Zero-Knowledge-Beweis (ZK-Beweis): Was er ist und wie er funktioniert

Der Zero-Knowledge-Beweis ist eine einzigartige kryptografische Methode. Er ermöglicht es einer Partei, die Gültigkeit einer Aussage zu beweisen, die dann von der anderen Partei bestätigt wird – ganz ohne Austausch privater Daten. Funktioniert dieses System korrekt, ist es ein wertvolles Werkzeug zur Skalierung von Blockchains , zur Verschleierung von Transaktionsdetails und zur Identitätsprüfung, ohne dass diese offengelegt werden müssen.

Doch die bloße Nennung des Begriffs „ZK“ auf einer Produktseite garantiert nicht automatisch all diese Vorteile. Dieser Leitfaden erklärt, wie ZK-Proofs funktionieren, wo sie in der heutigen Kryptowelt tatsächlich eingesetzt werden und welche wichtigen Fragen Sie sich stellen sollten, bevor Sie einem Produkt mit diesem Label vertrauen.

• Der Zero-Knowledge-Beweis ermöglicht es einer Partei, eine Behauptung zu beweisen, ohne die dahinterliegenden vertraulichen Daten offenzulegen.
• In der Welt der Kryptowährungen können ZK-Beweise private Daten, Off-Chain-Konten, Identitätsansprüche undGültigkeit der Transaktion.
• ZK-Systeme sind vorteilhaft für Skalierbarkeit und Datenschutz, da der Verifizierungsprozess wesentlich kleiner sein kann als die Offenlegung aller Quelldaten.
• Ein korrekter Beweis kann von fehlerhaften Eingaben, mangelhafter Software, unzuverlässigen Setup-Annahmen, Brückenrisiken oder ungeschützten Metadaten abhängen.

Die meisten Menschen stoßen zum ersten Mal auf Kryptowährungsprojekte mit Zero-Knowledge-Proofs (ZK-Proofs), wenn diese behaupten, „privat“ oder „vertrauenswürdig“ zu sein. Doch diese Begriffe sind bedeutungslos, ohne zu verstehen, was der Proof tatsächlich verifiziert. Genau diese Wissenslücke ist der Ausgangspunkt für die Verwirrung der meisten Anfänger und der Nährboden für erfolgreiche Marketingkampagnen.

Ein Zero-Knowledge-Beweis ist ein kryptografischer Beweis, der einen Prüfer von der Richtigkeit einer Aussage überzeugt, ohne das zugrundeliegende Geheimnis preiszugeben. Die Partei, die die Behauptung aufstellt, wird als Provider bezeichnet, die Partei, die sie überprüft, als Auditor.

In der Welt der Kryptowährungen bedeutet dies, dass ein Nutzer, eine Anwendung, eine Wallet, ein Rollup oder ein Protokoll etwas über eine Transaktion beweisen, eine Identität beanspruchen, ein Backup bereitstellen oder eine Berechnung durchführen kann, ohne alle Eingaben preiszugeben. Dieser Nachweis kann die Privatsphäre schützen, den Verifizierungsaufwand reduzieren oder beides. Allerdings macht er nicht jedes Produkt, das auf ZK-Nachweisen basiert, anonym oder risikofrei.

Dieses Konzept geht auf eine 1985 von Goldwasser, Micali und Rackoff veröffentlichte Arbeit über interaktive Proof-of-Concept-Systeme zurück. Moderne Kryptowährungen nutzen dieselbe Grundidee in neueren Proof-of-Concept-Systemen, die ohne jegliche bidirektionale Kommunikation zwischen den Validatoren auskommen.

Drei Schlüsseleigenschaften definieren jeden Zero-Knowledge-Beweis (ZK-Beweis):

Perfektion : Das bedeutet, dass eine korrekte Aussage dann Erfolg haben sollte, wenn sich alle an die Regeln halten.

Stimmigkeit bedeutet, dass eine falsche Aussage nur mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit Erfolg haben sollte.

