ZKP za verifikaciju protoka u dVPN i DePIN mrežama

Problem dokazivanja prenosa podataka

Da li ste se ikada zapitali zašto plaćate "brzi" internet, a video vam i dalje koči kao da je 2005. godina? To je uglavnom zato što smo zaglavljeni u odnosu zasnovanom na principu "veruj mi na reč" sa našim internet provajderima i VPN servisima.

U starom svetu — onome što nazivamo centralizovanim vebom — povezujete se na server koji poseduje jedna kompanija. Oni vam kažu koliko ste protoka potrošili i vi platite račun. Međutim, u decentralizovanoj mreži fizičke infrastrukture (DePIN), internet često dobijate preko kućnog čvora (node) neke nasumične osobe.

• Centralizovani logovi su ogromna rupa u privatnosti: Većina tradicionalnih VPN-ova tvrdi da ne čuva logove ("no-logs"), ali im praktično verujete na reč. Ako država podnese nalog, ti logovi obično isplivaju.
• Problem iskrenosti: Ako ja delim svoju kućnu optičku vezu sa vama kako bih zaradio kripto tokene, šta me sprečava da slažem mrežu i kažem da sam vam poslao 10 GB, a zapravo sam poslao samo 1 GB?
• Potreba za verifikacijom bez posrednika ("trustless"): Neophodan nam je način da dokažemo da su podaci zaista prešli iz tačke A u tačku B, a da pri tome nikakav posrednik ne nadzire celu komunikaciju.

Prema istraživanju o okvirima za dokaze sa nultim znanjem (Zero-Knowledge Proof Frameworks), ZKP tehnologija omogućava "dokazivaču" da ubedi "verifikatora" da je tvrdnja tačna, a da pritom ne otkrije same tajne podatke. U našem svetu, to znači da ja dokazujem da sam vam poslao podatke, a da mreža ne mora da "njuška" po vašim privatnim paketima.

Kada govorimo o "rudarenju protoka" (Bandwidth Mining) ili "Airbnb-u za internet protok", mi zapravo motivišemo ljude da svoje rutere pretvore u mini internet provajdere. Ali kripto podsticaji privlače i one koji žele da "prevare sistem" — ljude koji hoće nagrade bez stvarnog rada.

Kao što je prikazano na sledećem dijagramu toka verifikacije protoka, potreban nam je sistem koji proverava protok podataka bez ugrožavanja korisnika.

Ako dozvolimo čvorovima da sami prijavljuju svoju statistiku, sistem će propasti zbog prevara. S druge strane, ako dozvolimo mreži da vidi sve kako bi verifikovala saobraćaj, napravili smo džinovsku mašinu za nadzor.

Merenje peer-to-peer (P2P) saobraćaja je ozloglašeno komplikovano. Za razliku od kase u prodavnici gde se skenira bar-kod, paketi podataka su fluidni. U industrijama kao što su zdravstvo ili finansije, ovo je još osetljivije. Ne možete jednostavno imati treću stranu koja vrši inspekciju paketa da bi videla da li je čvor iskren.

Izveštaj iz 2023. godine iz arkworks zksnark ekosistema ukazuje na to da modularne biblioteke postaju standard za kreiranje ovih tipova "sažetih" (succinct) dokaza koji mogu da rade na hardveru male snage.

Potrebna nam je matematika — konkretno kriptografsko obavezivanje (cryptographic commitments) — da premostimo ovaj jaz. Bez toga, internet protok ostaje usluga "najbolje namere" (best effort), a ne zagarantovan resurs. Pošto ovi slučajevi upotrebe zahtevaju visoku pouzdanost, trošak izvršavanja ovih provera na blokčejnu postaje glavna prepreka koju moramo da savladamo.

Šta su zapravo dokazi sa nultim znanjem (Zero-Knowledge Proofs)?

Zamislite da želite da dokažete izbacivaču ispred kluba da imate više od 18 godina, ali ne želite da on vidi vašu kućnu adresu, visinu ili koliko loše izgledate na slici u ličnoj karti. Umesto da mu predate sam dokument, vi mu pokažete crnu kutiju koja zasvetli zeleno samo ako ispunjavate starosni uslov.

To je suština onoga što dokaz sa nultim znanjem (ZKP) radi u digitalnom svetu. To je način da kažete: „Imam odgovor“, a da zapravo ne pokažete proces rada ili podatke koji stoje iza toga.

