I sistemi Zero-Knowledge Proof incontrano le tecnologie Blockchain: panoramica ed esempi

Abstract

Questa tesi magistrale esplora i fondamenti teorici della tecnologia Zero-Knowledge Proof (ZKP), introdotti per la prima volta da Silvio Micali nel white paper "The Knowledge Complexity of Interactive Proof Systems", e le loro applicazioni pratiche nella tecnologia blockchain. Una parte importante è l’implementazione di ZKP in due smart contract per due popolari piattaforme blockchain: Ethereum e Algorand. Ethereum, la prima piattaforma programmabile nota in tutto il mondo per gli smart contract, fornisce un ecosistema maturo per lo sviluppo di applicazioni decentralizzate. Algorand, piattaforma concorrente più recente, offre caratteristiche innovative come un meccanismo di consenso scalabile e basse commissioni per le transazione, caratteristiche che la rendono una piattaforma interessante per l'implementazione di ZKP. Questa tesi vuole contribuire ad ampliare la conoscenza di ZKP e delle loro possibili applicazioni. Acquisendo informazioni sulle sfide pratiche legate all'implementazione di ZKP sulle due piattaforme, questo lavoro cerca di fornire una guida preziosa per sviluppatori, ricercatori e appassionati di blockchain interessati a utilizzare ZKP per preservare la privacy e offrire transazioni sicure. Per ottenere questo risultato sono stati implementati due smart contract su due diverse blockchain ed è stata condotta un’analisi comparativa delle due implementazioni. La discussione riguarderà le implicazioni pratiche e i vantaggi di ZKP, facendo luce sulla loro rilevanza e utilità nell’affrontare le moderne sfide in materia di sicurezza e privacy.

This Master's thesis aims to explore the theoretical foundations of Zero-Knowledge Proof technology (ZKP), firstly introduced by Silvio Micali in the paper "The Knowledge Complexity of Interactive Proof Systems", and their practical applications in blockchain technology. An important part is the implementation of ZKPs in two smart contracts on two popular blockchain platforms: Ethereum and Algorand. Ethereum is the first programmable blockchain, known for its robust smart contract capabilities and widespread adoption, providing a mature ecosystem for developing decentralized applications. Algorand, a newer entrant in the blockchain space, offers innovative features such as a scalable consensus mechanism and low transaction fees, making it an attractive platform for implementing ZKPs.

This Master's thesis plans to contribute to the existing body of knowledge on ZKPs and their applications in blockchain technology. By gaining insights into the practical challenges and considerations involved in implementing ZKPs on different platforms, this work seeks to provide valuable guidance for developers, researchers, and blockchain enthusiasts interested in utilizing ZKPs for privacy-preserving and secure transactions.

To achieve this result, two smart contracts have been implemented on two different blockchains and a comparative analysis of the two implementations has been conducted. The discussion will encompass the practical implications and advantages of ZKPs, shedding light on their relevance and utility in addressing modern security and privacy challenges.