Rekurzivni dokazi bez znanja za privatno tunelovanje

Čekajte, šta su zapravo rekurzivni dokazi sa nultim znanjem?

Da li ste se ikada zapitali kako biste mogli da dokažete prijatelju da imate ključeve zaključanog sefa, a da mu zapravo ne pokažete ključeve niti otvorite vrata? Zvuči kao mađioničarski trik, ali u svetu kriptografije, to zovemo dokaz sa nultim znanjem (zkp - zero-knowledge proof).

Iskreno, najlakši način da razumete rekurzivne dokaze jeste da zamislite kako se danas fotografišete u parku dok u ruci držite odštampanu fotografiju sebe u tom istom parku od juče. Da biste dokazali da ste tamo bili cele nedelje, svakog dana pravite novu fotografiju držeći onu od prethodnog dana.

Do sedmog dana, ta jedna finalna fotografija dokazuje istoriju čitave nedelje jer sadrži „dokaz o dokazu“. Prema platformi sCrypt, ova logika nam omogućava da agregiramo hiljade transakcija — uključujući složena „rukovanja“ (handshakes) između korisnika — u jedan sićušni, proverljivi niz podataka.

• Znanje bez izlaganja: Dokazujete da znate tajnu (poput privatnog ključa za vpn) bez otkrivanja ijednog bita stvarnih podataka.
• Rekurzivno ugnježdavanje: Dokaz ne verifikuje samo podatke; on verifikuje da je prethodna verifikacija urađena ispravno.
• Skaliranje nemogućeg: U finansijama, to znači da bi banka mogla da dokaže da je milion trgovina validno, a da revizor ne mora da proverava svaku pojedinačnu stavku.

Standardni dokazi su odlični, ali brzo postaju „teški“. Kao što je navedeno u istraživanju mreže Anoma, ponovno izračunavanje svakog prelaza stanja od početnog (genesis) bloka blockchain-a predstavlja pravu noćnu moru za korisnike mobilnih uređaja.

Obični zk-snarkovi mogu postati preveliki ili prespori za privatno tunelovanje u realnom vremenu. (zk-SNARKs: Od problema skalabilnosti do inovativnih rešenja) Kada bi vaš dVPN morao da generiše ogroman dokaz za svaki pojedinačni paket podataka, brzina vašeg interneta bi bila neupotrebljiva. Rekurzivni dokazi rešavaju ovaj problem tako što „kompresuju“ istinu.

I to je ključna stvar — potpuno je nebitno da li dokazujete jedan sat protoka podataka ili deset godina istorije; dokaz ostaje mali. U nastavku ćemo se detaljno pozabaviti time kako ova tehnologija zapravo gradi „privatni tunel“.

Privatno tunelovanje i dVPN revolucija

Da li ste ikada imali osećaj da je vaš „privatni“ VPN zapravo samo velika staklena kuća sa veoma radoznalim stanodavcem? Tradicionalni VPN servisi su u suštini „honeypot“ zamke; oni prikupljaju vaše podatke na jednom centralizovanom serveru, koji samo čeka da hakeri ili sudski nalog pokucaju na vrata.

Većina ljudi koristi VPN da bi se sakrila, ali zapravo samo prebacujete poverenje sa svog internet provajdera na kompanije kao što su Nord ili Express. Ako njihov server bude kompromitovan, vaši metapodaci — ko ste, kada ste se prijavili i koliko ste podataka preneli — postaju laka meta.

• Meta za hakere: Centralizovani server je ogromna meta. Ako napadač upadne u bazu podataka provajdera, on ne dobija informacije samo o jednoj osobi, već o svima.
• dVPN preokret: U decentralizovanom VPN-u (dVPN), čvorove (nodes) pokreću obični ljudi. To je svojevrsni „Airbnb za protok podataka“. Ne ukazujete poverenje jednoj velikoj korporaciji, već koristite peer-to-peer (P2P) mrežu.
• Verifikacija bez poverenja (Trustless): Pošto ne poznajete osobu koja upravlja čvorom, potreban vam je način da dokažete da ona ne presreće vaš saobraćaj ili ne laže o količini prenetih podataka. Tu na scenu stupaju trikovi sa rekurzivnim dokazima sa nultim znanjem (ZKP).

