إثبات الاحتياطيات وشجرة ميركل

تسلط مقالة فيتاليك بوتيرين « امتلاك CEX آمن: إثبات الملاءة المالية وما بعدها » الضوء على التحدي الذي تواجهه البورصات المركزية في التحقق من أصول المستخدمين وضمان الاحتياطيات الكافية لتكريم ودائع المستخدمين. لذلك، تحتاج البورصات إلى طريقة لإثبات أن لديها أصولًا احتياطية كافية لسداد هذه الأصول بالكامل عند طلب المستخدمين، مما يعني أنها بحاجة إلى إثبات أن قيمة أصولها الاحتياطية تتجاوز قيمة ودائع المستخدمين. يُعرف هذا الإثبات باسم إثبات الاحتياطيات ويسمى إثبات تدقيق الاحتياطي بنسبة 100٪ في Gate.io.

إن أبسط طريقة لإثبات الودائع هي نشر قائمة بأزواج (اسم المستخدم والرصيد). يمكن لكل مستخدم التحقق مما إذا كان رصيده مدرجًا في القائمة، ويمكن لأي شخص التحقق من القائمة الكاملة للتأكد من أن جميع الأرصدة غير سلبية وأن المبلغ يطابق المبلغ المطالب به من قبل البورصة. ومع ذلك، فإن هذا يضر بالخصوصية. لمعالجة هذا الأمر، تم إجراء تعديل طفيف: نشر قائمة بأزواج (hash (اسم المستخدم والملح) والتوازن) وإرسال قيمة الملح الخاصة بكل مستخدم بشكل خاص. ولكن حتى هذا يكشف عن التوازنات وتغيرات التوازن. لحماية الخصوصية، تم تقديم ابتكار آخر: شجرة Merkle.

（الشكل 1 المصدر：https://vitalik.ca/general/2022/11/19/proof_of_solvency.html）

تقوم تقنية Merkle tree بتنظيم بيانات توازن المستخدم في شجرة مجموع Merkle. في هيكل الشجرة هذا، تتكون كل عقدة من زوج (توازن، تجزئة). تمثل العقد الورقية في الجزء السفلي أرصدة المستخدمين الفردية والتجزئة المملحة لأسماء المستخدمين الخاصة بهم. في كل عقدة ذات مستوى أعلى، يكون الرصيد هو مجموع الرصيدين الموجودين أسفلها، والهاش هو تجزئة العقدتين الموجودة أسفلها. يمثل دليل Merkle sum، على غرار دليل Merkle، «فرعًا» من الشجرة يتكون من العقد الشقيقة من الورقة إلى الجذر. توفر البورصة لكل مستخدم إثبات مبلغ Merkle لرصيده، مما يمكنهم من التحقق من تضمين رصيدهم بشكل صحيح في الرصيد الإجمالي للبورصة.

يعزز هذا التصميم الخصوصية بشكل كبير مقارنة بالقائمة العامة بالكامل. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تقليل تسرب الخصوصية بشكل أكبر عن طريق خلط «الفروع» كلما تم نشر «الجذر». ومع ذلك، لا تزال هناك بعض القضايا المتبقية. على سبيل المثال، يتعلم تشارلي أن شخصًا ما لديه 164 ETH، وأن أرصدة اثنين من المستخدمين تصل إلى 70 ETH، من بين معلومات أخرى (انظر الشكل 1). لا يزال بإمكان المهاجم الذي يتحكم في حسابات متعددة استنتاج معلومات حساسة حول مستخدمي التبادل.

حدود إثبات الاحتياطيات المستند إلى Merkle Tree

في حين أن إثبات الاحتياطيات المستند إلى شجرة Merkle كان فعالًا في ضمان أمان أصول المستخدمين، لا تزال هناك بعض المشكلات في هذا النهج:

1. الاحتيال في الواجهة الأمامية: يتم تخزين بيانات شجرة Merkle على الخوادم الداخلية للبورصة، وتتحكم البورصة في صفحات الواجهة الأمامية التي يتفاعل معها المستخدمون. يمكن أن تقوم البورصة بإرجاع صفحات مزيفة لخداع المستخدمين، مما يؤدي إلى احتمال الاحتيال في الواجهة الأمامية.
2. هجوم خوارزمية Merkle Tree الضار: يمكن للبورصة المركزية (CEX) إنشاء حسابات وهمية بأرصدة سلبية بعد اختلاس الأموال. على سبيل المثال، إذا كان لدى المستخدم أصول بقيمة 1,000 دولار وقامت البورصة باختلاس 500 دولار، فسيظل رصيد المستخدم المعروض على الواجهة يظهر 1,000 دولار. إذا تم إصدار دليل شجرة Merkle على أساس 1,000 دولار، فسيظهر أن الأصول الفعلية للبورصة (500 دولار) أقل من الأصول المودعة للمستخدم (1,000 دولار)، مما يشير إلى عدم كفاية الأموال الاحتياطية. ومع ذلك، من خلال إنشاء حساب مزيف برصيد -500 دولار، يمكن للبورصة أن تجعل شجرة ميركل تظهر أن أصولها الفعلية (500 دولار) تساوي الأصول المودعة للمستخدم (1،000 - 500 = 500 دولار)، مما يؤدي إلى إخراج PoR عادي.
3. مشاكل الخصوصية المحتملة للمهاجمين الذين لديهم حسابات متعددة.

إثبات المعرفة الصفرية و zk-SNARK

اكتسبت أدلة المعرفة الصفرية اهتمامًا واسعًا في حالات الاستخدام المختلفة نظرًا لقدرتها على تعزيز الأمان وحماية خصوصية المستخدم ودعم قابلية التوسع في شبكات الطبقة الثانية.