U kontekstu našeg tržišta protoka (bandwidth marketplace), to je način na koji provajder dokazuje da vam je poslao tačno 500 MB šifrovanog saobraćaja, a da mreža nikada ne vidi šta se nalazi unutar tih paketa. To premošćuje jaz između „veruj mi na reč“ i „evo matematike koja potvrđuje da ne lažem“.

U svojoj osnovi, ZKP uključuje dva aktera: Dokazivača (osobu koja deli svoj protok) i Verifikatora (blokčejn ili korisnika koji prima podatke). Cilj je da Dokazivač ubedi Verifikatora da je tvrdnja istinita, dok pritom otkriva apsolutno nula dodatnih informacija.

Da bi ovo funkcionisalo, svaki ZKP sistem mora da ispuni tri specifična uslova:

• Kompletnost: Ako je čvor (node) zaista poslao podatke, matematika bi trebalo da se poklopi svaki put kako bi provajder bio plaćen.
• Ispravnost: Ako čvor laže, matematika bi trebalo da zakaže u skoro 100% slučajeva. Varanje nije dozvoljeno.
• Nulto znanje: Verifikator ne saznaje ništa o stvarnim datotekama koje se prenose — samo to da su obim i odredište bili ispravni.

Na ovaj način zadržavamo princip „nule“ u mrežama bez poverenja (zero-trust networks). U okviru dVPN-a, ne želite da mrežni čvorovi špijuniraju vaše navike na Netflix-u ili vaše podatke za prijavu u banku. Korišćenjem ZKP-a, čvor može dokazati da je ispunio svoj ugovor prema mreži — zarađujući te kripto nagrade — bez da ikada „priviri“ u vaš privatni strim.

Kada počnete da istražujete tehničke detalje DePIN projekata, naići ćete na dve glavne „varijante“ ovih dokaza: SNARK i STARK. Zvuče kao likovi iz pesme Luisa Kerola, ali u praksi imaju veoma različite karakteristike.

zk-SNARKs (Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge) su stariji, afirmisaniji model. Oni su „sažeti“ (succinct), što znači da su dokazi sićušni — ponekad veličine od svega nekoliko stotina bajtova. Ovo je sjajno za korisnike mobilnih VPN-ova jer ne troši mobilne podatke samo da bi se verifikovala konekcija.

Međutim, većina SNARK-ova (poput poznatog Groth16 protokola) zahteva „poverljivo podešavanje“ (trusted setup). To je jednokratni događaj gde se generišu nasumični brojevi za pokretanje sistema. Ako su ljudi koji upravljaju tim podešavanjem korumpirani, teoretski bi mogli da falsifikuju dokaze. Kao što je ranije pomenuto u pregledu okvira za dokaze sa nultim znanjem, to je razlog zašto mnogi noviji projekti traže alternative.

zk-STARKs (Scalable Transparent Arguments of Knowledge) su novija, robusnija verzija. Njima nije potrebno poverljivo podešavanje — oni su „transparentni“. Takođe imaju ogromnu prednost: otporni su na kvantne računare.

Sledeći dijagram arhitekture ilustruje kompromise između SNARK i STARK radnih procesa u P2P okruženju.

U P2P razmeni protoka, mi zapravo pokušavamo da izgradimo decentralizovani ISP. U maloprodaji nikada ne biste platili kasiru koji vam je samo „obećao“ da je stavio mleko u kesu, a da niste pogledali unutra. U finansijama ne verujete samo bankovnoj tabeli, već želite reviziju.

ZKP-ovi pružaju tu reviziju za podatke. Bilo da se radi o zdravstvenoj ustanovi koja šalje osetljive kartone pacijenata preko VPN-a ili maloprodajnom lancu koji sinhronizuje inventar u hiljadama prodavnica, neophodno je znati da su podaci stigli na odredište bez da posrednik (čvor) vidi njihov sadržaj.

Verifikacija protoka bez narušavanja privatnosti

Dakle, pokrenuli ste čvor (node) i delite svoj protok kako biste zaradili kriptovalute. Odlično. Ali kako mreža zapravo zna da šaljete stvarne podatke korisniku, recimo u Berlinu, a da pritom neko doslovno ne "prisluškuje" pakete kako bi to proverio?

Ovo je ogroman tehnički izazov. Ako mreža može da vidi podatke radi verifikacije, vaša privatnost je prošlost. Ako ne vidi ništa, mogli biste jednostavno da "rudarite" tokene šaljući bezvredne podatke samom sebi. Ovde na scenu stupaju protokoli za dokazivanje protoka (bandwidth proof protocols).

