Prova de Conhecimento Zero: Revolução na Proteção da Privacidade e na Confiança na Blockchain

Imagine que precisa provar a um amigo que conhece um segredo, mas sem revelar qual é esse segredo — essa necessidade aparentemente contraditória é exatamente o problema que a prova de conhecimento zero resolve. A prova de conhecimento zero é uma técnica de criptografia que permite a uma parte provar a outra a veracidade de uma afirmação, sem divulgar qualquer informação específica. Concebida por Shafi Goldwasser e Silvio Micali no MIT em 1985, essa tecnologia está a tornar-se uma peça fundamental no campo da blockchain e da proteção da privacidade.

Compreender a essência da prova de conhecimento zero na vida quotidiana

A beleza da prova de conhecimento zero reside na sua ampla aplicabilidade. Imagine um cenário simples: quer provar que sabe cozinhar, mas não quer que a sua família veja o seu estado desajeitado na cozinha. A solução é elegante — entra na cozinha sozinho e, no final, apresenta apenas o prato acabado, o que basta para demonstrar a sua habilidade culinária, sem revelar detalhes do processo.

É aqui que reside a genialidade da prova de conhecimento zero. Ela estabelece um mecanismo de confiança entre as partes, minimizando a troca de informações. O provador (prover) pode confirmar ao verificador (verifier) que um fato é verdadeiro, sem que este aprenda qualquer detalhe adicional. Este mecanismo quebra o paradigma tradicional de confiança, que pressupõe que é necessário conhecer todos os detalhes para verificar a veracidade.

No domínio da criptografia, isto é conhecido como as três características fundamentais da prova de conhecimento zero: integridade, confiabilidade e zero conhecimento. A integridade garante que um provador honesto consegue convencer um verificador honesto; a confiabilidade assegura que é quase impossível enganar o sistema; e a propriedade de zero conhecimento garante que nenhuma informação oculta é revelada durante o processo de verificação. Estas três propriedades constituem a base teórica da prova de conhecimento zero.

Privacidade, identidade e eficiência — por que a prova de conhecimento zero é crucial

Atualmente, na internet, a crise de privacidade é evidente. Diversas aplicações recolhem dados dos utilizadores de forma desenfreada, armazenando informações pessoais (PII) em bases de dados centralizadas, que se tornam alvos de hackers. Quando esses dados são comprometidos, surgem problemas como roubo de identidade e fraudes. A prova de conhecimento zero oferece uma solução: os utilizadores podem provar a sua identidade ou permissões sem revelar informações pessoais reais.

Na autenticação de identidade, a prova de conhecimento zero abre novas possibilidades. Pode-se demonstrar a maioridade (por exemplo, ter mais de 18 anos) sem precisar de fornecer o cartão de cidadão ou a data de nascimento. Pode-se provar que é membro de um serviço sem divulgar detalhes da conta. Esta revelação seletiva protege significativamente a privacidade do utilizador, ao mesmo tempo que satisfaz as necessidades de verificação das plataformas.

Para o ecossistema blockchain, a prova de conhecimento zero deu origem às moedas de privacidade. Projetos como Zcash e Monero usam esta tecnologia para esconder completamente os endereços das partes na transação, o tipo de ativos, o valor e o timestamp, mesmo que a transação seja visível na blockchain pública, ninguém consegue rastrear o fluxo de fundos. Tornado Cash levou esta tecnologia ao Ethereum, permitindo transações privadas e mudando radicalmente o panorama da privacidade na blockchain.

Mais importante ainda, a prova de conhecimento zero está a resolver o problema de escalabilidade das blockchains. Em soluções de Layer 2, várias transações são agrupadas e, ao mesmo tempo, gerada uma prova de validade dessas transações. Os verificadores não precisam de reexecutar todos os cálculos, apenas validar a prova, o que reduz significativamente a carga na rede e acelera o processamento.

A computação verificável também surge como uma nova aplicação. Quando o dispositivo do utilizador tem recursos limitados ou o custo de cálculo local é elevado, serviços de terceiros (como oráculos Chainlink) podem fazer os cálculos e gerar uma prova de conhecimento zero que comprove a correção do resultado. Assim, cálculos complexos podem ser externalizados de forma segura, sem risco de manipulação dos resultados.

Dois caminhos na prova de conhecimento zero: interativo vs não interativo

Existem duas categorias principais na implementação de provas de conhecimento zero, que representam diferentes compromissos tecnológicos.

A abordagem interativa é fascinante pela sua lógica clara. O provador e o verificador envolvem-se numa troca de mensagens, onde o verificador desafia continuamente o provador, que responde a cada desafio até que o verificador esteja convencido. Um exemplo clássico é o problema do daltonismo.

Imagine Alice é daltónica, e Bob tem duas bolas iguais, uma azul e uma vermelha. Bob precisa provar que as cores são diferentes. Ele esconde as bolas atrás das costas, troca-as aleatoriamente e pergunta a Alice se trocou. Se Alice consegue ver as cores, responde sempre corretamente. Uma única tentativa tem 50% de precisão, mas se Alice acertar várias vezes seguidas, a probabilidade de engano diminui exponencialmente. Com muitas rodadas, a confiança do verificador aproxima-se de 100%.