Zero-Knowledge bedeutet, dass der Prüfer lediglich erfährt, dass die Aussage erfolgreich war, nicht aber die zugrunde liegenden Daten.

Das Hauptziel ist der Beweis selbst, nicht bloß die Vertraulichkeit. Ein Zero-Knowledge-Beweissystem benötigt weiterhin eine korrekte öffentliche Aussage, gültige private Eingaben und Software, die die Beweisregeln korrekt anwendet.

Der Zero-Knowledge-Beweis (ZK-Beweis) funktioniert, indem er private Informationen in überprüfbare Beweise umwandelt, die eine öffentliche Behauptung stützen. Der Prüfer untersucht diese Beweise, ohne die privaten Daten direkt einsehen zu müssen.

Die Hauptrollen sind wie folgt:

Der Workflow beginnt üblicherweise mit einem privaten, vertraulichen Eintrag. Der Prüfer identifiziert eine öffentliche Aussage, erstellt einen Nachweis und übermittelt diesen zur Annahme oder Ablehnung. Der Prüfer kann öffentliche Einträge wie Titel, Saldenbereich, Gruppenzugehörigkeit oder Stammverzeichnis einsehen, jedoch nicht den vollständigen vertraulichen Eintrag.

Der Unterschied zwischen den Anwendungsfällen liegt in der Definition, welche Eingaben privat und welche öffentlich bleiben. Die Struktur bleibt gleich, unabhängig davon, ob es darum geht, einen Zahlungsbetrag zu verbergen, die Stimmberechtigung zu bestätigen oder eine Reihe von Off-Chain-Transaktionen zu validieren.

Aus diesem Grund sind Zero-Knowledge-Beweise auch dann nützlich, wenn kein Mensch das Geheimnis kennt. Ein Smart Contract kann einen Beweis verifizieren. Ein Rollup kann einen Gültigkeitsnachweis veröffentlichen. Eine Anwendung kann bestätigen, dass Anmeldeinformationen einer bestimmten Regel entsprechen, ohne die Anmeldeinformationen selbst zu erfassen. Die mathematischen Verfahren übernehmen die Verifizierung, und der Validator liefert niemals die Rohdaten.

Um abstrakte Prinzipien der Kryptographie besser zu verstehen, gibt es nichts Verständlicheres als praktische Beispiele, und die Altersverifizierung ist eines der häufigsten und am weitesten verbreiteten Beispiele für diesen Zweck.

Eine Person kann ihr Alter von über 18 Jahren nachweisen, ohne ihr vollständiges Geburtsdatum, ihre Adresse, Dokumentennummer oder ihren Namen preiszugeben. In diesem Fall genügt die allgemeine Aussage: „Diese Person ist volljährig.“ Der konkrete Nachweis sind die Ausweispapiere oder Identifikationsdaten, die diese Behauptung untermauern. Der Prüfer benötigt lediglich ein Ergebnis („bestanden“ oder „nicht bestanden“), keine wiederverwendbare Kopie des Ausweisdokuments.

Die zugehörige verschlüsselte Version funktioniert auf dieselbe Weise. Die Wallet kann nachweisen, dass ihr Nutzer einer genehmigten Gruppe angehört, gültige Anmeldeinformationen besitzt oder eine bestimmte Bedingung erfüllt, bevor er an einer Abstimmung oder einem Antrag teilnimmt. Die Anwendung kann diesen Nachweis verifizieren, ohne das Originaldokument oder den vollständigen Kontoverlauf zu erhalten.

Die Passwortprüfung demonstriert dieselbe Logik in einem einfacheren Kontext:

• Der Installateur kennt das Passwort.
• Der Ermittler verlangt einen Beweis dafür, dass der Zertifizierer davon Kenntnis hat.
• Die Verifizierung muss ohne Übermittlung des Passworts erfolgen.
• Ein wiederverwendeter oder kopierter Nachweis sollte das System später nicht entsperren.

