Assumptions, Efficiency and Trust in Non-Interactive Zero-Knowledge Proofs

Abstract

Vi lever i en digital verden. En betydelig del av livene våre skjer på nettet, og vi bruker internett for stadig flere formål og er avhengig av stadig mer avansert teknologi. Det er derfor viktig å beskytte seg mot ondsinnede aktører som kan forsøke å utnytte denne avhengigheten for egen vinning. Kryptografi er en sentral del av svaret på hvordan man kan beskytte internettbrukere. Historisk sett har kryptografi hovedsakelig vært opptatt av konfidensiell kommunikasjon, altså at ingen kan lese private meldinger sendt mellom to personer. I de siste tiårene har kryptografi blitt mer opptatt av å lage protokoller som garanterer personvern selv om man kan gjennomføre komplekse handlinger. Et viktig kryptografisk verktøy for å sikre at disse protokollene faktisk følges er kunnskapsløse bevis. Et kunnskapsløst bevis er en prosess hvor to parter, en bevisfører og en attestant, utveksler meldinger for å overbevise attestanten om at bevisføreren fulgte protokollen riktig (hvis dette faktisk er tilfelle) uten å avsløre privat informasjon til attestanten. For de fleste anvendelser er det ønskelig å lage et ikke-interaktivt kunnskapsløst bevis (IIK-bevis), der bevisføreren kun sender én melding til attestanten. IIK-bevis har en rekke ulike bruksområder, som gjør de til attraktive studieobjekter. Et IIK-bevis har en rekke ulike egenskaper og forbedring av noen av disse fremmer vår kollektive kryptografiske kunnskap. I den første artikkelen i denne avhandlingen konstruerer vi et nytt ikke-interaktivt kunnskapsløst bevis for språk basert på algebraiske mengder. Denne artikkelen er basert på arbeid av Couteau og Hartmann (Crypto 2020), som viste hvordan man omformer et bestemt interaktivt kunnskapsløst bevis til et IIK-bevis. Vi følger deres tilnærming, men vi bruker et annet interaktivt kunnskapsløst bevis. Dette fører til en forbedring sammenlignet med arbeidet deres på flere områder, spesielt når det gjelder både formodninger og effektivitet. I den andre artikkelen i denne avhandlingen studerer vi egenskapene til ikke-interaktive kunnskapsløse bevis som er motstandsdyktige mot undergraving. Det er umulig å lage et IIK-bevis uten å stole på en felles referansestreng (FRS) generert av en pålitelig tredjepart. Men det finnes eksempler på IIK-bevis der ingen lærer noe privat informasjon fra beviset selv om den felles referansestrengen ble skapt på en uredelig måte. I denne artikkelen lager vi en ny kryptografisk primitiv (verifiserbart-uttrekkbare enveisfunksjoner) og viser hvordan denne primitiven er relatert til IIK-bevis med den ovennevnte egenskapen