Preuves à divulgation nulle : quel changement peuvent-elles apporter ?
TechFlow SélectionTechFlow Sélection
Preuves à divulgation nulle : quel changement peuvent-elles apporter ?
Bien que la technologie des preuves à divulgation nulle ait été proposée pour la première fois dans les années 1980, elle ne devient pratique que récemment grâce aux progrès réalisés en calcul, en cryptographie et dans la technologie blockchain.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : 0xKira
Traduction : Block unicorn
Dans l’écosystème en constante évolution de la cryptographie et de la blockchain, peu d’innovations ont suscité autant d’intérêt que les preuves à connaissance nulle (ZK). Autrefois un concept académique obscur dans des articles théoriques d’informatique, cette technologie a rapidement quitté les pages de papier pour s’imposer sur le réseau principal, devenant ainsi un pilier des infrastructures cryptographiques de nouvelle génération.
Le cœur des preuves ZK remet en cause une hypothèse ancienne des systèmes numériques : la vérification nécessite la divulgation d’informations. Que ce soit pour se connecter à une application, valider une identité ou confirmer une transaction, nous avons toujours dû divulguer certaines informations afin d’obtenir la confiance. La technologie des preuves à connaissance nulle brise cet équilibre en permettant de prouver des faits concernant une identité, des données ou un calcul, sans révéler les informations sous-jacentes.
Au-delà de la protection de la vie privée, les preuves ZK offrent extensibilité, interopérabilité et vérification non fiable à l’échelle mondiale. Des rollups ZK qui augmentent le débit des blockchains aux systèmes d’identité privés et conformes, les preuves ZK redéfinissent ce qui est possible dans l’univers de la cryptomonnaie.
Synthèse
-
Les preuves à connaissance nulle (ZK) permettent de vérifier des informations telles que l’identité, le solde ou la validité d’une transaction, sans divulguer les données sous-jacentes.
-
Bien que proposées dès les années 1980, les preuves ZK ne sont devenues pratiques que récemment grâce aux progrès en calcul, cryptographie et technologies blockchain.
-
Les preuves ZK soutiennent des transactions privées, des identités décentralisées, les votes dans les DAO et l’interopérabilité entre chaînes, tout en permettant aux rollups ZK d’empaqueter des milliers de transactions en une seule preuve, étendant ainsi la capacité d’Ethereum.
-
Malgré leur intensité calculatoire, les algorithmes de rollup ZK offrent une finalité instantanée, des frais réduits et une sécurité accrue, les plaçant en avance par rapport aux solutions de type optimiste.
Qu’est-ce qu’une preuve à connaissance nulle ?
Une preuve à connaissance nulle (ZK) est une méthode cryptographique permettant à une partie (le prouveur) de convaincre une autre partie (le vérificateur) qu’un énoncé est vrai, sans révéler pourquoi il est vrai ni aucune information supplémentaire.
Par exemple, Alice souhaite prouver à Bob qu’elle connaît le mot de passe d’une porte cachée dans une grotte, sans lui révéler directement ce mot de passe. Elle entre dans la grotte, ouvre la porte et ressort par l’autre côté. Bob ne voit pas comment elle a fait, mais il sait qu’elle connaît forcément le mot de passe.
Métaphore classique des preuves à connaissance nulle — Chainlink
Traditionnellement, la vérification exigeait la divulgation d’informations : données d’identité, mots de passe ou autres données. Les preuves ZK inversent cette logique, permettant de prouver une identité, une authenticité ou une propriété sans exposer les données elles-mêmes.
Dans les systèmes numériques, cela signifie que vous pouvez :
-
Prouver que vous avez plus de 18 ans sans révéler votre date de naissance.
-
Prouver que vous disposez de fonds suffisants sans divulguer le solde de votre portefeuille.
-
Prouver la validité d’une transaction sans en révéler le contenu.
Cette capacité à « prouver sans divulguer » constitue la base de systèmes assurant à la fois confidentialité, sécurité et transparence, et les preuves ZK incarnent parfaitement cet équilibre.
Comment fonctionnent-elles ?
Les preuves à connaissance nulle reposent sur des structures mathématiques complexes et des primitives cryptographiques, mais conceptuellement, elles se résument à trois propriétés fondamentales :
-
Complétude (Completeness) : si l’énoncé est vrai, un prouveur honnête peut convaincre le vérificateur de sa véracité.