U Web3 svetu, tunelovanje nije samo puko pomeranje paketa podataka; radi se o njihovom obmotavanju slojevima kriptografskih dokaza. Cilj je prenos podataka između čvorova tako da vlasnik čvora ne može da vidi sadržaj, pa čak ni da sazna vaš stvarni identitet.

Enkripcija krije sadržaj, ali ne krije činjenicu da komunicirate. Kao što je sCrypt primetio u prethodnom odeljku, rekurzivni dokazi nam omogućavaju da agregiramo ove protokole rukovanja (handshakes) kako bi mreža ostala brza.

Viđao sam tehnološke entuzijaste koji postavljaju ove čvorove u svojim podrumima kako bi rudarili protok i zarađivali tokene kao nagradu. U svetu gejminga, to znači da igrač može smanjiti kašnjenje (lag) povezivanjem preko lokalnog čvora, a da vlasnik čvora pritom ne vidi detalje njegovog naloga. U novinarstvu, reporter može pristupiti blokiranim sajtovima putem P2P tunela, osiguravajući da nijedan pojedinačni server ne poseduje „glavni ključ“ te osetljive veze.

Prema istraživanju Tari Labs University, korišćenje ovih „prijateljskih parova“ eliptičkih krivi omogućava verifikatoru da proveri integritet tunela bez potrebe za obavljanjem teških proračuna. To omogućava da ceo „trustless“ koncept zapravo funkcioniše i na mobilnom telefonu.

U nastavku ćemo pogledati kako ovi dokazi zapravo „komprimuju“ podatke, tako da vaša brzina interneta ne trpi gubitke.

Matematika iza magije: SNARK protokoli, Halo i ostalo

Da bi ovi „privatni tuneli“ zaista funkcionisali, potrebna nam je prilično ozbiljna matematika koja u praksi deluje jednostavno i lako. Evo pregleda tehnologija koje to omogućavaju:

• SNARK protokoli (Succinct Non-interactive Arguments of Knowledge): Oni su prave zvezde u svetu dokaza sa nultim znanjem (ZKP). Nazivaju se „sažetim“ (succinct) jer je sam dokaz minijaturan, a „neinteraktivnim“ jer dokazivač može jednostavno da pošalje dokaz bez potrebe za stalnom komunikacijom i „nadmudrivanjem“ sa verifikatorom.
• Halo protokol: Ovo je bio ogroman iskorak jer je eliminisao potrebu za „poverljivim podešavanjem“ (trusted setup). Ranije verzije SNARK protokola zahtevale su kreiranje tajnog ključa koji bi potom morao biti uništen; ako bi neko zadržao kopiju, mogao bi da falsifikuje dokaze. Halo, kao što je objašnjeno u istraživanju kompanije Electric Coin Company, koristi „ugnježđenu amortizaciju“ (nested amortization) za verifikaciju dokaza bez tog rizičnog početnog tajnog ključa.
• Ciklusi eliptičkih krivi: Iako zvuči kao naziv nekog progresivnog rok benda, ovo je zapravo tajni sastojak za mobilne dVPN mreže. Korišćenjem „prijateljskih parova“ krivi (poput Tweedledum i Tweedledee), telefon može da verifikuje dokaz koristeći svoj izvorni matematički jezik, čineći rekurziju dovoljno brzom da podrži mrežni saobraćaj u realnom vremenu.

Većina ljudi ne shvata da je provera kriptografskog dokaza zapravo prilično „bučan“ računarski zadatak koji zahteva mnogo resursa. Kada bi dVPN čvor morao ispočetka da proverava istoriju svakog pojedinačnog paketa podataka, vaš Netflix strim bi izgledao kao projekcija slajdova iz 1995. godine.

Kao što smo ranije pomenuli, rekurzivni dokazi rešavaju ovaj problem „kompresovanjem“ radnog opterećenja. Ali postoji još jedan trik: Paralelno generisanje dokaza. Umesto da jedna osoba proverava hiljadu računa zaredom, vi angažujete hiljadu ljudi da provere po jedan račun, a zatim njihove rezultate spojite u jedan mali „glavni“ račun.

