Preuve à divulgation zéro : une lecture complète de la protection de la vie privée à la scalabilité de la blockchain

Pourquoi avez-vous besoin de comprendre la preuve à divulgation nulle de connaissance ?

À l’ère du Web3, un paradoxe central a toujours tourmenté tout le monde : comment établir la confiance tout en protégeant la vie privée ?

Dans l’Internet traditionnel, chaque fois que vous vous connectez à un site web, le système doit vérifier votre identité — mais cela signifie que vous devez soumettre des informations réelles. Les banques veulent votre numéro de pièce d’identité, les exchanges veulent vos informations KYC, les plateformes sociales veulent vos données de localisation. Ces données sont stockées de manière centralisée sur les serveurs d’une entreprise, et en cas de fuite de données, la vie privée des individus est totalement compromise.

La blockchain promet la décentralisation et la transparence, mais les transactions sur la chaîne publique sont entièrement publiques — chaque transfert est enregistré, traçable, relié. Ce type de “ouverture” constitue en réalité une crise de la vie privée.

La technologie de la preuve à divulgation nulle de connaissance a été créée pour résoudre ce paradoxe. Elle vous permet, sans révéler aucune information spécifique, de prouver à l’autre partie “je possède quelque chose” ou “je connais une réponse”. Ce n’est pas une idée de science-fiction — dès 1985, les cryptographes du MIT Shafi Goldwasser et Silvio Micali ont décrit cette idée dans un article.

Qu’est-ce que la preuve à divulgation nulle de connaissance ?

En termes simples, la preuve à divulgation nulle de connaissance (Zero-Knowledge Proof) désigne une méthode par laquelle une partie (le preuveur) peut prouver à une autre (le vérificateur) qu’une affirmation est vraie, sans avoir à révéler aucune information concrète liée à cette affirmation.

Un exemple de la vie quotidienne : si vous souhaitez prouver que vous êtes un bon cuisinier, mais sans laisser votre ami voir votre “champ de bataille” en cuisine. Vous pouvez entrer seul dans la cuisine, fermer la porte, puis deux heures plus tard, présenter un repas soigneusement préparé. Votre ami, en le goûtant, pourra être convaincu que vous savez cuisiner — il voit le résultat, pas le processus, et ne sait pas quels ingrédients ou épices vous avez utilisés. C’est la logique centrale de la preuve à divulgation nulle de connaissance.

En termes plus techniques : la preuve à divulgation nulle de connaissance est un protocole cryptographique permettant à une partie, sans divulguer de données concrètes, de prouver la véracité d’une déclaration à une autre. Elle utilise des calculs mathématiques complexes et des mécanismes de cryptographie pour garantir que le vérificateur peut vérifier la véracité de l’information, sans pouvoir en déduire les données originales.

Les trois caractéristiques fondamentales de la preuve à divulgation nulle de connaissance

Tout système de preuve à divulgation nulle de connaissance efficace doit satisfaire simultanément trois conditions :

Intégrité (Completeness) : si l’affirmation est vraie, un preuveur honnête doit pouvoir convaincre un vérificateur honnête. En d’autres termes, la vérité doit toujours pouvoir être prouvée.

Sonsité (Soundness) : si l’affirmation est fausse, un preuveur malhonnête ne doit presque jamais pouvoir tromper un vérificateur honnête. Le fraudeur doit être démasqué lors du processus de vérification.

Zero-Knowledge (Zéro connaissance) : durant tout le processus de vérification, le vérificateur ne doit rien apprendre d’autre que le fait que l’affirmation est vraie. Il ne doit pas pouvoir extraire d’informations supplémentaires à partir de l’interaction.

Interaction vs non-interaction : deux modes de preuve différents

Selon la manière dont les deux parties interagissent lors du processus de preuve, la preuve à divulgation nulle de connaissance se divise en deux grandes catégories.

Preuve interactive à divulgation nulle de connaissance

Dans ce mode, le preuveur et le vérificateur doivent échanger plusieurs messages. Le vérificateur pose des défis aléatoires, le preuveur répond, jusqu’à ce que le vérificateur soit convaincu.

Un exemple classique est le “jeu du daltonisme” : Alice est daltonienne, Bob possède deux balles identiques — une bleue, une rouge. Alice doit vérifier si ces deux balles ont réellement des couleurs différentes.