-
Solidité (Soundness) : si l’énoncé est faux, aucun prouveur malhonnête ne peut convaincre le vérificateur du contraire.
-
Connaissance nulle (Zero-Knowledge) : le vérificateur n’apprend rien d’autre que le fait que l’énoncé est vrai.
En pratique, plusieurs types de preuves ZK existent, mais deux modèles dominent actuellement les discussions : les preuves interactives et non interactives.
Dans les premières conceptions, les preuves ZK étaient interactives. Le prouveur et le vérificateur engageaient un dialogue bidirectionnel, le vérificateur lançant des défis aléatoires auxquels le prouveur répondait avec des preuves, construisant progressivement la confiance sur la véracité d’un énoncé. Bien que théoriquement efficace, ce modèle manque d’efficacité dans les environnements blockchain où les interactions en temps réel sont difficiles.
Pour améliorer leur praticité, les cryptographes ont développé les preuves non interactives à connaissance nulle (NIZK), qui ne nécessitent qu’un seul message du prouveur au vérificateur. Les zk-SNARKs sont les plus connus : ils génèrent des preuves extrêmement compactes, vérifiables en quelques millisecondes. Une autre variante, les zk-STARKs, n’exige pas de configuration fiable et offre une sécurité post-quantique.
Fonctionnement des zk-SNARKs — Midnight Network
Fondamentalement, ces systèmes permettent au prouveur de générer une « empreinte mathématique » d’un calcul valide. Le vérificateur peut ensuite examiner cette empreinte sans avoir à refaire tout le calcul. C’est précisément cette caractéristique qui rend les preuves ZK si puissantes pour l’extension des blockchains : en vérifiant une seule preuve cryptographique, on peut valider rapidement et à moindre coût des milliers de transactions.
Quand ont été inventées les preuves à connaissance nulle ?
Les origines des preuves à connaissance nulle remontent au milieu des années 1980, lorsque les chercheurs Shafi Goldwasser, Silvio Micali et Charles Rackoff ont introduit le concept dans leur article fondateur « The Knowledge Complexity of Interactive Proof Systems » (1985).
Leur modèle théorique précoce a jeté les bases d’innovations cryptographiques durant des décennies, mais ce n’est qu’à partir des années 2010, grâce à l’amélioration de l’efficacité du calcul et à l’émergence des blockchains, que les preuves ZK sont devenues pratiques.
Des projets comme Zcash, lancé en 2016, ont été parmi les premiers à déployer massivement les preuves ZK, utilisant les zk-SNARKs pour permettre des transactions privées sur un grand livre public. Depuis, la technologie a considérablement progressé : preuves plus efficaces, générées plus rapidement, et de nouveaux cadres (comme zk-STARKs, Halo et PLONK) qui facilitent leur utilisation par les développeurs et leur adaptation aux systèmes réels.
Quelles sont les applications des preuves ZK dans la cryptomonnaie ?
L’application la plus intuitive et la plus connue concerne les transactions privées. Les preuves ZK permettent aux utilisateurs d’effectuer des transactions sur une blockchain publique sans exposer d’informations sensibles telles que le montant ou les contreparties. Zcash a été pionnier de cette technologie, introduisant les « transactions masquées » (shielded transactions), préservant la confidentialité des utilisateurs tout en maintenant l’intégrité vérifiable sur la chaîne. Sur cette base, des projets comme Tornado Cash, Aztec et Railgun ont étendu les preuves ZK à Ethereum, permettant des interactions confidentielles avec des contrats intelligents et des transactions DeFi privées.
Fonctionnement de Tornado Cash — Elliptic
Au-delà de la confidentialité, les preuves ZK révolutionnent les domaines de l’identité numérique et de la conformité réglementaire. Elles permettent une divulgation sélective, autorisant les utilisateurs à prouver certains faits spécifiques sans révéler leurs données personnelles. Par exemple, un utilisateur peut prouver qu’il a passé une vérification KYC sans révéler son nom, ou confirmer qu’il n’est pas sur une liste de sanctions sans fournir d’informations d’identité. Ce principe est au cœur des nouveaux systèmes d’identité basés sur les preuves ZK comme la preuve de personnalité de Worldcoin, Polygon ID ou encore zkPass.