Diese Analogien greifen zu kurz, wenn sie automatische Privatsphäre suggerieren. Ein echtes Zero-Knowledge-Proof-System (ZK) erfordert strenge Verschlüsselung, klar definierte Eingaben, Schutzmechanismen gegen Replay-Angriffe und eine Möglichkeit, die Wiederverwendung von Beweisen im falschen Kontext zu verhindern. Das Beispiel der Altersverifizierung funktioniert, weil es all diese Elemente umfasst. Viele Kryptoprodukte , die das ZK-Label verwenden, geben jedoch nicht an, welche dieser Kontrollmechanismen tatsächlich implementiert sind.

Das Verständnis von Zero-Knowledge-Beweisen (ZK-Beweisen) ist für viele Anfänger in der Welt der Blockchain und Kryptowährungen ein Punkt der Verwirrung.

Die meisten Blockchains sind von Natur aus vollständig transparent. Beim Senden von Bitcoin oder Ethereum kann jeder die Transaktion von Wallet zu Wallet für immer nachverfolgen. Die Blockchain ist als öffentliches Register konzipiert.

Was ändert sich also tatsächlich, wenn in einem Projekt der Begriff „ZK“ erwähnt wird?

Das hängt ganz vom Zweck ab, für den die ZK-Beweise angewendet werden.

Datenschutzbezogene Nutzung bedeutet, dass ZK-Proofs bestimmte Transaktionsdetails wie Absender, Empfänger oder Betrag verbergen. Die Transaktion selbst bleibt in der Blockchain erhalten, die Details sind jedoch geschützt. Zcash ist ein älteres Beispiel hierfür und verwendet zk-SNARKs für sichere Überweisungen, wodurch Absender, Empfänger und Betrag vor der Öffentlichkeit verborgen bleiben.

Der Skalierungsaspekt bedeutet, dass ZK Proof dazu dient, Transaktionen im Kryptowährungshandel zu komprimieren und deren korrekte Ausführung sicherzustellen, ohne dass jeder Schritt auf der Hauptkette erneut ausgeführt werden muss. Die Transaktionsdaten bleiben dabei vollständig öffentlich; nichts wird verborgen. Der Zweck des Proofs liegt hier in der Effizienz und Validität, nicht im Datenschutz.

Viele ZK-Rollups, zkEVMs und Layer-2-Netzwerke fallen in diese zweite Kategorie. Diese Technologien nutzen ZK, um die Geschwindigkeit zu erhöhen und Kosten zu senken, nicht um Ihre Daten zu verbergen.

Wenn Sie bei einem Produkt den Begriff „ZK“ sehen, sollten Sie sich als Erstes fragen: Um welche Art von ZK-Beweis handelt es sich? Kann das Team diese Frage nicht klar und verständlich beantworten, ist das bereits die Antwort für Sie.

Um Zero-Knowledge-Proof-Verfahren (ZK-Proofs) zu verstehen, ist es unerlässlich, sich mit den beiden Hauptfamilien von Beweissystemen in Kryptowährungen vertraut zu machen: ZK-SNARKs und ZK-STARKs. Obwohl beide dasselbe grundlegende Problem lösen, unterscheiden sie sich in ihren Methoden. Dieser Unterschied ist entscheidend für die Bewertung der Sicherheit von Projekten, die auf diesen Verfahren basieren.

SNARK steht für „prägnantes, nicht-interaktives Wissensargument“, während STARK für „skalierbares, transparentes Wissensargument“ steht. Beide Familien unterstützen Zero-Knowledge-Eigenschaften und ermöglichen eine deutlich kostengünstigere Datenvalidierung als eine vollständige Neuberechnung.

Der wichtigste Punkt für Einsteiger ist die „vertrauenswürdige Einrichtung“. Einige SNARK-Systeme benötigen Einrichtungsmaterialien, die erstellt und anschließend endgültig gelöscht werden müssen. Geraten diese Materialien in falsche Hände, bricht das Sicherheitsmodell zusammen, da Angreifer Beweise erstellen können, die die Verifizierung fälschlicherweise bestehen. STARK-Systeme umgehen diese Anforderung vollständig und werden daher als „transparent“ bezeichnet. Der Nachteil besteht darin, dass STARK-Beweise oft größer sind, was die Kosten der On-Chain-Verifizierung erhöhen kann.