Video sam kako se ovo primenjuje i van pukog pretraživanja interneta. U finansijama, visokofrekventni trgovci koriste ove paralelne SNARK-ove da dokažu validnost milion transakcija bez primoravanja revizora da proverava svaku pojedinačno, čime se održava brzina tržišta.

Prema istraživanju Džijaheng Žanga sa Univerziteta Berkli, protokoli poput Virgo i Libra pomerili su granice još dalje, postižući „optimalno vreme dokazivanja“. To znači da je vreme potrebno za kreiranje dokaza sada strogo linearno u odnosu na veličinu podataka – nema više eksponencijalnih usporavanja.

Dakle, imamo matematiku koja omogućava brzinu i privatnost. Ali kako to zapravo sprečava nekoga da vam ukrade podatke? U nastavku ćemo pogledati kako se sve ovo uklapa u širu sliku fizičkog hardvera i DePIN mreža.

Tokenizacija protoka i „Airbnb za internet”

Da li ste ikada razmišljali o tome koliki deo vaše kućne internet konekcije ostaje potpuno neiskorišćen dok ste na poslu ili spavate? To je kao da imate rezervnu spavaću sobu koja zvrji prazna cele godine – samo što je u ovom slučaju ta „soba” vaša neupotrebljena brzina otpremanja podataka (upload).

Upravo tu na scenu stupa tokenizacija protoka (bandwidth tokenization). To je, u suštini, „Airbnb za internet”. Umesto da dozvolite da taj višak kapaciteta propadne, možete ga iznajmiti decentralizovanoj „peer-to-peer” (P2P) mreži i za to biti plaćeni u kriptovalutama.

Rudarenje protoka (bandwidth mining) postaje ogroman trend jer potpuno preokreće tradicionalni model internet provajdera. Obično plaćate kompanijama fiksnu pretplatu za pristup mreži, a njih nije briga da li koristite 1% ili 90% zakupljenog kapaciteta.

Sa decentralizovanim VPN-om (dVPN), vaš ruter postaje „čvor” (node). Kada je nekome na drugom kraju sveta potrebna sigurna konekcija, on kreira tunel kroz vašu IP adresu, a vi zarađujete tokene za prenete podatke. To je način da korisnici povrate kontrolu, a platforme poput SquirrelVPN konstantno prate kako ove inovacije čine veb otvorenijim i slobodnijim.

Međutim, postoji jedna kvaka: kako osoba koja vam plaća može da zna da ste zaista obezbedili obećani protok? Mogli biste jednostavno da tvrdite da ste preneli 10 GB, a zapravo ste poslali samo 1 GB. Upravo ovde oni rekurzivni ZKP (Zero-Knowledge Proof) mehanizmi o kojima smo ranije govorili rešavaju problem.

Ceo sistem funkcioniše na principu ponude i potražnje za globalnim IP adresama. Na primer, istraživaču u Turskoj može biti potrebna IP adresa iz SAD-a kako bi zaobišao lokalnu cenzuru, dok mala firma u Ohaju ima višak optičkog kapaciteta koji ne koristi.

• Pametni ugovori za poverenje: Isplate se vrše automatski. Nema čekanja na čekove ili uplate; blokčejn obrađuje mikro-transakcije svaki put kada se mrežni paket verifikuje.
• Privatnost kao temelj: Magija ZKP-a (dokaza sa nultim znanjem) znači da, dok ja zarađujem tokene od vašeg saobraćaja, nemam apsolutno nikakvu predstavu o tome šta vi zapravo radite na mreži.
• Uticaj na industriju: U sektoru maloprodaje, kompanije koriste P2P mreže kako bi proverile kako njihove cene izgledaju kupcima u različitim zemljama, a da ih pritom ne blokiraju softveri protiv botova.

Kao što je istaknuto u studiji kompanije sCrypt iz 2022. godine, ovo je izvodljivo samo zato što možemo da objedinimo hiljade ovih sitnih dokaza o korišćenju u jedan „glavni dokaz”. To sprečava zagušenje blokčejna milijardama sitnih potvrda o plaćanju.

Iskreno, ovo je situacija u kojoj svi dobijaju. Svoj internet otplaćujete tako što ga delite, a svet dobija otporniju mrežu koja je imuna na cenzuru.