Polygon ID : un système d’identité basé sur les preuves ZK — Polygon
Les preuves ZK ont également un potentiel fort dans les domaines du vote et de la gouvernance. Dans les organisations autonomes décentralisées (DAO), elles permettent des processus de vote anonymes mais vérifiables, garantissant la transparence des résultats tout en protégeant la confidentialité des votants individuels. Cela réduit les risques de coercition ou de représailles, encourage une participation plus honnête aux décisions collectives et renforce les principes démocratiques de la gouvernance décentralisée.
Un autre avantage des preuves ZK réside dans la validation inter-chaînes. Dans un environnement multi-chaînes, établir la confiance entre différentes blockchains reposait traditionnellement sur des intermédiaires ou des mécanismes de pont complexes. Les preuves ZK offrent une solution plus élégante : une preuve générée sur une chaîne peut démontrer la validité de son état, et une autre chaîne peut la vérifier indépendamment. Cela permet une interopérabilité non fiable, permettant aux blockchains de communiquer en toute sécurité sans dépendre de validateurs centralisés.
La technologie ZK améliore également l’évolutivité d’Ethereum via les rollups ZK. En regroupant des milliers de transactions en une seule preuve cryptographique, ces rollups réduisent considérablement la charge de données sur la chaîne tout en préservant la sécurité. Le résultat est un traitement des transactions plus rapide, moins coûteux et plus efficace, posant les bases pour qu’Ethereum puisse accueillir des applications à grande échelle sans compromettre ses caractéristiques de décentralisation.
Explication approfondie des ZK Rollups
Parmi toutes les applications des preuves ZK, les rollups ZK sont probablement les plus transformatrices. Ils résolvent l’un des plus grands défis de la cryptomonnaie : l’évolutivité des blockchains.
Dès l’origine de la technologie blockchain, toutes les blockchains ont été confrontées au dilemme de la trilemmatique : elles ne peuvent atteindre simultanément que deux des trois attributs fondamentaux — sécurité, évolutivité et décentralisation. Des blockchains comme Ethereum sont sécurisées et décentralisées, mais restent lentes et coûteuses. Chaque transaction doit être validée par tous les nœuds, créant un goulot d’étranglement qui limite le débit, augmente les frais de gaz et nuit gravement à l’utilisabilité.
Les rollups sont une solution de couche 2 (Layer-2) qui exécute les transactions hors chaîne, puis publie un résumé sur la chaîne principale (ou Layer-1, généralement Ethereum). Il existe deux types principaux : les rollups optimistes (Optimistic rollup) et les rollups ZK (ZK rollup).
Dans un rollup ZK, des centaines, voire des milliers de transactions hors chaîne sont regroupées. Un prouveur génère une preuve à connaissance nulle (appelée aussi preuve de validité) attestant que toutes les transactions incluses respectent les règles de la blockchain. Cette unique preuve est ensuite soumise à la chaîne principale, qui peut la vérifier rapidement et de façon certaine.
Fonctionnement d’un ZK Rollup — Messari
Cette conception réduit massivement la charge de données et de calcul sur le Layer-1, tout en conservant les mêmes garanties de sécurité que si chaque transaction était traitée individuellement, éliminant ainsi les goulots d’étranglement liés à la vitesse et à l’échelle du Layer-1.
Quelques projets représentatifs de ZK rollup incluent :
-
zkSync Era : développé par Matter Labs, utilise des zk-SNARKs pour une finalité rapide.
-
StarkNet : construit sur zk-STARKs, met l’accent sur l’évolutivité et la transparence.
-
Polygon zkEVM : une implémentation à connaissance nulle de la machine virtuelle Ethereum (EVM), assurant une compatibilité totale avec les contrats intelligents existants sur Ethereum.
-
Lighter : une plateforme DEX perpétuelle basée sur un rollup ZK personnalisé, utilisant des zk-SNARKs, plus précisément Plonky2.
Avantages des ZK Rollups
En compressant des milliers de transactions en une seule preuve cryptographique, les rollups ZK augmentent considérablement le débit, permettant à des blockchains comme Ethereum de gérer davantage d’activités sans sacrifier la décentralisation ou la sécurité.