Starknet ist ein Paradebeispiel für ein Netzwerk, das auf dem STARK-Proof-of-Work-Modell basiert. Das bedeutet nicht, dass jedes STARK-System standardmäßig privat ist, sondern veranschaulicht, wie das Proof-of-Work-Design reale Infrastrukturentscheidungen beeinflusst.

Zero-Knowledge-Beweise (ZK-Beweise) werden in einer Vielzahl von Kryptowährungsanwendungen eingesetzt, weit über das hinaus, was sich die meisten Anfänger vorstellen. Jeder Anwendungsfall verbirgt unterschiedliche Daten, beweist eine andere Aussage und birgt unterschiedliche Risiken.

Zu den bekanntesten visuellen Anwendungen in der Welt der Kryptowährungen gehören folgende:

• Geschützte Zahlungen: Es blendet Details ausgewählter Transaktionen wie Absender, Empfänger oder Betrag aus.
• ZK-Rollups: Es gewährleistet die korrekte Ausführung von Transaktionssätzen, ohne dass jede Berechnung auf der zugrunde liegenden Blockchain erneut ausgeführt werden muss.
• Identitätssysteme: Die Berechtigung, die Einzigartigkeit oder die Qualifikationen werden nachgewiesen, ohne das zugrundeliegende Dokument weiterzugeben.
• Nachweis der Reserven: Es werden nur eingeschränkte Ansprüche auf eingegangene Verpflichtungen oder Verbindlichkeiten geltend gemacht.
• Tools ähnlich wie zkTLS: Fakten aus Websitzungen ermitteln, ohne die Sitzung selbst offenzulegen.
• Wahlsysteme: Die Wahlberechtigung wird unter Minimierung des Risikos einer Verknüpfung von Stimmen mit Einzelpersonen sichergestellt.
• Externes Computing: Es beweist, dass das Ergebnis einem angeblichen Programm folgte.

Datenschutzbezogene Anwendungsfälle sind für die meisten Kryptowährungsnutzer am häufigsten. Die datenschutzorientierte Kategorie der Kryptowährungen umfasst Assets, bei denen die Vertraulichkeit von Transaktionen oder Metadatenbeschränkungen zentrale Bestandteile des Angebots sind. Zero-Knowledge-Beweise können dieses Ziel unterstützen, doch das Verhalten der Wallet, transparente Adressen, Metadaten und das Anwendungsdesign beeinflussen den tatsächlichen Datenschutz, den ein Nutzer erlebt.

Zcash ist das bekannteste Beispiel. Es verwendet zk-SNARKs für sichere Transaktionsfunktionen, wodurch Benutzer den Besitz von Informationen nachweisen können, ohne diese offenzulegen.

Identität ist ein separater Anwendungsfall. Kryptowährungen im Bereich Identität eignen sich für Systeme, die Mitgliedschaft, Eindeutigkeit, Anmeldeinformationen oder Berechtigungen überprüfen. World ID verwendet Zero-Knowledge-Beweise, sodass ein Nutzer die Gültigkeit von Anmeldeinformationen bestätigen kann, ohne die zugrundeliegenden Identitätsdaten des Antragstellers preiszugeben. Die selektive Offenlegung durch verifizierbare Anmeldeinformationen verfolgt einen ähnlichen Ansatz und ermöglicht es dem Inhaber, nur bestimmte Felder der Anmeldeinformationen anstatt des gesamten Dokuments offenzulegen.

Für die meisten Anwendungsfälle außerhalb des Token-Bereichs fallen Zero-Knowledge-Beweise in den breiteren Rahmen der datenschutzverbessernden Kryptographie. Zwar schränken Beweise die Offenlegung von Informationen ein, sie beseitigen jedoch nicht das Bedürfnis nach Vertrauen in Emittenten, Software, Wallets und Hardware.