Le protocole : Alice cache les balles derrière son dos, échange leur position aléatoirement, puis demande à Bob “les ai-je échangées ?”. Si Bob voit la couleur, il peut répondre correctement à chaque fois. Au début, il a 50% de chances de deviner, puis 25%, puis 12,5%… Après n tours, la probabilité qu’il ait répondu correctement est de 1-(1/2)^n, ce qui permet à Alice d’être presque certaine que Bob dit la vérité.

Les inconvénients de la preuve interactive sont évidents :

• chaque vérification doit répéter tout le processus
• les deux parties doivent être en ligne en même temps
• on ne peut faire confiance qu’à un seul vérificateur ; pour plusieurs, il faut répéter plusieurs fois

Preuve non-interactive à divulgation nulle de connaissance

Pour dépasser ces limitations, Manuel Blum, Paul Feldman et Silvio Micali ont proposé la preuve non-interactive. Dans ce mode, le preuveur génère une seule preuve, que n’importe qui (avec un algorithme de vérification et une clé partagée) peut vérifier, sans interaction répétée.

“Le jeu du Sudoku” est une métaphore classique : Alice a résolu un Sudoku et veut prouver à Bob qu’elle a la bonne solution, sans révéler la réponse. Elle utilise une “machine inviolable” :

• elle met le problème et la solution dans la machine
• la machine mélange chaque ligne, chaque colonne, chaque carré 3x3, et place ces chiffres dans 27 sacs
• Bob vérifie ces 27 sacs : si chacun contient les chiffres 1-9 sans répétition, cela prouve qu’Alice a la bonne solution
• l’essentiel : Bob ne voit pas la solution elle-même, seulement le résultat mélangé

Les preuves non-interactives sont plus efficaces, mais nécessitent des mécanismes supplémentaires (comme une clé partagée ou du matériel spécialisé) pour garantir la confidentialité de la vérification.

Quatre applications concrètes de la preuve à divulgation nulle de connaissance dans la vie réelle

1. Paiements anonymes et transactions privées

Les transactions sur la blockchain sont intrinsèquement publiques. Zcash et Monero, ces “monnaies privées”, utilisent la preuve à divulgation nulle pour masquer l’expéditeur, le destinataire, le montant et l’horodatage.

Ethereum avec Tornado Cash va encore plus loin — c’est un service décentralisé de mixage, permettant aux utilisateurs d’effectuer des transactions privées. L’utilisateur dépose des fonds, puis prouve via une preuve à divulgation nulle qu’il a le droit de retirer, sans que l’adresse de retrait ne puisse être reliée à celle du dépôt. Cela permet de préserver la transparence et la sécurité de la blockchain tout en protégeant la vie privée.

2. Vérification d’identité et contrôle d’accès

L’authentification traditionnelle nécessite de soumettre nom, email, date de naissance, etc. La preuve à divulgation nulle peut simplement prouver une caractéristique spécifique de l’identité, sans révéler toutes les données.

Par exemple, un site web n’a besoin que de vérifier “vous êtes majeur”, sans voir votre carte d’identité ni votre date de naissance exacte. Vous générez une preuve à divulgation nulle attestant que vous avez plus de 18 ans, et le site la vérifie. De même, certains plateformes veulent vérifier “vous êtes membre”, sans connaître votre ID ou vos données personnelles.

3. Calcul vérifiable

Quand une tâche de calcul est trop complexe ou coûteuse, l’utilisateur peut déléguer à un tiers (par exemple, un oracle Chainlink). Mais comment s’assurer que le résultat fourni est correct, et non une falsification ?

La preuve à divulgation nulle permet au prestataire de fournir une “preuve de correction” du calcul. L’utilisateur peut rapidement vérifier cette preuve, garantissant la fiabilité du résultat, sans avoir à refaire le calcul ou voir toutes les étapes intermédiaires.

4. Vote anonyme et gouvernance

Dans un DAO ou une gouvernance décentralisée, chaque détenteur de jetons a le droit de voter, mais le contenu du vote doit rester secret. La preuve à divulgation nulle peut prouver que “le votant détient le droit de voter”, tout en cachant son identité et ses préférences.

Mise en œuvre technique : zk-SNARKs vs STARKs

Les deux principales familles de solutions de preuve à divulgation nulle de connaissance sont :

zk-SNARK (Preuve succincte non-interactive à divulgation nulle de connaissance)

SNARK signifie “zero-knowledge succinct non-interactive argument of knowledge”. Cette solution utilise la cryptographie sur courbes elliptiques, produisant des preuves petites et rapides à vérifier.

