مقدمة لتقنيات تحسين الخصوصية

الأهداف وحالات الاستخدام

يتم إنتاج مجموعة من الأدوات والأساليب والاستراتيجيات المعروفة باسم تقنيات تحسين الخصوصية (PETs) لحماية خصوصية الأشخاص وبياناتهم في مجموعة متنوعة من المواقف، مثل الاتصال عبر الإنترنت والمعاملات المالية وإدارة الهوية. تم تصميم PETs لمنح المستخدمين مزيدًا من التحكم في بياناتهم الشخصية وتقليل احتمالية سرقة الهوية والمراقبة وانتهاكات البيانات.

فيما يلي بعض حالات الاستخدام النموذجية للحيوانات الأليفة:

• إخفاء الهوية: أثناء الدردشة أو إجراء المعاملات عبر الإنترنت، يمكن لـ PETs مساعدة المستخدمين على عدم الكشف عن هويتهم، وحمايتهم من المراقبة والتتبع وسرقة الهوية.

• أمان البيانات: من خلال تشفير البيانات الحساسة وتأمينها باستخدام PETs، يمكنك الحماية من الوصول غير القانوني والتعديل والسرقة.

• إدارة الهوية: يمكن استخدام PETs لإدارة الهويات الرقمية وحمايتها، والتأكد من مشاركة البيانات الخاصة فقط مع أولئك الذين يحتاجون إليها والحماية من الاحتيال وسرقة الهوية.

• الاتصالات الآمنة: يمكن استخدام PETs لتقديم قنوات اتصال خاصة وآمنة لا يمكن الاستماع إليها واعتراضها.

مناهج الخصوصية ذات الطبقات

من أجل منح المستهلكين مستوى عالٍ من الخصوصية والأمان، تستخدم تقنيات تحسين الخصوصية (PETs) بشكل متكرر تقنيات الخصوصية متعددة الطبقات. الهدف من الخصوصية «متعددة الطبقات» هو الجمع بين مجموعة متنوعة من أساليب وتقنيات تحسين الخصوصية لتقديم حل خصوصية أكثر اكتمالًا وموثوقية.

لمنح المستهلكين مستوى عالٍ من الخصوصية وإخفاء الهوية عند الدردشة وإجراء المعاملات المالية عبر الإنترنت، على سبيل المثال، قد تتضمن استراتيجية الخصوصية متعددة الطبقات استخدام VPN وتطبيق المراسلة مع التشفير من البداية إلى النهاية والعملات المشفرة التي تركز على الخصوصية.

تعد استراتيجيات الخصوصية ذات الطبقات مفيدة بشكل خاص عندما لا يتمكن حيوان أليف واحد من تأمين خصوصية المستخدمين بشكل كافٍ بمفرده. يمكن للمستخدمين إنشاء حل خصوصية أكثر اكتمالًا وقوة يكون من الصعب كسره أو تجاوزه من خلال الجمع بين العديد من الحيوانات الأليفة.

براهين المعرفة الصفرية (ZKPs)

التعريف والتاريخ

ZKPs هي نوع من بروتوكول التشفير الذي يمكّن طرفًا واحدًا (المُثبت) من أن يثبت لطرف آخر (المدقق) أنه يمتلك معرفة أو معلومات معينة دون الكشف عن المعلومات نفسها. بعبارة أخرى، توفر ZKPs لشخص ما القدرة على إثبات معرفته بشيء ما دون الكشف حقًا عن ماهية تلك المعرفة.

كان التعقيد المعرفي لأنظمة الإثبات التفاعلية، وهي دراسة أجريت عام 1985 من قبل شافي جولدفاسر وسيلفيو ميكالي وتشارلز راكوف، أول من قدم فكرة ZKPs. منذ ذلك الحين، تطورت ZKPs لتصبح أداة مهمة في التشفير المعاصر وتستخدم في العديد من التطبيقات، مثل أنظمة التصويت الآمنة ومعاملات العملة المشفرة والتحقق من الهوية الرقمية. تستخدم ZKPs خوارزميات رياضية معقدة لإنتاج براهين يمكن التحقق منها ولا يمكن دحضها. استنادًا إلى فكرة أنه من المستحيل حسابيًا معرفة الفرق بين الأدلة الحقيقية والمختلقة، لا يمكن تمييزها من الناحية الحسابية.

في عالم العملات المشفرة، يتم استخدام ZKPs بإحدى الطرق الأكثر شهرة. تستخدم بعض العملات المشفرة، مثل Zcash، ZKPs لمنح المستهلكين مستوى عالٍ من خصوصية المعاملات وإخفاء الهوية. وباستخدام ZKPs، يمكن للمستخدمين إثبات ملكيتهم لكمية معينة من بيتكوين دون الكشف عن هويتهم أو مقدار ما يرسلونه.