Por outro lado, a abordagem não interativa elimina estas limitações. O provador gera uma prova que o verificador pode validar de forma independente, sem necessidade de comunicação contínua. Manuel Blum, Paul Feldman e Silvio Micali foram os primeiros a concretizar esta ideia, introduzindo uma chave partilhada que permite a validação sem revelar informações.

Um exemplo para entender as provas não interativas é o Sudoku. Alice resolve um Sudoku complexo e quer provar que a resolveu corretamente sem revelar a solução. Ela insere o enigma e a solução numa máquina à prova de adulterações. Esta gera 27 sacos: 9 com as linhas, 9 com as colunas e 9 com as caixas 3×3, cada um com os números de 1 a 9, embaralhados. Bob verifica se cada saco contém os números de 1 a 9 sem repetições. Se for verdade, fica convencido de que Alice resolveu o Sudoku, sem conhecer a solução. E Bob não sabe qual foi a solução original.

Comparado com a abordagem interativa, a prova não interativa tem vantagens óbvias: uma única prova pode ser usada para validações ilimitadas, sem comunicação adicional, tornando-a prática para sistemas reais.

SNARK e STARK: as opções tecnológicas na prova de conhecimento zero

Quando a teoria passa à prática, os investigadores desenvolveram várias soluções específicas, sendo as principais o zk-SNARK e o zk-STARK.

zk-SNARK significa “Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge”. As provas geradas são muito pequenas e rápidas de verificar. Baseiam-se em criptografia de curvas elípticas e problemas de logaritmos discretos, que atualmente são considerados seguros. Como as operações com curvas elípticas são mais eficientes do que funções hash, a verificação na Ethereum é relativamente económica. Projetos como Zcash, Loopring, zkSync e Mina usam SNARKs, aplicando-se desde moedas de privacidade até soluções de Layer 2.

Por outro lado, zk-STARK representa uma abordagem diferente. O seu nome é “Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge”. Utiliza funções hash em vez de curvas elípticas, o que lhe confere vantagens únicas: provas mais rápidas, maior escalabilidade e resistência a ataques de computadores quânticos — uma das suas características mais atrativas. Os seus criadores, Eli Ben-Sasson e a equipa da StarkWare, desenvolveram plataformas como StarkEx e StarkNet, e projetos como Immutable X também usam STARKs.

Estas duas soluções apresentam um compromisso claro: SNARKs oferecem provas menores, mais rápidas e mais baratas atualmente, mas com vulnerabilidade potencial perante a computação quântica; STARKs são maiores, mais lentas na verificação, mas mais seguras a longo prazo. Existem também soluções híbridas, como PLONK e Bulletproofs, que equilibram diferentes aspetos consoante o cenário.

Na prática, a maior aplicação de provas de conhecimento zero é na escalabilidade de Layer 2. As soluções de zk-rollup agrupam centenas de transações e geram uma prova de validade, que é colocada na blockchain. Os verificadores apenas validam a prova, sem reexecutar todas as transações, o que reduz custos e aumenta a eficiência — um exemplo de sucesso na transição da teoria para o mercado.

Desafios atuais e o futuro da prova de conhecimento zero

Apesar do potencial promissor, a implementação prática da prova de conhecimento zero enfrenta vários obstáculos.

O primeiro é o custo computacional. Gerar provas exige operações intensas, como multiplicações de matrizes em grande escala (MSM) e transformadas rápidas de Fourier (FFT). Estes cálculos consomem cerca de 70% do tempo de geração da prova, sendo que atualmente é necessário hardware acelerador, como FPGA, que é mais barato e mais eficiente do que GPUs de topo — uma condição essencial para a massificação da tecnologia ZK.

O segundo desafio é o custo de validação. Na Ethereum, validar uma prova zk-SNARK consome aproximadamente 500.000 gas, enquanto zk-STARKs custam mais. Ainda assim, estes valores são inferiores ao custo de reexecutar toda a computação, mas representam uma carga significativa na rede.

O terceiro problema é a confiança. As provas zk-SNARK requerem uma configuração inicial de parâmetros públicos, que deve ser feita de forma honesta. Se alguém inserir dados falsos, os demais podem não perceber. Pesquisas estão a avançar na criação de configurações “não confiáveis”, mas ainda é uma vulnerabilidade. Os zk-STARKs evitam este problema, pois não dependem de configurações de confiança.

O quarto risco a longo prazo é a computação quântica. As provas zk-SNARK usam algoritmos de assinatura digital baseados em curvas elípticas (ECDSA), que podem ser quebrados por computadores quânticos. Os zk-STARKs, baseados em funções hash resistentes a colisões, oferecem maior resistência a ataques quânticos, sendo considerados uma opção mais segura para o futuro.

Apesar destes desafios, o caminho do desenvolvimento da prova de conhecimento zero está bem definido. Pesquisadores continuam a otimizar a geração e validação de provas, surgem novas soluções de hardware acelerador, e a aplicação da tecnologia expande-se de moedas de privacidade e escalabilidade Layer 2 para autenticação de identidade, computação verificável, votação anónima e outros domínios. No contexto Web3, a prova de conhecimento zero ajuda a manter a segurança e descentralização do blockchain, ao mesmo tempo que oferece desempenho próximo ao Web2 e protege a privacidade dos utilizadores. O futuro desta tecnologia é uma área de contínuo interesse e inovação.