لماذا يمكن أن تصبح براهين انعدام المعرفة أهم تقنيات الكريبتو

زي كاش (Zcash) (ZEC) ارتفعت بأكثر من 13٪ خلال الـ 24 ساعة الماضية، مما دفع عملة الخصوصية هذه إلى عناوين الأخبار مجددًا في أسواق الكريبتو.

لكن خلف حركة السعر توجد قصة أكثر إثارة للاهتمام بكثير: النظام التشفيري الذي يجعل زي كاش يعمل هو واحد من أكثر القطع أناقة في الرياضيات التطبيقية التي نُشرت على سلسلةٍ عامة على الإطلاق.

هذا النظام يُسمّى برهان انعدام المعرفة. إذا سبق لك أن تساءلت كيف يمكن لعملةٍ رقمية أن تضمن رياضيًا صحة معاملةٍ ما دون الكشف عن المرسل أو المستلم أو المبلغ، فهذا هو الشرح الذي تحتاجه.

خلاصة سريعة (TL;DR)

يتيح برهان انعدام المعرفة لطرفٍ واحد (المُثبت) إقناع طرفٍ آخر (المُتحقِّق) بأن عبارةً ما صحيحة دون كشف أي معلوماتٍ بخلاف حقيقة صحة تلك العبارة نفسها.

تستخدم زي كاش بناءً محددًا يُسمّى zk-SNARKs لحجب بيانات المعاملة على سلسلةٍ عامة مع السماح للشبكة في الوقت نفسه بالتأكد من عدم إنشاء عملات من لا شيء.

التقنية نفسها تدعم الآن حلول الطبقة الثانية (Layer 2) للتوسّع، وبروتوكولات DeFi الخاصة، وأنظمة الهوية، مما يجعلها واحدة من أهم لبنات البناء التشفيرية في الويب3.

ما هو برهان انعدام المعرفة فعليًا؟

برهان انعدام المعرفة هو طريقة يمكن من خلالها لطرف يُسمّى المُثبت أن يقنع طرفًا آخر يُسمّى المُتحقِّق بأن ادعاءً محددًا صحيح. القيد الحاسم هو أن البرهان لا يكشف أي شيء عن البيانات الأساسية المستخدمة لصياغة ذلك الادعاء.

وُصِف المفهوم لأول مرة في ورقةٍ أكاديمية عام 1985 كتبها شافي غولدواسر، وسيلفيو ميكالي، وتشارلز راكوف بعنوان "تعقيد المعرفة في أنظمة البراهين التفاعلية".

كان المؤلفون يستكشفون الحد الأدنى النظري من المعلومات التي يجب على المُثبت كشفها لإقناع مُتحقِّق متشكك. وكانت الإجابة التي توصلوا إليها هي أنه في بعض الحالات يمكن أن يكون ذلك الحد فعليًا مساويًا للصفر.

يجب أن يستوفي برهان انعدام المعرفة ثلاث خصائص: الاكتمال (يمكن لمُثبتٍ صادق دائمًا إقناع مُتحقِّق صادق)، والمتانة/الصوتية (لا يستطيع مُثبتٌ مخادع خداع المُتحقِّق إلا باحتمال ضئيل جدًا)، وانعدام المعرفة (لا يتعلم المُتحقِّق أي شيء بخلاف صحة الادعاء).

المثال الكلاسيكي في الكتب هو سيناريو "الكهف ذو الباب السحري"، وغالبًا ما يُسمّى كهف علي بابا. تخيّل كهفًا دائريًا له مدخل واحد وباب مقفَل في الخلف لا يُفتح إلا بكلمة سر سرية. يريد مُثبت أن يقنع مُتحقِّقًا بأنه يعرف كلمة السر دون أن يكشف ما هي. يدخل المُثبت الكهف ويسلك إما المسار الأيسر أو الأيمن. ثم يصرخ المُتحقِّق بالمسار الذي يريد من المُثبت أن يخرج منه. إذا كان المُثبت يعرف كلمة السر، فيمكنه دائمًا الظهور من الجانب الصحيح عن طريق المرور عبر الباب إذا لزم الأمر. إن تكرار هذه العملية مراتٍ كثيرة يجعل من المستحيل إحصائيًا على شخصٍ لا يعرف كلمة السر أن يواصل التخمين الصحيح.

