L'ère des technologies de l'information continue d’avancer par à-coups, et l'essor actuel de la blockchain en est l’une des tendances les plus convaincantes. Il s'avère que la technologie de cryptographie à clé publique, stable depuis longtemps, abritait des capacités qui restaient à découvrir. La blockchain est une réinvention de la technologie de communication sécurisée. Quand les histoires de l'Internet et de la blockchain se rejoindront, nous réaliserons à quel point les modes d'interaction en ligne ont gagné en sophistication. La preuve à divulgation nulle de connaissance est un élément clé de la technologie de la blockchain. À mesure que l’on progresse dans la compréhension du Zero-Knowledge Proof (ZKP), des cas d’usage inattendus sont découverts et de nouveaux outils sont développés. Par conséquent, le ZKP deviendra probablement un composant de nombreuses applications et industries. Une étude menée par la Fondation Mina donne des indices sur ce que l’on peut en attendre.

Web3 et blockchain

Certains pourraient être tentés de considérer le Web3 comme un curieux rejeton de l'informatique traditionnelle, mais ce serait une erreur. Il faut considérer le Web3 comme un domaine clé des futures applications de l'informatique. Le Web3 ne remplace pas les technologies de l'information conventionnelles, il en est le fer de lance.

Le ZKP, une théorie de la complexité appliquée

Au plus haut niveau, le Zero-Knowledge Proof permet de prouver que l’on sait quelque chose sans divulguer ce que l’on sait. Les implications pour la vie privée sont évidentes, mais le ZKP est également essentiel pour l'évolutivité. Quand on utilise une preuve à divulgation nulle de connaissance pour effectuer une tâche de calcul coûteuse, on peut généralement redémontrer la preuve sans avoir à faire un nouveau calcul. En un sens, les preuves à divulgation nulle de connaissance découlent naturellement de la théorie de la complexité et de la cryptographie. Une grande partie du chiffrement moderne (du type asymétrique) dépend de la théorie de la complexité, car la sécurité asymétrique repose sur l'utilisation de fonctions qui sont réalisables sous une forme, mais pas sous une autre.

Il en résulte que les mathématiques sont le grand obstacle à la compréhension du ZKP. Heureusement, il est possible de comprendre conceptuellement le fonctionnement des preuves à divulgation nulle de connaissance sans savoir nécessairement ce qu'est un résidu quadratique. Néanmoins, pour ceux qui s'y intéressent, on peut dire qu’un résidu quadratique de y, pour une valeur z, est : . Ce concept plutôt ésotérique a été utilisé dans l'un des premiers articles sur le Zero-Knowledge. Une grande partie de la cryptographie est construite sur l'exploration des franges des mathématiques (en particulier la factorisation et le module) pour trouver des propriétés utiles. L'encapsulation des calculs mathématiques complexes du ZKP dans des bibliothèques faciles à utiliser est la clé d'une adoption généralisée. On peut faire des milliers de choses intéressantes avec ce genre de fonctions à sens unique. En particulier, on peut établir des secrets partagés sur des réseaux ouverts, une capacité sur laquelle reposent les communications sécurisées modernes. Le Zero-Knowledge pose la question suivante : est-il possible d’utiliser des types similaires de calculs intelligents pour prouver quelque chose tout en gardant l'information cachée ? La réponse est oui.

Applications et protocoles ZKP

Aujourd'hui, les preuves à divulgation nulle de connaissance sont construites en démontrant qu'un calcul donné a eu lieu. Des protocoles comme ZK-SNARK et ZK-STARK sont deux exemples importants de protocoles fournissant cette preuve dans un format digeste. Une fois que l’on dispose des capacités ZKP, on peut affirmer que quelque chose est vrai et que d'autres peuvent l'accepter avec un degré élevé de probabilité. Le Zero-Knowledge Proof est une forme de preuve probabiliste. Ces preuves sont complexes, ce qui représente un défi de plus pour les rendre résistantes aux attaques. Les progrès dans ce domaine sont donc lents. Cependant, les preuves à divulgation nulle de connaissance continuent de gagner en puissance et elles sont aujourd'hui capables de démontrer de nombreuses affirmations dans un format relativement compact. Étendre ce qui peut être prouvé et diversifier les systèmes dans lesquels ces preuves peuvent s'intégrer sont des domaines clés de la recherche. Un autre domaine de recherche consiste à rendre le déploiement aussi simple que possible.