Da bismo rešili ovaj problem, koristimo specifičnu granu matematike pod nazivom Zero-Knowledge zasnovan na vOLE (Vector Oblivious Linear Evaluation). Znam, zvuči kao nešto iz naučnofantastičnog romana, ali je zapravo neverovatno elegantno rešenje za prenos podataka velikom brzinom.

Za razliku od SNARK ili STARK dokaza koji se često oslanjaju na zahtevne eliptičke krive, vOLE je oblik "interaktivnog dokaza proročišta" koji daje prioritet brzini dokazivača u odnosu na veličinu samog dokaza. Praktično je stvoren za brzinu, što ga čini savršenim za verifikaciju masivnih tokova podataka u realnom vremenu bez usporavanja vaše veze.

• Verifikacija velike brzine: Protokoli zasnovani na vOLE rešenjima su sjajni jer se ne oslanjaju na tešku matematiku u svakom koraku. To ih čini mnogo bržim za rudarenje protoka u realnom vremenu.
• Provere doslednosti: Mreža koristi ove dokaze kako bi osigurala da čvor zaista ima brzinu uploada koju tvrdi da poseduje. Ako tvrdite da ste "Supernode", a matematika se ne poklapa, pametni ugovor jednostavno neće aktivirati isplatu.
• Budite u toku: Ako vas zanimaju najsitniji detalji, praćenje zajednica kao što je squirrelvpn — izvor vesti i zajednica za tehnologiju decentralizovanih VPN-ova — dobar je potez da vidite koji protokoli zapravo stižu na glavnu mrežu (mainnet).

Dijagram ispod pokazuje kako vOLE kreira sigurno "rukovanje" (handshake) između čvora i verifikatora.

Sada, najzanimljiviji deo je kako se sve ovo povezuje sa vašim novčanikom. U decentralizovanom VPN-u (dVPN), želimo da nagrade budu automatske. Ne bi trebalo da čekate da ljudski "menadžer" odobri vašu zaradu.

Koristimo pametne ugovore (Smart Contracts) koji deluju kao vrhunski eskrou (escrow) agenti. Ovi ugovori su programirani da budu "slepi", ali pravedni. Oni čuvaju tokene i oslobađaju ih samo kada se podnese validan ZKP (dokaz bez poznavanja informacija). Bez dokaza nema isplate. To je surov, ali neophodan način da se P2P mreža održi poštenom.

Rešavanje problema visokih naknada (Gas Problem)

Jedan od najvećih izazova u prošlosti bili su troškovi mrežnih naknada, odnosno „gas-a“ — naknade koju plaćate za upisivanje podataka na blokčein. Ukoliko je dokaz preveliki, na naknade biste potrošili više nego što biste zaradili od samih nagrada. Upravo je ta „ekonomija on-chain verifikacije“ bila kamen spoticanja koji je ugasio mnoge projekte.

Kako bismo ovo rešili, koristimo rekurzivne dokaze (Recursive Proofs). Ovo je, u suštini, metod verifikacije više malih dokaza unutar jednog velikog. Umesto da se na blokčein šalje 1.000 pojedinačnih transakcija za 1.000 manjih prenosa podataka, sistem ih grupiše u jedan jedinstveni dokaz. Na taj način se trošak naknade raspoređuje na hiljade zahteva, što cenu po korisniku svodi na svega nekoliko para.

Rešenja drugog sloja (Layer 2) takođe pomažu tako što prebacuju najteže procese sa glavne mreže. Verifikacijom dokaza sa nultim znanjem (zkp) na bržoj i jeftinijoj mreži, uz konačno poravnanje bilansa na glavnom blokčeinu, osiguravamo da sistem ostane profitabilan za vlasnike čvorova (node owners).

• Automatizovane isplate: Onog trenutka kada se zkp verifikuje na mreži, tokeni se automatski prebacuju u novčanik čvora. Ovde nema mesta za „poverenje“ — sve je definisano isključivo kodom.
• Smanjenje opterećenja: Biblioteke kao što je arkworks pomažu u kompresovanju ovih dokaza kako bi oni bili „sažeti“ (succinct) i jeftini za verifikaciju.
• Sprečavanje prevara: Pošto je matematika „ispravna“ (sound), statistički je nemoguće da čvor lažira prenos od 1GB podataka, a da te podatke zapravo nije posedovao i prosledio.

Primena dokaza sa nultim znanjem (ZKP) u DePIN sektoru u stvarnom svetu

Da li ste se ikada zapitali kako možete prodati svoj višak kućnog interneta nekome u Tokiju, a da pritom niko ne bude prevaren? Možda zvuči kao zaplet tehno-trilera, ali to je zapravo sama suština DePIN pokreta (decentralizovanih mreža fizičke infrastrukture).

