Provas de Conhecimento Zero: Um Estudo sobre zk-SNARKs e sua Aplicação em Sistemas de Autenticação

Abstract

As Provas de Conhecimento Zero (PCZs) representam uma ferramenta criptográfica poderosa para garantir privacidade e segurança em sistemas digitais. No entanto, a literatura sobre o tema encontra-se fragmentada entre artigos científicos e implementações técnicas, dificultando uma visão consolidada da área. Este trabalho aborda essa questão ao apresentar um estudo que conecta os fundamentos teóricos das PCZs à sua aplicação prática. A monografia contribui em duas frentes principais: primeiramente, realiza uma análise aprofundada dos conceitos, propriedades e premissas de segurança dos principais protocolos zk-SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge), a classe de provas de conhecimento zero mais difundida atualmente. Em segundo lugar, para demonstrar a aplicabilidade desses conceitos, o projeto detalha o desenvolvimento de um sistema de autenticação biométrica facial que preserva a privacidade do usuário ao remover a necessidade de armazenamento de dados sensíveis. A solução proposta utiliza o protocolo Groth16, um zk-SNARK, para permitir que um usuário prove sua identidade sem revelar os dados biométricos ao verificador. O resultado é um trabalho autocontido que serve como uma referência sólida sobre o tema em língua portuguesa, unindo a análise teórica a uma demonstração prática de seu potencial.

Zero-Knowledge Proofs (ZKPs) represent a powerful cryptographic tool for ensuring privacy and security in digital systems. However, the literature on the topic is fragmented between scientific articles and technical implementations, hindering a consolidated view of the area. This work addresses this issue by presenting a study that connects the theoretical foundations of ZKPs to their practical application. The undergraduate thesis contributes on two main fronts: first, it conducts an in-depth analysis of the concepts, properties, and security assumptions of the main zk-SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge) protocols, the currently most widespread class of zero-knowledge proofs. Second, to demonstrate the applicability of these concepts, the project details the development of a facial biometric authentication system that preserves user privacy by removing the need for sensitive data storage. The proposed solution utilizes the Groth16 protocol, a zk-SNARK, to allow a user to prove their identity without revealing biometric data to the verifier. The result is a self-contained work that serves as a solid reference on the subject in the Portuguese language, uniting theoretical analysis with a practical demonstration of its potential.