Le ZKP et l'avenir de la blockchain

La Fondation Mina a réalisé des recherches intéressantes sur l'importance du ZKP dans l'industrie de la blockchain. En particulier, la Fondation a interrogé des utilisateurs et des développeurs de blockchain sur l’usage du ZKP dans leur secteur. La confidentialité et la performance sont les deux principaux moteurs de l'adoption du ZKP. Un peu plus de 30 % des personnes interrogées ont identifié la vie privée comme cas d’usage le plus important du Zero-Knowledge Proof. Chaque fois qu'un échange entre des parties nécessite de prouver qu'une chose est vraie et que l’on peut introduire une preuve à divulgation nulle de connaissance pour le faire, la confidentialité augmente. Cela n'est ni simple ni facile, car les preuves elles-mêmes et leur intégration dans les protocoles de communication sont difficiles. Néanmoins, la confidentialité est un critère important du ZKP. Le jour viendra peut-être où des preuves essentielles, par exemple la preuve de la citoyenneté d'une personne, seront réalisées à l’aide du ZKP.

À propos du respect de la vie privée, Evan Shapiro, CEO et fondateur de la Fondation Mina a déclaré : « Nous avons vu beaucoup de Zero-Knowledge pour l'amélioration de l'évolutivité, en particulier pour Ethereum, mais les applications programmables de ZK pour le respect de la vie privée seront l’une des préoccupations majeures des développeurs en 2023 ». M. Shapiro s’est également dit « particulièrement enthousiasmé par zkIdentity et par le potentiel des applications DeFi dans l’usage du ZK pour activer les processus de conformité KYC (Know Your Customer) sans collecter ni stocker de données sensibles sur les utilisateurs ». Plus généralement, le Zero-Knowledge Proof peut rendre plus sûrs les systèmes en exposant moins d'informations dans leurs activités, ce qui signifie moins de chances que les informations soient exploitées à des fins néfastes. L’un des résultats intéressants de l’enquête de la Fondation Mina, c’est que les utilisateurs comptent surtout protéger leurs informations financières à l’aide du ZKP (54,5 %). Ce résultat n'est peut-être pas surprenant, mais il faut le mettre en parallèle avec les 48,5 % d’utilisateurs qui veulent protéger la confidentialité de leurs données personnelles des gouvernements. Cette forte demande de protection des informations financières du regard des gouvernements n'est pas passée inaperçue auprès des fonctionnaires du fisc. En même temps, l’envie de divulguer le moins d'informations possible à un gouvernement centralisé en payant ses impôts légaux est un droit parfaitement légitime d'un citoyen libre. Les systèmes ZKP pourraient s’appliquer à la fiscalité. Apporter la preuve de ce que l’on doit sans rien divulguer d'autre pourrait être un cas d’usage de la divulgation nulle de connaissance.

Un autre domaine clé du ZKP est l'optimisation des performances, désignée par 18,2 % des participants à l'étude de la Fondation Mina comme caractéristique la plus importante du ZKP. Le Zero-Knowledge Proof peut prouver la validité d'un calcul sous une forme compacte et réduire ainsi le nombre de fois où ce calcul doit être effectué. La blockchain MINA utilise cette fonctionnalité pour résumer les transactions sur la blockchain, ce qui améliore les performances et, au final, rend le système moins coûteux. Le rendement commercial et la réduction des frais sont souvent considérés comme des facteurs critiques pour la viabilité à long terme de la blockchain. Quand on leur a demandé quelle était l'application la plus importante de la blockchain, 46 % des personnes interrogées dans le cadre de cette enquête de ont répondu que la confidentialité et l'évolutivité étaient toutes deux importantes. En bref, l'avenir de la blockchain pourrait dépendre des contributions du ZKP pour rendre les systèmes plus sûrs et plus performants.

Conclusion

La preuve à divulgation nulle de connaissance se situe à la frontière de la recherche cryptographique. Elle promet d'améliorer à la fois l'évolutivité et la sécurité des systèmes cryptographiques. Ces améliorations ont de grandes implications pour l'avenir de la blockchain et, par extension, pour le monde plus large de l'informatique distribuée. Il y a beaucoup de travail à faire pour découvrir et réaliser la promesse de divulgation nulle de connaissance, et ce travail est en bonne voie. Il y a fort à parier que le Zero-Knowledge Proof aura un impact important sur les technologies de l'information dans les prochaines années.