اقرأ أيضًا: Pudgy Penguins Token Rallies On $5.3B Manchester City Deal

(Image: Shutterstock)

البراهين التفاعلية مقابل غير التفاعلية، ولماذا يهم هذا الفارق لسلاسل الكتل

يصف تشبيه الكهف برهان انعدام معرفة تفاعلي. يشارك المُتحقِّق بنشاط عن طريق إصدار تحدٍّ في كل جولة. ورغم أناقتها رياضيًا، فإن البراهين التفاعلية تعاني من مشكلة واضحة بالنسبة لسلاسل الكتل: لا يوجد مُتحقِّق حيّ يجلس على الجانب الآخر من كل معاملة في انتظار إصدار التحديات.

تحتاج شبكات البلوكشين إلى براهين انعدام معرفة غير تفاعلية. في المخططات غير التفاعلية، يُولِّد المُثبت كيان برهانٍ واحدًا مكتفيًا بذاته يمكن لأي شخص التحقق منه بشكل مستقل، في أي وقت، دون أي تواصل ذهابًا وإيابًا. هذا يمثل مشكلة رياضية أصعب بكثير.

جاء الاختراق من خلال تقنية تُسمّى استدلال فيات-شامير (Fiat-Shamir heuristic) التي طُوِّرت عام 1986. فهي تحوّل البراهين التفاعلية إلى غير تفاعلية عن طريق استبدال التحديات العشوائية الصادرة من المُتحقِّق بدالة تجزئة تشفيرية. يقوم المُثبت بتوليد "التحدي" بنفسه باستخدام تجزئة للبيان، والتي لا يمكن التلاعب بها دون إبطال البرهان.

مكّنت البراهين غير التفاعلية من حَزْم الصلاحية التشفيرية مباشرة داخل معاملات البلوكشين. فالعقدة التي تستقبل معاملةً محمية لا تحتاج إلى الاستفسار من أحد؛ إنما تشغّل خوارزمية التحقق من البرهان محليًا وتحصل على إجابة بنعم أو لا.

كيف تشغّل zk-SNARKs معاملات زي كاش المحمية

قدّمت زي كاش (Zcash) أول تطبيق إنتاجي لـ zk-SNARKs على سلسلةٍ عامة كبرى عندما انطلقت في أكتوبر 2016. ويعني الاختصار: براهين انعدام معرفة موجزة غير تفاعلية لحجج المعرفة. كل كلمة في هذه العبارة تحمل وزنًا تقنيًا.

تعني "موجزة" أن البرهان صغير الحجم وسريع التحقق بغض النظر عن تعقيد الحساب الأساسي. وتعني "غير تفاعلية" عدم وجود تبادل ذهابًا وإيابًا بين المُثبت والمُتحقِّق كما ذُكر أعلاه. وتعني "حجج معرفة" أن على المُثبت أن يمتلك فعلًا الشاهد السري (مثل المفتاح الخاص، ومفتاح الإنفاق، وتفاصيل المعاملة) لتوليد برهان صالح؛ إذ يُستبعَد التخمين رياضيًا.

عندما يرسل مستخدم زي كاش معاملةً محمية، يجري برنامج محفظة المُرسل حسابات تُثبت عدة أمور في الوقت نفسه دون كشف أيٍ منها. فهو يثبت أن المُرسل يملك الأموال المُنفَقة، وأن مبالغ مُدخلات المعاملة تساوي مبالغ المخرجات زائد الرسوم (بحيث لا تُصنَع عملات من لا شيء)، وأن المُرسل يعرف مفتاح الإنفاق الخاص للعنوان المصدر. يُدمَج البرهان الناتج في المعاملة ويُبث إلى الشبكة، وتتحقق كل عقدة كاملة منه بشكل مستقل، عادة في أجزاءٍ من الثانية.

