

Er vi i ferd med å nå et punkt der "tillit" bare er en matematisk ligning? Det føles som om vi endelig er på vei forbi de tvilsomme "no-log"-løftene som ingen egentlig kunne verifisere.

Ved å kombinere nullkunnskapsbevis (zkp) med desentraliserte nettverk, bygger vi en web der personvern ikke er en tilleggsfunksjon du kjøper, men selve fundamentet for hvordan infrastrukturen fungerer. Det handler om å ta makten tilbake fra gigantiske internettleverandører og plassere den i et gjennomsiktig, p2p-basert marked.

• Verifisering fremfor tillit: Du trenger ikke å stole blindt på en leverandør; blokkjede-protokollen beviser at arbeidet ble utført uten at noen får innsyn i dataene dine.
• Delingsøkonomien: Vanlige folk kan tjene belønninger for å dele båndbredde, på samme måte som Airbnb fungerer for ledige rom.
• Global motstandskraft: En 2023-rapport fra Syari (en data-aggregator for DePIN) påpeker at desentralisert infrastruktur er langt vanskeligere for enkeltaktører å sensurere eller stenge ned sammenlignet med tradisjonelle serverparker.

Ærlig talt er teknologien fortsatt litt umoden og krever mye av prosessoren, men retningen er krystallklar. Vi beveger oss mot et internett som er privat som standard, og det er sannelig på tide. Hold deg nysgjerrig, og vurder kanskje å kjøre en node selv – det er den beste måten å se fremtiden utspille seg i praksis.