ZK-SNARKS و ZK-Starks

الشكلان من براهين المعرفة الصفرية التي حظيت بأكبر قدر من الاهتمام والتطبيق في السنوات الأخيرة هما ZK-SNARKS (حجج المعرفة الصفرية الموجزة غير التفاعلية) و ZK-Starks (حجج المعرفة الشفافة القابلة للتطوير الخالية من المعرفة).

ZK-SNARKS هي مجموعة فرعية من ZKP تمكن المجرب من إظهار أنه على دراية بجزء معين من المعرفة دون الكشف عن أي تفاصيل أخرى. في مجال العملات المشفرة، يتم استخدامها لتوفير خصوصية المعاملات وإخفاء الهوية، كما هو الحال مع عملة Zcash. تستخدم التطبيقات الأخرى، مثل الرسائل النصية المشفرة والتحقق من الهوية الرقمية، أيضًا ZK-SNARKS.

على العكس من ذلك، تعد ZK-Starks تقدمًا حديثًا في تقنية ZKP. إنها توفر أدلة قابلة للتطوير وشفافة وفعالة على المعرفة الصفرية، مما يجعلها مثالية للتطبيق في الأنظمة المتوازية على نطاق واسع مثل سلاسل الكتل. لا تحتاج ZK-starks إلى إعداد موثوق به، والذي قد يكون نقطة ضعف محتملة في بعض الأنظمة، على عكس ZK-SNARKS. من ناحية أخرى، تعد ZK-Starks حاليًا أقل كفاءة من ZK-SNARKS وتتطلب المزيد من القوة الحسابية لتوليد البراهين.

لكل من ZK-Starks و ZK-SNARKS استخدامات كبيرة في مجال التشفير، ومن المتوقع أن تستمر في التأثير بشكل كبير على إنشاء أنظمة خاصة وآمنة في المستقبل.

تطبيقات في بلوكشين

تحتوي تقنية بلوكتشين على العديد من الاستخدامات المهمة لبراهين المعرفة الصفرية (ZKPs)، لا سيما في مجالات الخصوصية وقابلية التوسع. فيما يلي بعض الرسوم التوضيحية:

1. المعاملات الخاصة: ZKPs هي أداة يمكن استخدامها لتمكين معاملات العملة المشفرة الخاصة. على سبيل المثال، تستخدم العملة المشفرة Zk-SNARKS للسماح للمستخدمين بتنفيذ المعاملات دون الكشف عن أي تفاصيل حول المعاملة، مثل المبلغ المحول أو هويات الأشخاص المعنيين.

2. العقود الذكية التي تحافظ على الخصوصية: يمكن أيضًا جعل العقود الذكية مع حماية الخصوصية ممكنة عبر ZKPs. ونتيجة لذلك، يمكن تنفيذ العقود الذكية دون الكشف عن أي معلومات حول المعاملة لأي شخص آخر غير أولئك المشاركين بشكل مباشر.

3. قابلية التوسع: يمكن زيادة قابلية تطوير Blockchain من خلال استخدام ZKPs. يمكن أن تساعد ZKPs في تقليص حجم بلوكتشين وتعزيز قابلية التوسع عن طريق خفض كمية البيانات التي يجب الاحتفاظ بها هناك.

4. التحقق من الأصالة والهوية: بدون الكشف عن أي معلومات إضافية، يمكن استخدام ZKPs للتحقق من صحة جزء من البيانات أو لتأكيد هوية الشخص. يمكن أن يقلل هذا من الاحتيال والوصول غير القانوني مع تعزيز أمان الأنظمة القائمة على blockchain.
   تقدم ZKPs مجموعة متنوعة من الاستخدامات المهمة لتقنية blockchain بشكل عام، لا سيما في مجالات قابلية التوسع والخصوصية. ومن المتوقع أن تصبح ZKPs أكثر أهمية مع توسع صناعة بلوكتشين وتغييرها، مما يساهم في إنشاء أنظمة خاصة وآمنة قائمة على بلوكتشين.

تقنيات أخرى لتحسين الخصوصية

خلط العملات (CoinJoin، TumbleBit، إلخ.)

الهدف من خلط العملات هو زيادة الخصوصية وإخفاء الهوية لمعاملات العملة المشفرة. الفكرة الرئيسية لخلط العملات هي دمج معاملات متعددة في واحدة، مما يجعل من الصعب تتبع تدفق الأموال وربط معاملات محددة بالمستخدمين الفرديين. تأتي تقنيات خلط العملات بأشكال مختلفة، بما في ذلك CoinJoin و TumbleBit. باستخدام CoinJoin، يمكن للعديد من المستخدمين دمج معاملاتهم في معاملة واحدة، مما يجعل من الصعب تحديد المرسلين والمستلمين الأصليين للأموال. تستخدم TumbleBit عملية خلط أكثر تعقيدًا تتضمن خوادم متعددة لإنشاء معاملات مجهولة.

