Теория и практика науки и образования №8 (8) октябрь 2026 г.

В последние годы публичные блокчейн-сети перестали быть исключительно инструментом для криптовалют. Они всё активнее применяются в системах цифровой идентификации, медицинском документообороте, цепочках поставок и государственных реестрах. Объем рынка блокчейн-решений для корпоративного сектора растет, и значительная часть этих решений требует защиты персональных данных. Одновременно во многих странах ужесточается законодательство о персональных данных, вводящее серьезные штрафы за утечки. Публичный блокчейн, где все операции видны навсегда, плохо совместим с этими требованиями. Поэтому разработка и анализ криптографических механизмов конфиденциальности становится не теоретической, а практической задачей первостепенной важности.

Публичные блокчейн-сети построены на принципе открытого реестра. Любой желающий может загрузить полную историю всех операций и проверить их корректность. Именно эта прозрачность позволяет системе работать без центрального управляющего органа: каждый участник сети сам удостоверяется в соблюдении правил протокола. Однако та же прозрачность порождает проблемы с конфиденциальностью персональных данных. В классических реализациях каждая запись содержит идентификаторы отправителя и получателя, а также само передаваемое содержание. Хотя идентификаторы напрямую не привязаны к личности, методы анализа связей между операциями позволяют деанонимизировать пользователей. Анализ временных паттернов и IP-адресов делает анонимность в чистом виде недостижимой.

Задача сохранения верифицируемости блокчейна при одновременном сокрытии конфиденциальной информации привела к созданию нескольких криптографических механизмов. Каждый из них по-своему решает три ключевых аспекта конфиденциальности: анонимность отправителя (противник не должен определить, кто инициировал операцию), анонимность получателя (личность стороны, получающей данные, должна быть скрыта) и сокрытие содержания передаваемой информации (само сообщение или набор персональных данных должны оставаться тайной — что особенно важно для медицинских записей, личной переписки и коммерческой тайны). Цель данной работы — анализ криптографических механизмов сохранения конфиденциальности персональных данных в публичных блокчейн-сетях, а также выявление их сильных и слабых сторон.

Материалы и методы

Для решения обозначенной проблемы в современной криптографии сложилось три основных подхода, каждый из которых базируется на различных математических принципах и предлагает уникальный баланс между степенью анонимности, вычислительной эффективностью и удобством использования.

Первый подход представляет собой комбинацию кольцевых подписей и стелс-адресов. Кольцевая подпись позволяет владельцу одного из группы ключей подписать операцию так, что внешний наблюдатель убеждается: подпись создана кем-то из группы, но не может определить, кем именно. В практических реализациях добавлен «образ ключа» — уникальный элемент для каждой единицы информации. Если злоумышленник попытается использовать один и тот же идентификатор дважды, образ ключа повторится, и сеть отклонит повторную операцию. Размер кольца может варьироваться: чем он больше, тем выше анонимность, но тем больше вычислительных ресурсов требуется. Стелс-адреса решают проблему сокрытия получателя. Получатель публикует два специальных ключа. Отправитель генерирует случайное число и на его основе вычисляет новый, одноразовый адрес. Получатель, просматривая блокчейн, распознает этот адрес и вычисляет соответствующий секретный ключ. Для внешнего наблюдателя каждый раз появляется новый, не связанный с предыдущими адрес. В системах, следующих данному подходу, оба механизма используются совместно: кольцевые подписи скрывают отправителя, стелс-адреса — получателя, а дополнительные протоколы скрывают содержание передаваемой информации.

Второй подход основан на доказательствах с нулевым разглашением. Данный класс криптографических протоколов позволяет одной стороне убедить другую в истинности некоторого утверждения, не раскрывая при этом никакой дополнительной информации. В контексте защиты персональных данных операция представляется как утверждение о наличии у доказывающего права на совершение действия с данными. Доказывающий формирует компактное криптографическое свидетельство, тогда как все чувствительные данные остаются скрытыми. Проверяющая сторона удостоверяется в наличии права, но не получает доступа ни к самим данным, ни к идентификатору владельца.