DePIN: Nova era fizičke infrastrukture

Da li ste se ikada zapitali zašto se i dalje oslanjamo na masivne serverske farme u vlasništvu korporacija sa tri slova kako bi ceo internet funkcionisao? To pomalo podseća na situaciju u kojoj iznajmljujemo vazduh koji dišemo od stanodavca koji prati svaki naš korak.

Upravo tu nastupa DePIN (decentralizovane mreže fizičke infrastrukture) kako bi iz korena promenio pravila igre. Umesto da jedna kompanija poseduje kompletnu „mrežu cevi”, zajednica poseduje hardver — vaš ruter, disk za skladištenje podataka vašeg komšije, pa čak i lokalnu meteorološku stanicu — i biva plaćena u tokenima da održava taj sistem operativnim.

• Hardver bez hegemonije: DePIN pretvara obične uređaje u „čvorove” (nodes) koji služe kao ruteri i serveri novog, globalnog veba. Više niste samo krajnji korisnik; vi postajete deo same infrastrukture.
• Otpornost na cenzuru: Pošto ne postoji centralni prekidač za isključivanje, vladama ili internet provajderima je neverovatno teško da ugase jednu P2P (peer-to-peer) mrežu.
• Faktor efikasnosti: Prema istraživanju Đaheng Žanga sa Univerziteta Berkli, protokoli poput deVirgo omogućavaju ovim distribuiranim mrežama da se skaliraju tako što dozvoljavaju većem broju mašina da paralelno generišu dokaze, čineći ceo sistem „optimalnim” u pogledu brzine.

Pravi izazov kod DePIN-a je dokazivanje da svi ti nasumični čvorovi zaista rade ono što tvrde. Ako vam neko plaća za propusni opseg (bandwidth), on mora da zna da niste jednostavno lažirali logove podataka.

Rekurzivni dokazi ovde služe kao „lepak”. Oni koriste IVC (inkrementalno proverljivo računanje) za verifikaciju promena stanja. U suštini, IVC je matematički proces ažuriranja dokaza korak po korak kako se dodaju novi podaci, tako da ne morate da restartujete proces dokazivanja od nule svaki put kada prođe novi paket podataka.

U logistici, to znači da bi mreža privatnih senzora mogla da potvrdi da je pošiljka ostala na odgovarajućoj temperaturi tokom transporta u deset različitih kamiona, a da pritom ne otkrije tačnu GPS rutu tih vozila.

Iskreno, fascinantno je posmatrati kako ova tehnologija prelazi iz teorije u stvaran hardver koji stoji na radnim stolovima ljudi širom sveta.

Implementacija privatnog tunelovanja pomoću rekurzivnog ZKP-a

Prelazak sa teorije na kôd je trenutak kada stvari postaju kompleksne. Da bismo izgradili tunel zasnovan na rekurzivnim dokazima sa nultim znanjem (ZKP), moramo mrežne protokole prevesti u aritmetička kola. Zamislite ih kao seriju logičkih kapija koje obrađuju vaše podatke. „Svedok“ (witness) predstavlja tajni deo dokaza — poput vašeg privatnog ključa ili stvarnog sadržaja veb saobraćaja — koji se nikada ne otkriva čvoru (node) koji pokreće tunel.

• Aritmetička kola: Pravila tunela definišemo putem matematike. Umesto da server proverava vaše logove, kolo verifikuje da je paket pratio ispravnu putanju i da nije menjan.
• Upravljanje svedokom: Koristimo „polinome za maskiranje“ kako bismo sakrili svedoka. Kao što je ranije razmatrano u istraživanju Điaheng Žanga, ove male maske osiguravaju da čak i ako čvor vidi dokaz, ne može izvršiti reverzni inženjering vaših podataka.
• Verifikacija u milisekundama: Pošto su dokazi rekurzivni, verifikator proverava samo poslednji dokaz u lancu. Ovo se dešava u milisekundama, što omogućava nesmetan 4K striming ili igranje igara bez kašnjenja (lag-a).