على الرغم من وجود قيود مختلفة على كل منهما، يمكن لكل من CoinJoin و TumbleBit زيادة السرية وإخفاء الهوية في معاملات البيتكوين. على سبيل المثال، قد يكون من الصعب الحصول على مقدار تنسيق المستخدم المطلوب لـ CoinJoin. من ناحية أخرى، يمكن أن يكون TumbleBit أقل فعالية بسبب تعقيده الكبير وحاجته إلى العديد من الخوادم.

المعاملات السرية

المعاملات السرية هي نوع آخر من تقنيات تحسين الخصوصية التي يمكن أن تزيد من سرية وسرية معاملات البيتكوين. الفرضية الأساسية للمعاملات السرية هي إخفاء قيمة المعاملة مع تمكين المصادقة على المعاملة. يتم عرض مبلغ المعاملة لمعاملة بيتكوين النموذجية علنًا على بلوكتشين. ومع ذلك، في المعاملات السرية، يتم استخدام طريقة تشفير تعرف باسم التشفير المتماثل لإخفاء قيمة المعاملة. بمعنى آخر، لا يزال مبلغ المعاملة موجودًا، ولكنه مشفر بحيث يمكن التحقق من صحته على أنه شرعي دون الكشف عن المبلغ الحقيقي. يمكن أن تساعد المعاملات السرية في الحفاظ على خصوصية وسرية المعاملات المالية للمستخدمين من خلال إخفاء قيمة المعاملة. قد يكون هذا أمرًا بالغ الأهمية في الظروف التي لا يرغب فيها المستخدمون في أن يعرف الآخرون مقدار الأموال التي يرسلونها أو يتلقونها، كما هو الحال في المعاملات التجارية أو التبرعات الخيرية.

بروتوكول ميمبليمبل

تم اقتراح تقنية تحسين الخصوصية تسمى Mimblewimble مبدئيًا في عام 2016 كطريقة لجعل معاملات البيتكوين أكثر خصوصية وقابلية للتطوير. وبالنظر إلى أن هدف البروتوكول هو جعل المعاملات صعبة التتبع، يبدو من المعقول أن يتم تسميته على اسم تعويذة ربط اللسان من كتب هاري بوتر.

يعد استخدام المعاملات السرية، التي قمنا بتغطيتها من قبل، وطريقة تسمى cut-through، والتي تتيح إزالة بيانات المعاملات القديمة من blockchain، اثنين من المفاهيم الأساسية التي بنيت عليها Mimblewimble. تم تحسين قابلية التوسع نتيجة لانخفاض حجم blockchain.

يتيح استخدام CoinJoin في Mimblewimble تجميع المعاملات و «تعميتها». هذا يعني أن العديد من المعاملات يتم دمجها في معاملة واحدة، مما يجعل من الصعب ربط معاملات محددة بالمستخدمين الفرديين. علاوة على ذلك، يسمح الإجراء الأعمى بالمعاملات الخاصة التي تخفي مبالغ المعاملات.

توجيه البصل وتكامل Tor

يمكن جعل بيانات الإنترنت، بما في ذلك معاملات العملات المشفرة، مجهولة باستخدام تقنية تحسين الخصوصية المعروفة باسم «onion routing». من أجل جعل من الصعب تتبع بيانات الشبكة إلى مصدرها، يتضمن توجيه البصل بشكل أساسي توجيهها عبر عدد من العقد.

يشير مصطلح «توجيه البصل» إلى الطريقة التي يتم بها تشفير اتصالات الشبكة باستخدام عدد من المستويات المختلفة، على غرار البصل. عندما تتحرك حركة المرور عبر كل عقدة وتصل في النهاية إلى وجهتها، يتم إزالة كل طبقة. هذا يجعل من الصعب على أي شخص يعترض الاتصال تحديد مصدره أو هدفه أو محتواه.

يتم استخدام شبكة Tor في اتجاه واحد ويمكن استخدام التوجيه المباشر مع العملة المشفرة. باستخدام التوجيه المباشر وشبكة Tor، يمكن إخفاء نظام اتصال مجهول معروف وعناوين IP للمستخدمين وأنشطة تصفح الويب. يمكن للمستخدمين إجراء المعاملات في مساحة البيتكوين بشكل مجهول ودون الكشف عن عناوين IP الخاصة بهم عن طريق ربط Tor بمحفظة أو عقدة.

قد يجد المستخدمون القلقون بشأن خصوصيتهم وأمنهم أن تكامل Tor مع محافظ وعقد البيتكوين مفيد جدًا. على سبيل المثال، يمكن أن تساعد في حماية المستخدمين من جهود التطفل أو الرقابة أو القرصنة. ومع ذلك، يجب التأكيد على أن استخدام Tor لمعاملات البيتكوين يحمل بعض المخاطر الإضافية، مثل احتمال ازدحام الشبكة أو أوقات المعاملات البطيئة. علاوة على ذلك، لأغراض أمنية، قد تقيد بعض بورصات أو خدمات بيتكوين اتصالات Tor.