تمكّن براهين المعرفة الصفرية أحد الأطراف من إثبات صحة البيان لطرف آخر دون الكشف عن أي معلومات إضافية. إنها تساهم في زيادة الخصوصية من خلال تقليل كمية المعلومات المشتركة بين المشاركين ودعم قابلية التوسع من خلال السماح بالتحقق من البراهين بشكل أسرع دون التحقق من صحة مجموعة البيانات بأكملها.

ZK-SNARK (حجة المعرفة غير التفاعلية الموجزة الصفرية) هي تقنية خالية من المعرفة تم اقتراحها في ورقة مشتركة من قبل نير بيتانسكي، وران كانيتي، أليساندرو كييزا، وإران ترومر في عام 2012. يسمح zk-snark لأحد الأطراف أن يثبت لطرف آخر أنه يعرف سرًا دون الكشف عن السر نفسه، وبالتالي إثبات صحة التعبير المنطقي دون الكشف عن أي معلومات. في براهين المعرفة الصفرية التقليدية، يجب أن يتفاعل المُثبت مع المدقق عدة مرات لإنشاء الدليل. ومع ذلك، في zk-SNARK، بمجرد إنشاء المعلمات (خاصة المعلمات العامة) والإثبات، يمكن للمدقق التحقق من صحة الإثبات دون الحاجة إلى تفاعلات متعددة مع المُثبت.

على سبيل المثال، تخيل أن لديك خريطة كنز تؤدي إلى الموقع الدقيق للكنز المدفون. تريد أن تثبت لشخص ما أنك تعرف موقع الكنز دون الكشف عن محتويات الخريطة أو الموقع الفعلي للكنز. باستخدام تقنية Zk-SNARK، يمكنك إنشاء قطعة ألغاز من خريطة الكنز. يمكنك اختيار جزء صغير من اللغز (دليل) وإظهاره للشخص الآخر، وهو ما يكفي لإقناعه بأنك تعرف كيف يتناسب اللغز الكامل معًا، أي موقع الكنز، دون الحاجة إلى رؤية اللغز بأكمله. ومع ذلك، لتحقيق ذلك، يجب عليك الحصول على بعض العلامات الخاصة من مصنع طباعة ذي سمعة طيبة لمصادقة قطع الألغاز الخاصة بك.

يعتمد تنفيذ zk-SNARks على تشفير المنحنى الإهليلجي والرياضيات متعددة الحدود. تستخدم هذه التقنية التعيينات لتحويل المدخلات إلى كثيرات الحدود وتستخدم المفاهيم الرياضية مثل ترتيب المنحنيات البيضاوية واللوغاريتم المنفصل للتحقق من استيفاء القيود المفروضة على كثيرات الحدود. وهي تستفيد من الخوارزميات الخاصة لضغط البيانات، مما يتيح التنفيذ الفعال للحسابات الرياضية.

لذلك، يمكن أن يؤدي استخدام zk-SNARks إلى تبسيط الخصوصية وتعزيزها بشكل كبير في بروتوكولات الحماية الاحتياطية. ومن خلال دمج جميع إيداعات المستخدمين في شجرة ميركل واستخدام ZK-SNARks لإثبات أن جميع الأرصدة غير سلبية وتصل قيمتها إلى القيمة المطالب بها، فمن الممكن التأكيد على أن البورصة لديها القدرة على تغطية التزاماتها بالكامل إذا تجاوزت الأصول التي تم الكشف عنها علنًا على بلوكتشين هذه القيمة.

يعمل دمج ZK-SNARks مع أشجار Merkle على تسهيل التحقق المتزامن من سلامة البيانات واتساقها مع الحفاظ على خصوصية المعاملات. يمكن للمحللين استخدام zk-SNARks لإثبات أنهم يمتلكون إثبات Merkle الذي يفي بشروط محددة دون الكشف عن تفاصيل الإثبات. بالنسبة للبورصات، يوفر هذا النهج طريقة لإثبات أن لديها أموالًا كافية للوفاء بجميع الالتزامات مع حماية خصوصية المستخدم.

ترقية احتياطي المعرفة الصفري لـ Gate.io

باختصار، تعالج تقنية Gate.io الخالية من المعرفة مشكلتين رئيسيتين في إثبات الاحتياطيات:

1. السماح للمستخدمين بإثبات ملكية أصول معينة دون الكشف عن أي معلومات حساسة
2. القضاء على احتمال هجوم خوارزمية Merkle tree الضار من خلال التأكد من أن شجرة Merkle لا تحتوي على مستخدمين بأرصدة صافية سلبية، كما هو موضح في القسم السابق

قامت Gate.io بترقية إثبات الاحتياطيات باستخدام ZK-SNARK، متخذة خطوة مهمة كبورصة رائدة في حماية أمان أصول المستخدم. مع هذه الترقية، يمكن للمستخدمين عرض البراهين الاحتياطية في الوقت الفعلي، وستغطي الدفعة الأولى من الأصول المدعومة أفضل 100 من حيث القيمة السوقية. كشركة رائدة في الصناعة، قامت بفتح مصدر الشفرة وستستمر في دفع تطوير الصناعة واستكشاف مستقبل مشفر أكثر أمانًا وتعزيزًا للخصوصية من خلال هذه الترقية الخالية من المعرفة.

قراءات أخرى:

• كيف تعمل Zk-snark على تحسين Gate.io إثبات الاحتياطيات
• ما هو إثبات الاحتياطيات (PoR)؟