تستخدم معاملات زي كاش المحمية بنيةً تشفيرية تُسمّى دائرة Sapling (حُلَّت محل دائرة Sprout الأصلية في 2018) خفّضت زمن توليد البرهان من نحو 40 ثانية إلى أقل من ثانيتين وقلّصت متطلبات الذاكرة من 3 غيغابايت إلى نحو 40 ميغابايت، مما جعل المحافظ المحمية على الهواتف المحمولة عملية لأول مرة.

تعمل زي كاش بنوعي عناوين. العناوين الشفافة (t-addresses) تتصرف مثل عناوين بيتكوين (Bitcoin) (BTC): كل البيانات مرئية على السلسلة. أما العناوين المحمية (z-addresses) فتستخدم zk-SNARKs لتشفير المرسل والمستلم والمبلغ. يمكن للمستخدمين التحويل بين النوعين، رغم أن الانتقال من عنوان شفاف إلى عنوان محمي ما يزال يكشف المبالغ عند نقطة التحويل.

مشكلة الإعداد الموثوق، أكثر متطلبات زي كاش إثارةً للجدل

أكثر الجوانب إثارةً للجدل تقنيًا في تنفيذ zk-SNARKs الأصلي لدى زي كاش هو مراسم "الإعداد الموثوق". إذ تتطلب zk-SNARKs مجموعة من المعلمات العامة، تُسمّى أحيانًا "سلسلة مرجعية مشتركة"، تُولَّد قبل أن يتمكن النظام من العمل. وتُستخرَج هذه المعلمات من قيمة عشوائية سرية؛ وإذا أُعيد تجميع هذا السر يومًا ما، يمكن لجهة خبيثة تزوير البراهين وإنشاء زي كاش من لا شيء دون اكتشاف.

لمعالجة ذلك، نفّذ فريق تأسيس زي كاش مراسم حسابٍ متعدد الأطراف عام 2016 حيث أنشأ ستة مشاركين كلٌ منهم جزءًا من السر. وتظل المعلمات آمنة ما دام مشارك واحد على الأقل دمّر جزأه بأمان. أُعيدت المراسم مع تحسينات في ترقية Sapling عام 2018 بمشاركة 90 شخصًا، مما جعل احتمال اختراق كامل للمراسم ضئيلًا للغاية.

ما يزال شرط الإعداد الموثوق نقطة ضعفٍ نظرية وموضع جدلٍ فلسفي في مجتمع عملات الخصوصية. يجادل المنتقدون بأن مجرد وجود احتمال ضئيل لهجوم تضخّم غير قابل للاكتشاف أمر غير مقبول، بينما يشير المؤيدون إلى العدد الكبير من المشاركين والتصميم القابل للتحقق للمراسم باعتباره تخفيفًا كافيًا للمخاطر.

دفعت هذه المخاوف إلى تطوير zk-STARKs، الفرع الآخر الرئيس في شجرة عائلة براهين انعدام المعرفة، والتي نناقشها في القسم التالي.

zk-SNARKs مقابل zk-STARKs، أهم المفاضلات

قُدِّمت zk-STARKs، التي تعني: براهين انعدام معرفة قابلة للتوسّع وشفافة لحجج المعرفة، في ورقةٍ بحثية عام 2018 لألي بن-ساسون وزملائه في معهد التخنيون وشركة StarkWare. فهي تحل مشكلة الإعداد الموثوق بالكامل بالاعتماد فقط على عشوائيةٍ عامة قابلة للتحقق مشتقة من دوال تجزئة مقاومة للتصادم بدلًا من أي معلمات سرية.

المفاضلات بين البنيتين حقيقية ومهمة للمطورين الذين يختارون بينهما.

zk-SNARKs تُنتج براهين صغيرة جدًا، غالبًا أقل من 300 بايت، وتتحقق بسرعة عالية. لكنها تتطلب إعدادًا موثوقًا وتعتمد على تشفير المنحنيات الإهليلجية، وهو عُرضة نظريًا لكمبيوتر كمي قوي بما يكفي.
zk-STARKs لا تحتاج إلى إعداد موثوق وتُعد آمنة بعد التشفير الكمي لأنها تعتمد فقط على دوال التجزئة. براهينها أكبر بكثير، غالبًا في نطاق عشرات إلى مئات الكيلوبايتات، رغم أن زمن التحقق سريع أيضًا.
PLONK وغيرها من SNARKs الشاملة (universal) تمثل جيلًا وسيطًا من البنى التي تتطلب إعدادًا موثوقًا شاملًا يُنفَّذ مرة واحدة فقط بدلًا من مرة لكل دائرة. استخدمت مشاريع مثل Aztec و Polygon أنظمة مبنية على PLONK لتقليل عبء الإعدادات الموثوقة التشغيلي دون التخلي عن كفاءة SNARK.