Avantages clés :

• faible coût de vérification (gas réduit)
• preuve compacte, facile à transmettre et stocker
• déjà largement déployée en production

Applications principales : Zcash, Loopring, zkSync 1.0/2.0, Zigzag, Mina, etc.

Inconvénients :

• nécessite un “paramètre de configuration fiable” (trusted setup), où les participants doivent croire que la phase initiale a été honnête
• vulnérable aux attaques quantiques (car basé sur la cryptographie elliptique)
• la génération de preuve demande beaucoup de calculs

zk-STARK (Preuve scalable et transparente à divulgation nulle de connaissance)

STARK signifie “zero-knowledge scalable transparent argument of knowledge”. Contrairement à SNARK, STARK utilise des fonctions de hachage résistantes aux collisions, sans besoin de configuration fiable.

Avantages clés :

• pas de configuration de confiance, plus transparent et sécurisé
• génération de preuve plus rapide, meilleure évolutivité
• résistante aux attaques quantiques (les fonctions de hachage résistent aux ordinateurs quantiques)
• taille de preuve raisonnable

Applications principales : StarkEx, StarkNet, Immutable X, etc.

Inconvénients :

• coût de vérification plus élevé (plus de gas sur Ethereum)
• taille des preuves plus grande
• développement plus récent, expérience limitée en production

Comment la preuve à divulgation nulle de connaissance contribue à l’extensibilité de la blockchain

Dans les solutions Layer 2, le zk-rollup est une méthode puissante d’extension. Son fonctionnement :

1. regrouper des centaines ou milliers de transactions
2. exécuter ces transactions hors chaîne
3. générer une preuve à divulgation nulle attestant que “toutes ces transactions ont été exécutées correctement”
4. soumettre le lot de transactions et la preuve à la chaîne principale d’Ethereum
5. la chaîne principale vérifie cette preuve (en vérifiant simplement la preuve cryptographique, sans réexécuter toutes les transactions)

Résultat : augmentation massive du débit (plus de 100 fois le débit de la chaîne principale), réduction des frais, tout en conservant la sécurité de la chaîne principale.

Quatre défis technologiques de la preuve à divulgation nulle de connaissance

Coût matériel

Générer une preuve nécessite d’effectuer de nombreux calculs mathématiques complexes — notamment des multiplications en masse (MSM) et la transformation de Fourier rapide (FFT). Dans certains systèmes, 70% du temps de calcul est consacré au MSM, 30% à la FFT.

Seul le matériel accéléré peut faire face. Le consensus est que le FPGA (Field Programmable Gate Array) est la meilleure option — trois fois moins cher que le GPU, plus de 10 fois plus efficace. Mais il demande encore un investissement important.

Coût de vérification

Vérifier une preuve zk-SNARK sur Ethereum coûte environ 500 000 gas. Le zk-STARK coûte encore plus cher. Ces coûts finissent par être répercutés sur l’utilisateur, augmentant le coût d’utilisation.

Hypothèses de confiance

Les zk-SNARK nécessitent une “configuration de confiance” — quelqu’un doit générer les paramètres initiaux, et les autres doivent croire qu’ils n’ont pas été falsifiés. Si quelqu’un triche lors de cette étape, tout le système est compromis.

Les zk-STARK n’ont pas ce problème, mais leur génération et vérification sont plus coûteuses.

Menace des ordinateurs quantiques

Les zk-SNARK reposent sur la cryptographie elliptique, vulnérable face à des ordinateurs quantiques puissants. Les zk-STARK utilisent des fonctions de hachage résistantes aux collisions, plus résistantes aux attaques quantiques, ce qui motive leur développement.

L’avenir de la preuve à divulgation nulle de connaissance

La technologie de la preuve à divulgation nulle de connaissance passe de la théorie à la pratique. Sur l’infrastructure Web3, elle devient un outil standard pour la protection de la vie privée et l’extensibilité.

Pour les développeurs, la signification des zk est : profiter de la sécurité des blockchains publiques comme Ethereum, tout en offrant des performances proches du Web2 pour les DApps, tout en protégeant la vie privée des utilisateurs. Ce “trois en un” attire de plus en plus de projets.

Mais les défis techniques restent nombreux — coûts matériels, coûts de vérification, modèles de confiance, menaces quantiques. Avec l’avancée des hardware accélérateurs et l’optimisation des algorithmes, ces obstacles seront progressivement levés. La preuve à divulgation nulle de connaissance pourrait devenir la pierre angulaire des prochaines générations de blockchains.

L’apprentissage du Web3 continue, avec une analyse approfondie des technologies clés.