Dieser Abschnitt ist für Anfänger extrem wichtig, obwohl die meisten Kryptowährungsprojekte es vermeiden, ihn klar zu erklären.

Der Nullbeweis kann keine Tatsachen beweisen. Seine Rolle beschränkt sich darauf, zu überprüfen, ob eine gegebene mathematische Aussage über die gegebenen Eingaben wahr ist.

Ein Zero-Knowledge-Beweis kann zeigen, dass eine verborgene Eingabe eine bestimmte Regel erfüllt. Er kann jedoch nicht beweisen, dass diese verborgene Eingabe von einer vertrauenswürdigen Person, einem präzisen Sensor, einer seriösen Börse oder einem zuverlässigen Aussteller stammt, es sei denn, das umgebende System tut dies ebenfalls.

Diese Einschränkungen zeigen sich deutlich in vielen Angaben zu Kryptowährungen. Beispielsweise kann ein Nachweis über die vorhandenen Reserven zwar belegen, dass die hinterlegten Guthaben einem bestimmten Standard entsprechen, aber er beweist nicht das volle Ausmaß der Verbindlichkeiten, die tatsächliche Eigentümerschaft der Vermögenswerte oder ob die Gelder vorübergehend zur Erfüllung der Sorgfaltspflichten aufgenommen wurden. Ebenso kann ein Kreditnachweis zwar zeigen, dass ein unterzeichneter Kreditvertrag eine Regel erfüllt, aber er kann nicht beweisen, dass der Emittent die Sorgfaltspflichten ordnungsgemäß erfüllt hat.

Die größten Mängel liegen außerhalb des Beweises selbst:

• Vertrauen in die Eingabe: Die für den Beweis verwendeten Daten könnten fehlerhaft oder manipuliert sein.
• Vertrauen in die ausstellende Institution: Der Unterzeichner der Befürwortung könnte schwach, kompromittiert oder unehrlich sein.
• Vertrauen in Orakel: Daten außerhalb der Beweiskette könnten veraltet sein oder vor der Eingabe in den Beweis manipuliert worden sein.
• Vertrauen in das Gerät: Schadsoftware kann beeinflussen, was ein Benutzer unterschreibt oder sieht, bevor ein Beweis erstellt wird.
• Metadatenleck: Adressen, Zeitangaben, IP-Daten und das Anwendungsverhalten können bestimmte Muster offenbaren, selbst wenn der Beweis selbst die zugrunde liegenden Daten verbirgt.

Aus diesem Grund muss jede auf Zero-Knowledge-Beweisen basierende Behauptung stets die präzise Aussage spezifizieren, die bewiesen werden soll. Begriffe wie „privat“, „verifiziert“ und „konform“ sind unvollständige Bezeichnungen, solange die Anwendung nicht klarstellt, welche Daten verborgen sind, welche Daten öffentlich bleiben und wer die Gültigkeit der tatsächlichen Eingaben garantiert.

Auch wenn das Beweissystem selbst mathematisch einwandfrei sein mag, kann das dazugehörige Produkt versagen. Das Verständnis der mathematischen Aspekte allein reicht nicht aus, und für die meisten Anwender sind die nachfolgend beschriebenen praktischen Risiken bedeutsamer als die Verschlüsselung selbst.

Vertrauenswürdige Einrichtung ist das am meisten missverstandene Risiko. Sie ist nicht immer ein unüberwindbares Hindernis, aber eine reale Annahme. Anwender sollten wissen, ob ein Projekt auf einem Einrichtungsprotokoll, einer schaltungsspezifischen Einrichtung oder einem transparenten Nachweisdesign basiert.

Die Kosten eines Beweises können ein System unbemerkt zentralisieren. Können nur wenige Betreiber Beweise schnell genug generieren, kann das Netzwerk Ergebnisse kostengünstig verifizieren, obwohl es weiterhin auf spezialisierte Infrastruktur angewiesen ist. Dies sollte jedes ZK-Rollup- oder Rechennetzwerk, das Dezentralisierung beansprucht, berücksichtigen.