Ideja je jednostavna: imate optički internet od 1 Gbps kod kuće, ali ga koristite samo za Netflix i beskonačno skrolovanje po Reddit-u. Zašto ne biste prodali taj višak? U modelu decentralizovanog VPN-a (dVPN), vaš ruter postaje mrežni čvor (node).

• Garancija kvaliteta usluge (QoS): Koristimo dokaze sa nultim znanjem (ZKP) kako bismo potvrdili da je čvor zaista obezbedio obećanu brzinu od 100 Mbps. Čvor generiše dokaz o „radu“ (proof of work) koji blokčejn verifikuje pre nego što vam isplati kriptovalutu.
• Privatnost za provajdera: Vi ne želite da znate šta kupac radi na mreži. ZKP omogućava mreži da verifikuje obim saobraćaja, a da vi pritom nikada ne vidite nešifrovane pakete podataka.

Ovaj dijagram toka ilustruje kako korisnik zahteva protok, a čvor dostavlja dokaz kako bi primio isplatu.

Jedan zanimljiv pristup vidi se u načinu na koji projekti rešavaju „Dokaz o povezanosti“ (Proof of Connectivity). Mreža mora da zna da je vaš čvor zaista na mreži. Umesto da vas proverava (ping) svake sekunde, može koristiti ZKP da dokaže da je vaš čvor bio aktivan tokom određenog vremenskog perioda.

Sada prelazimo na ozbiljnije stvari. Ako se nalazite u zemlji sa strogom internet cenzurom, samo korišćenje VPN-a može biti sumnjivo. Tradicionalni VPN protokoli imaju specifične „potpise“ koje duboka inspekcija paketa (DPI) može lako da prepozna.

Tu na scenu stupa pristup otporan na cenzuru. Korišćenjem ZKP-a, možemo kreirati „obfuskirane“ (zamaskirane) veze. Cilj nije samo šifrovanje podataka, već dokazivanje mreži da je veza validna, a da se pritom uopšte ne otkriva da je reč o VPN tunelu.

Sledeći dijagram prikazuje kako se metapodaci sakrivaju tokom povezivanja radi zaobilaženja cenzure.

Izazovi i put koji je pred nama

Dakle, rešili smo matematički deo, ali može li vaš stari ruter zaista da izdrži taj teret, a da se pritom ne zapali? To je ključno pitanje, jer niko ne želi privatnu internet konekciju koja pruža osećaj kao da smo se vratili u eru dial-up modema od 56k.

Realnost je da je generisanje dokaza sa nultim znanjem (ZKP) „skupo“ — ne nužno u novcu, već u CPU ciklusima. Ako pokušate da pokrenete dVPN čvor velike brzine na jeftinom kućnom ruteru, matematika postaje ozbiljan teret za procesor.

• Latencija naspram privatnosti: Ovde postoji klasičan kompromis. Ako želimo 100% apsolutnu kriptografsku sigurnost za svaki pojedinačni paket, vaš ping će skočiti u nebesa.
• Hardverska akceleracija: Primećujemo trend prelaska na korišćenje grafičkih procesora (GPU) ili specijalizovanih čipova za obradu ovih dokaza.

Ovaj finalni dijagram prikazuje budući plan razvoja za hardverski ubrzanu verifikaciju ZKP-a.

Iskreno, „jaz u upotrebljivosti“ je najveća prepreka na koju nailazimo. Studija iz 2024. godine, koju su sproveli istraživači sa Univerziteta Kalifornije u San Dijegu (UC San Diego) i Državnog univerziteta u Arizoni (Arizona State University), pokazala je da, iako postoje brojni okviri, ovaj jaz i dalje predstavlja najveći izazov za programere koji pokušavaju da implementiraju ove alate u stvarnom svetu. Većina korisnika dVPN-a ne želi da zna ništa o eliptičkim krivama; oni samo žele svoju privatnost.

Gledajući unapred, krećemo se ka svetu u kojem „internet provajder“ (ISP) nije džinovska korporacija u soliteru, već globalna mreža ljudi poput vas i mene. ZKP je zapravo poslednji deo slagalice za ovu Web3 infrastrukturu. To je ono što sistem čini „bespoverljivim“ (trustless) — ne morate da poznajete osobu koja vam obezbeđuje protok, jer matematika dokazuje da vas ne varaju.