Iskreno, nije sve tako idealno. Programeri se suočavaju sa ozbiljnim preprekama prilikom izgradnje ovih sistema za stvarnu upotrebu. Jedan od velikih problema su bilinearne uparivanja (bilinear pairings). To su matematičke operacije koje se koriste za verifikaciju dokaza, ali su računarski veoma zahtevne. Ako niste pažljivi, one će vam „pojesti“ bateriju telefona za doručak.

Odabir odgovarajućih konačnih polja (finite fields) takođe zadaje glavobolje. Potrebno vam je polje koje podržava brze Furijeove transformacije (FFT) kako bi matematika ostala brza. Viđao sam programere kako se muče sa ovim — ako izaberete pogrešno polje, vreme potrebno za generisanje dokaza (prover time) prelazi iz „trenutnog“ u „idem da skuvam kafu dok se ovo učita“.

Studija iz 2020. godine o Virgo protokolu pokazala je da korišćenje proširenih polja Mersenovih prostih brojeva može značajno ubrzati modularna množenja, što u potpunosti menja pravila igre kada je u pitanju trajanje baterije na mobilnim uređajima.

U zdravstvu, ovi optimizovani tuneli omogućavaju klinici da pošalje snimak magnetne rezonance specijalisti. Rekurzivni dokaz garantuje da podaci nisu menjani, ali vlasnik čvora — koji može biti bilo ko sa ruterom u svom podrumu — nikada ne vidi ime pacijenta niti njegovu medicinsku istoriju.

Budućnost Web3 alata za privatnost

Razmislite o tome kada ste poslednji put koristili „besplatnu“ uslugu i shvatili da su vaši podaci zapravo valuta kojom plaćate. Čini se kao da smo do sada živeli u digitalnom akvarijumu, zar ne? Međutim, alati koje smo istražili — ti rekurzivni dokazi i p2p tuneli — konačno razbijaju to staklo.

Polako ostavljamo iza sebe dane kada ste morali da verujete jednoj VPN kompaniji da neće prodati vašu istoriju pretraživanja. Uz Web3 alate, „poverenje“ se ne zasniva na obećanju nekog direktora, već na matematici. Kao što smo videli, rekurzivni dokazi nam omogućavaju da verifikujemo čitave mreže bez drastičnog usporavanja protoka.

• FHE susreće ZKP: Zamislite svet u kojem server može da obrađuje vaše podatke, a da ih pritom nikada ne „vidi“. Potpuno homomorfna enkripcija (FHE) počinje da se prožima sa tehnologijom nultog saznanja. Dok ZKP dokazuje da je proračun validan, FHE drži same podatke enkriptovanim tokom tog procesa obrade. To je ultimativna kombinacija za privatnost.
• Rute vođene veštačkom inteligencijom: Budući dVPN-ovi neće samo prenositi pakete; oni će koristiti veštačku inteligenciju (AI) za optimizaciju ruta kroz DePIN čvorove. To znači da vaša konekcija automatski pronalazi najbržu i najbezbedniju putanju kroz p2p mrežu.
• Kraj curenja metapodataka: Standardni VPN-ovi kriju vašu IP adresu, ali često otkrivaju kada i koliko komunicirate. Rekurzivni dokazi mogu da agregiraju ove obrasce, čineći da vaš digitalni otisak izgleda kao pozadinska buka bilo kome ko pokušava da vas nadzire.

Već sam video kako tehnološki napredna mala preduzeća sele svoju internu komunikaciju na ove p2p tunele kako bi izbegla industrijsku špijunažu. U sektoru nekretnina, ovo postaje način za deljenje poverljivih detalja ugovora preko distribuirane mreže, bez otkrivanja identiteta kupca svakom čvoru u lancu.

Na kraju krajeva, privatnost ne bi trebalo da bude premijum opcija koju plaćate 9,99 dolara mesečno. To je osnovno pravo. Prelaskom na decentralizovane mreže sa tokenizovanim podsticajima, gradimo internet koji je zapravo u vlasništvu ljudi koji ga koriste.

Tehnologija je kompleksna, a matematika teška, ali rezultat je mreža koja je konačno, istinski slobodna. Ostanite radoznali, čuvajte svoje ključeve i ne prestajte da se pitate ko zapravo poseduje vaše podatke.