Наиболее известная разновидность — ZK-SNARK, что расшифровывается как краткие неинтерактивные аргументы знания. Термин «краткие» указывает на малый размер доказательства, «неинтерактивные» — на то, что доказывающему достаточно передать одно сообщение, после чего проверяющий может убедиться в истинности без дополнительного обмена. Верификация занимает миллисекунды, что существенно для блокчейн-систем, где скорость обработки операций имеет критическое значение. Однако ZK-SNARK обладает существенным недостатком — необходимостью доверенной установки. Это специальная процедура, в ходе которой несколько участников совместно генерируют секретные параметры, подлежащие последующему уничтожению. Компрометация этих параметров делает возможной подделку доказательств. Современные церемонии с участием множества независимых сторон считаются достаточно надёжными, однако сама необходимость доверия к организаторам остаётся уязвимым местом.

ZK-STARK — альтернативный протокол, устраняющий две ключевые проблемы предшественника. Аббревиатура расшифровывается как прозрачные масштабируемые аргументы знания. Первое преимущество заключается в отсутствии доверенной установки: все параметры протокола генерируются публично на основе общедоступных случайных чисел, и ни один участник не обладает секретной информацией, которая могла бы быть скомпрометирована. Это полностью исключает необходимость доверия к организаторам. Второе преимущество — устойчивость к атакам квантовых компьютеров, поскольку ZK-STARK опирается на криптографические хеш-функции, а не на задачи дискретного логарифмирования или факторизации, эффективно решаемые квантовыми алгоритмами. Кроме того, ZK-STARK демонстрирует лучшую масштабируемость: время генерации доказательства возрастает почти линейно с ростом сложности вычислений, тогда как у ZK-SNARK наблюдается более резкий рост. Платой за указанные преимущества являются больший размер доказательства, в несколько раз превышающий размер доказательства ZK-SNARK, и более высокая вычислительная сложность при верификации. Тем не менее для приложений, где приоритетными являются долгосрочная безопасность и отсутствие доверия к третьим лицам, ZK-STARK представляется предпочтительным выбором. Именно поэтому данный протокол активно рассматривается в качестве основы для систем цифровой идентификации, где требуется сохранить конфиденциальность персональных данных на протяжении десятилетий.

Третий подход — протокол Mimblewimble — реализует иную философию: вместо сокрытия информации внутри операций протокол не сохраняет идентифицирующую информацию в блокчейне. Постоянные адреса отсутствуют. Вместо них используются криптографические обязательства, скрывающие содержание передаваемых данных и позволяющие проверять права доступа. Отправитель и получатель взаимодействуют вне блокчейна и совместно строят запись. В блокчейн публикуется только компактная информация: ссылки на предыдущие записи, новые обязательства и подпись. Уникальная особенность — агрегация нескольких операций в одном блоке. Записи объединяются так, что связь между конкретными отправителями и получателями исчезает. Это обеспечивает высокую конфиденциальность при минимальном размере блокчейна. Ограничения: необходимость прямого общения между сторонами для построения операции и плохая совместимость со сложными сценариями (например, с произвольными смарт-контрактами).

Каждый из описанных подходов имеет сильные и слабые стороны. Кольцевые подписи и стелс-адреса не требуют доверенной установки и используют хорошо изученную криптографию, что делает подход наиболее децентрализованным, но платой служат больший размер записей и линейная зависимость времени проверки от размера кольца. Второй подход в форме ZK-SNARK предлагает максимальную теоретическую защиту при минимальном размере доказательства и высокой скорости проверки, однако доверенная установка остается предметом дискуссий, а генерация защищенных операций требует значительных ресурсов; кроме того, в некоторых реализациях защищенные операции редки и тем самым привлекают внимание. ZK-STARK решают проблему доверенной установки и квантовой устойчивости, но ценой большего размера доказательства. Третий подход (Mimblewimble) дает компактный блокчейн и сильную конфиденциальность как свойство по умолчанию, однако интерактивность построения операций и ограниченная совместимость со сложными сценариями сужают область применения.