للاستخدام العملي على سلاسل الكتل في عام 2026، تظل zk-SNARKs … تهيمن بروتوكولات الطبقة الأولى التي تركز على الخصوصية مثل Zcash. بينما تهيمن zk-STARKs على حلول التوسّع من الطبقة الثانية (rollups)، خصوصًا تلك التي طوّرتها StarkWare، حيث يكون حجم الإثبات أقل أهمية من تقليل الثقة المطلوبة وزيادة القدرة الاستيعابية.

Also Read: Vitalik Buterin Wants Ethereum To Stop Reading Over Your Shoulder

أين تُستخدم براهين عدم المعرفة خارج عملات الخصوصية

كان الاستخدام الأولي لبراهين عدم المعرفة هو الخصوصية المالية، كما أظهر مشروع Zcash. لكن هذه التقنية توسّعت بشكل كبير عبر منظومة البلوكشين، والنشاط الرائج حاليًا حول Nexus وشبكتها المعتمدة على براهين عدم المعرفة يُعد من أوضح الإشارات إلى مدى تحوّل بنية ZKP التحتية إلى تيار رئيسي.

تُعتبر الـ ZK Rollups ربما أهم تطبيق تجاري خارج عملات الخصوصية. شبكات الطبقة الثانية مثل zkSync و StarkNet و Polygon zkEVM تستخدم براهين عدم المعرفة لتجميع مئات أو آلاف معاملات إيثريوم (ETH) في إثبات واحد يُرسل إلى السلسلة الرئيسية. شبكة إيثريوم الرئيسية تحتاج فقط إلى التحقق من إثبات واحد مدمج بدلًا من تنفيذ كل معاملة على حدة، ما يزيد القدرة الاستيعابية بشكل كبير مع الاستفادة الكاملة من أمان إيثريوم.

الـ DeFi الخاص (Private DeFi) فئة ناشئة تستخدم فيها البروتوكولات براهين عدم المعرفة لتمكين المستخدمين من المشاركة في الإقراض والتداول واستراتيجيات العائد دون الكشف عن أرصدة محافظهم أو استراتيجيات تداولهم على السلسلة. تطبق شبكة Venice Token، التي تشهد رواجًا حاليًا إلى جانب Zcash، فلسفة تشفيرية مرتبطة بذلك على استدلالات الذكاء الاصطناعي، بحيث تتيح للمستخدمين الاستعلام من النماذج دون أن يرى المزوّد مُدخلاتهم.

تمثّل أنظمة الهوية والاعتمادات (credentials) موجة ثالثة. تتيح براهين عدم المعرفة للمستخدم إثبات أنه أكبر من 18 عامًا، أو أنه مقيم في دولة معينة، أو أنه اجتاز فحص KYC دون الكشف عن اسمه أو تاريخ ميلاده أو رقم جواز سفره. مشاريع مثل Polygon ID و Sismo بنَت أطر اعتماد كاملة حول هذه الإمكانية.

من المتوقع أن ينمو سوق براهين عدم المعرفة من نحو 243 مليون دولار في 2023 إلى أكثر من 12 مليار دولار بحلول 2030، وفقًا لبيانات Grand View Research، ما يعكس تبنّيها عبر قطاعات التمويل والهوية والتحقق من سلاسل التوريد.

Also Read: Exclusive: DeFi Has A Quiet Crisis Nobody's Talking About And It's Killing Yields: Katana CEO

من الذي يحتاج فعليًا إلى فهم هذه التقنية

براهين عدم المعرفة ذات صلة بعدة فئات مميّزة في عالم الكريبتو، حتى لو أن معظم المستخدمين لن يتعاملوا بشكل مباشر مع علم التعمية نفسه.