Datenschutzangaben sollten sorgfältig gelesen werden. Ein Tool kann beispielsweise Transaktionsbeträge verbergen, während Adressen öffentlich bleiben, eine App anonymisieren, aber dennoch die Berechtigung des Validators offenlegen, oder einen Guthabenbereich festlegen, während Wallet-Aktivitäten und -Zeitpunkte vollständig sichtbar bleiben. Beim Handel mit Kryptowährungen könnte man beispielsweise davon ausgehen, dass die eigene Privatsphäre vollständig gewährleistet ist.

Auch im Marketing von Zero Kenya (ZK) werden Quanten-Behauptungen angeführt. Einige Systeme beschreiben post-quantenmechanische Eigenschaften, doch das bedeutet nicht, dass jedes ZK-Asset, jede Wallet, Bridge oder netzwerkverbundene Anwendung vor zukünftigen kryptografischen Angriffen geschützt ist. Es ist wichtig zu verstehen, dass der Schutz von Kryptowährungen einen umfassenden Ansatz erfordert.

Der erste Schritt besteht darin, genau zu definieren, was das Tool ist: Handelt es sich um eine Privacy Wallet, eine Rollup-Lösung, einen Token, ein Identitätssystem, eine Proof-of-Reserves-Seite oder eine Entwicklerinfrastruktur? Die einfache Bezeichnung „ZK“ beantwortet diese Frage nicht.

Nutzen Sie diese Checkliste, bevor Sie eine Wallet verknüpfen, Gelder über eine Bridge transferieren oder einen Token kaufen:

• Geben Sie die genaue Aussage an, die der Beweis überprüft.
• Prüfen Sie, welche Daten nach Aktivierung der Prüffunktion weiterhin öffentlich bleiben.
• Überprüfen Sie die Netzwerk-, Bridge- und Smart-Contract-Adresse unabhängig voneinander.
• Prüfen Sie, ob das Beweissystem eine zuverlässige Einrichtung erfordert.
• Prüfen Sie, ob ein zentraler Sequenzer, Aussteller oder Betreiber beteiligt ist.
• Zahlen kleine Testbehandlung Vor der Überweisung wertvoller Gelder.
• Halten Sie Wiederherstellungsphrasen und Signaturgeräte von Anwendungsansprüchen getrennt.

Eine gezielte Wallet-Verwaltung ist hier entscheidend, da die meisten ZK-Tools eine Wallet-Oberfläche oder ein Konto benötigen, um zu funktionieren. Wenn Sie noch keine Erfahrung mit Self-Custody haben und demnächst mit einer unbekannten ZK-Anwendung arbeiten, bietet Ihnen unser Artikel über die besten Kryptowährungs-Wallets für Einsteiger einen Überblick über die wichtigsten Kategorien und worauf Sie vor der Verbindung achten sollten.

Die Unterstützung durch Börsen ist ein separater Prüfpunkt. Eine zentralisierte Plattform listet möglicherweise einen ZK-gebundenen Token, ohne jedoch jede Rollup-Lösung, geschützte Adresse oder Auszahlungsmethode zu unterstützen. Wenn Sie neu im Kryptowährungshandel sind und nach ZK-Assets suchen, bieten einsteigerfreundliche Krypto-Börsen Einblicke in die Vergleichsmöglichkeiten hinsichtlich Gebühren, Sicherheit und unterstützter Assets. Für Nutzer, die mit ZK-Rollup-basierten DeFi-Anwendungen interagieren, sind dezentrale Börsen (DEX) relevanter.

Hier ist ein einfacher Arbeitsablauf: Lesen Sie den Nachweis der Anwendung, überprüfen Sie die Zeichenkette und die Adresse des Smart Contracts, testen Sie mit kleinen Beträgen, melden Sie sich niemals bei etwas an, das Sie nicht kennen, und gehen Sie davon aus, dass der Datenschutz nur teilweise gegeben ist, bis das Tool Ihnen genau sagt, was es verbirgt.