La sécurité constitue un autre avantage clé. Contrairement aux rollups optimistes, qui s’appuient sur des incitations économiques et une période de contestation d’environ une semaine pour détecter la fraude, les rollups ZK utilisent des preuves mathématiques de validité pour garantir a priori la correction. Une fois la preuve vérifiée sur la chaîne, les transactions sous-jacentes sont définitives et immuables, éliminant tout retard et toute incertitude.
Cela signifie également des confirmations plus rapides. Les transactions dans un rollup ZK sont réglées immédiatement après la vérification de la preuve correspondante, offrant aux utilisateurs une finalité quasi instantanée, comparée aux délais courants dans les systèmes optimistes.
L’efficacité économique est un autre avantage majeur. Puisque les rollups ZK ne soumettent qu’une quantité minime de données au réseau Layer-1, les frais de gaz sont fortement réduits, rendant l’exécution d’applications et d’utilisations sur Ethereum bien moins coûteuse.
Encore plus prometteur, les rollups ZK ouvrent la voie à une meilleure confidentialité. Étant fondés nativement sur la cryptographie à connaissance nulle, ils pourraient intégrer la confidentialité directement dans le rollup lui-même, permettant ainsi des transactions massivement privées mais néanmoins vérifiables.
La principale limitation actuelle réside dans les besoins de calcul. Générer des preuves à connaissance nulle reste gourmand en ressources, nécessitant du matériel puissant et des techniques cryptographiques avancées. Toutefois, les progrès continus, notamment en accélération matérielle, en conception de circuits et en preuves récursives, réduisent progressivement ces coûts, rendant chaque nouvelle génération de rollups ZK plus efficace.
Comparaison avec les Optimistic Rollups
Les rollups optimistes, comme Arbitrum et Optimism, suivent une philosophie différente. Ils supposent par défaut que toutes les transactions hors chaîne sont valides. Seulement si quelqu’un remet en question cette hypothèse, le système exige une « preuve de fraude » pour vérifier le litige, un processus qui prend généralement environ une semaine. Ce modèle fonctionne bien en pratique, mais entraîne un délai dans la finalisation des transactions et dépend de mécanismes d’incitation pour encourager les participants à détecter et signaler les activités invalides.
À l’inverse, les rollups ZK accompagnent chaque lot de transactions d’une preuve de validité à connaissance nulle, confirmant mathématiquement leur exactitude avant écriture sur la chaîne principale, offrant ainsi une finalité instantanée et une sécurité renforcée, au prix d’une complexité technique et d’un coût calculatoire plus élevés.
Fondamentalement, ces deux modèles représentent des compromis différents. Les Optimistic Rollups sont plus simples à mettre en œuvre et, grâce à leur simplicité et à leur compatibilité complète avec la machine virtuelle Ethereum (EVM), dominent actuellement le paysage Layer-2 d’Ethereum. Les rollups ZK sont plus complexes et gourmands en calcul, mais offrent un règlement plus rapide, des coûts inférieurs et un potentiel de confidentialité intégrée.
Conclusion
Les preuves à connaissance nulle marquent un changement de paradigme dans notre manière de concevoir la confiance, la confidentialité et la vérification dans les systèmes numériques. Issue d’une théorie cryptographique abstraite des années 1980, cette technologie est aujourd’hui l’une des plus prometteuses pour le développement des infrastructures décentralisées de nouvelle génération.
Dans le domaine de la cryptomonnaie, les preuves ZK soutiennent les transactions privées, les identités décentralisées, l’interopérabilité inter-chaînes, et surtout les architectures de rollups évolutifs, capables de multiplier le débit tout en maintenant la sécurité d’Ethereum. Leurs applications vont au-delà des blockchains, s’étendant à la finance, à l’intelligence artificielle et à la vérification de données.
Bien que les applications des preuves ZK en soient encore à un stade relativement précoce, leur trajectoire est claire. Elles passent progressivement d’une curiosité cryptographique à un composant incontournable de l’infrastructure. Si les blockchains doivent s’étendre à des milliards d’utilisateurs tout en préservant la confidentialité et la décentralisation, les preuves à connaissance nulle seront très probablement la clé pour ouvrir cette future ère.
Bienvenue dans la communauté officielle TechFlow
Groupe Telegram :https://t.me/TechFlowDaily
Compte Twitter officiel :https://x.com/TechFlowPost
Compte Twitter anglais :https://x.com/BlockFlow_News
@ArkhamIntel