المتداولون والمستثمرون الذين يراقبون عملات الخصوصية مثل Zcash يستفيدون من فهم أن موجة ارتفاع السعر ليست مضاربية بحتة. التقنية التي تقف وراء ZEC لها فائدة حقيقية ومتنامية في عالم ZK rollups و DeFi الخاص، ما يخلق حالة طلب هيكلية تتجاوز المضاربة البسيطة. عندما يزداد الضغط التنظيمي على سلاسل الكتل الشفافة، كما يحدث بشكل دوري، تصبح خصائص الحفاظ على الخصوصية في الأنظمة المعتمدة على ZKP طرحًا أكثر إلحاحًا.

مستخدمو ومطورو DeFi الذين يختارون بين شبكات الطبقة الثانية ينبغي أن يفهموا الفرق بين الـ optimistic rollups (التي تستخدم نظام إثبات الغش وفترة تحدٍّ مدتها 7 أيام) وبين الـ ZK rollups (التي تستخدم براهين رياضية ويمكن أن تُنجز التسوية في غضون دقائق). هذا الاختيار يؤثّر مباشرة على أوقات السحب، وافتراضات الثقة، وكفاءة استخدام رأس المال.

المستخدمون المهتمون بالخصوصية على أي مستوى يجب أن يعلموا أن العناوين المحمية (shielded) في Zcash توفّر نموذج خصوصية مختلفًا حقًا عن الاسم المستعار (pseudonymity) في بيتكوين. شركات تحليل السلاسل مثل Chainalysis أقرت علنًا بأن معاملات Zcash المحمية بالكامل غير مرئية فعليًا لأدواتها، وهذا فارق مهم للمستخدمين الذين يحتاجون إلى سرية مالية حقيقية.

بُنّاءو البروتوكولات الذين يستكشفون أنظمة الاعتمادات، أو التصويت الخاص، أو إثبات الاحتياطيات دون كشف الأرصدة، يحتاجون إلى فهم نموذج الدوائر (circuits) الأساسي في براهين عدم المعرفة، لأن تصميم نظام ZKP يعني تصميم الدائرة الحسابية التي ترمّز مشكلتك، لا كتابة كود تقليدي.

Also Read: SpaceX Reveals 18,712 BTC Stash In Record IPO Filing Surprise, Outed As Top 7 Bitcoin Whale

الخلاصة

بدأت براهين عدم المعرفة كفضول نظري في ورقة أكاديمية عام 1985، وأصبحت منذ ذلك الحين بنية تحتية أساسية في عملات الخصوصية وشبكات التوسّع والهوية اللامركزية. الفكرة الجوهرية، وهي أن الحقيقة يمكن نقلها دون نقل المعرفة نفسها، فكرة مناقضة للبديهة لدرجة أن كثيرًا من المهندسين يقضون سنوات في هذا القطاع دون فهم كامل لتبعاتها.

لا يزال Zcash المثال الإنتاجي الأبرز لتطبيق براهين عدم المعرفة في الخصوصية المالية. معمارية zk-SNARK الخاصة به، رغم الجدل المستمر حول الـ trusted setup، أثبتت متانتها وأثّرت مباشرة في كل بنية ZK rollup رئيسية تلتها.

توسّع التقنية إلى توسعة DeFi عبر شبكات مثل zkSync و StarkNet، وإلى طبقات الخصوصية في الذكاء الاصطناعي مثل Venice، يشير إلى أن براهين عدم المعرفة لم تعد ميزة متخصّصة لعملات الخصوصية بل أصبحت لبنة أساسية للجيل القادم من الأنظمة التشفيرية.

في المرة القادمة التي تقفز فيها عملة خصوصية في السعر أو يعلن فيها ZK rollup جديد عن أرقام قياسية في القدرة الاستيعابية، سيكون لديك الإطار الذي يتيح لك تقييم ما تفعله التقنية الأساسية فعليًا، وليس فقط ما يظهره مخطط السعر.