Рассмотрев три основных криптографических механизма, важно отметить, что ни один из них не решает проблему изолированно. Сохранение конфиденциальности персональных данных в блокчейнах сталкивается с несколькими сквозными вызовами. Во-первых, это атаки на метаданные: даже при идеальной криптографии противник может анализировать время отправки записи, ее размер или IP-адрес. Защита требует анонимизации трафика и случайных задержек. Во-вторых, квантовая угроза: большинство современных механизмов основаны на задачах, которые квантовый компьютер сможет решать эффективно. Хотя практические квантовые компьютеры пока не созданы, исследования постквантовых решений (например, ZK-STARK) активно ведутся. В-третьих, баланс с регуляторами: полная анонимность противоречит требованиям законодательства о противодействии незаконной деятельности. Разрабатываются механизмы выборочного раскрытия — например, просмотровые ключи, позволяющие пользователю добровольно предоставить аудитору доступ к своим записям без права их изменения.

Результаты

Сохранение конфиденциальности персональных данных в публичных блокчейнах является критически важной задачей для медицинских систем, цифровых удостоверений и корпоративного документооборота. Проведенный анализ показывает, что современная криптография предлагает несколько зрелых решений: кольцевые подписи со стелс-адресами, доказательства с нулевым разглашением (в вариантах ZK-SNARK и ZK-STARK) и протоколы типа Mimblewimble. Каждое решение представляет собой компромисс между степенью защиты, эффективностью, доверием к процедуре и удобством использования. Ни одно не является идеальным для всех сценариев. Выбор конкретного механизма должен определяться требованиями конкретного приложения: для децентрализованных систем с высокой активностью лучше подходят кольцевые подписи, для сценариев, требующих максимальной приватности и компактности доказательств — ZK-SNARK, для постквантовой безопасности — ZK-STARK, а для приложений, где возможен интерактивный обмен и не нужны сложные сценарии, — Mimblewimble. Исследования в этой области имеют критическую важность для построения децентрализованного будущего, где право на конфиденциальность персональной информации не противоречит принципам верифицируемости, безопасности и законной подотчетности. Будущее, скорее всего, за гибридными системами с конфиденциальностью по умолчанию и возможностью легального аудита.

1. Келлониеми, А. Р. Как использовать блокчейн для обеспечения безопасности данных. Вестник науки. – 2023. – № 7. – С. 206–210. – Текст: непосредственный.
   
   
2. Чумбуридзе, Я. А., Какорина, О. А. Изучение технологий, повышающих конфиденциальность. NBI-technologies. – 2023. – № 3. – С. 38–43. – Текст: непосредственный.
   
   
3. Степанова, И. Е. Применение технологии блокчейн для обеспечения надежности и безопасности данных в интернете вещей. Вестник науки. – 2023. – № 5. – С. 762–769. – Текст: непосредственный.
   
   
4. Тагансахедов, Ш. Т., Гельдимаммедова, М. Т., Шаларова, А. Х. Конфиденциальность данных пользователей в общих сетях. Символ науки. – 2024. – № 9. – С. 67–69. – Текст: непосредственный.
   
   
5. Мальсагова, Р. Г., Дугаев, М. В., Ефремова, С. А. Блокчейн, криптовалюта, NFT, Web3.0 и SMART-контракт как технологии развития и масштабирования метавселенных. Инновации и инвестиции. – 2023. – № 11. – С. 199–207. – Текст: непосредственный.
   
   
6. Грепан, В. Н. Практические проблемы использования блокчейн–технологий. Столыпинский вестник. – 2024. – №9. – С. 1–11. – Текст: непосредственный.
   
   
7. Грепан, В. Н. Методы обеспечения приватности и безопасности в мессенджерах с помощью блокчейн–технологий. ColdScience. – 2024. – №6. – С. 4–13. – Текст: непосредственный.
   
   
8. Чачис, Д. Ю. Защита данных в маркетинге с использованием блокчейна. Вестник науки. – 2024. – № 12. – С. 1382–1385. – Текст: непосредственный.
   
   
9. Терёшин, Д. А. Криптография как гарант защиты информации. Символ науки. – 2022. – № 4. – С. 31–33. – Текст: непосредственный.
   
   
10. Салаев, А. К. Роль криптографии в обеспечении безопасности технологии блокчейн. Universum: технические науки. – 2025. – № 5. – С. 65–67. – Текст: электронный.