zk-SNARKs: від теорії до практики розвитку

zk-SNARKs(ZKP) як гаряча технологія в індустрії блокчейн, швидко розвивалася в останні роки. У цій статті буде розглянуто історію розвитку ZKP, обговорено їх основні принципи та основні застосування, щоб допомогти читачам розібратися в цій складній області.

Один. Розвиток zk-SNARKs

Сучасна система zk-SNARKs виникла з роботи, написаної у 1985 році Голдвасером, Мікалі та Ракоффом. У цій праці обговорюється, як у інтерактивних системах через багаторазову взаємодію доводити правильність твердження, не розкриваючи додаткову інформацію. Хоча ця інтерактивна система є ймовірно правильною, вона не є досконалою.

Поява неінтерактивних систем (NP) зробила zk-SNARKs більш досконалими. Однак ранні системи zk-SNARKs все ще мали недоліки в ефективності та зручності використання, в основному залишаючись на теоретичному рівні. Лише в останнє десятиліття, з ростом криптографії в сфері криптовалют, zk-SNARKs справді увійшли в практичну стадію.

Стаття Грота 2010 року заклала теоретичну основу для zk-SNARKs і стала важливою віхою у розвитку ZKP. У 2015 році, приватна валюта Z-cash вперше застосувала нульові знання для захисту конфіденційності транзакцій, відкривши шлях для широкого використання ZKP.

Після цього ряд академічних досягнень сприяв розвитку zk-SNARKs:

• У 2013 році протокол Pinocchio стиснув час доказування та перевірки
• У 2016 році Groth16 спростив розмір доказу та підвищив ефективність верифікації
• У 2017 році Bulletproofs були представлені як компактні неінтерактивні zk-SNARKs.
• У 2018 році zk-STARKs реалізували ZKP-протокол без потреби в надійному налаштуванні

Інші технології, такі як PLONK, Halo2 та інші, також внесли важливі покращення в zk-SNARKs.

Два, основні застосування zk-SNARKs

Два найпоширеніших застосування ZKP наразі — це захист конфіденційності та масштабування.

Захист конфіденційності

Ранні проекти приватних транзакцій, такі як Z-cash та Monero, сприяли застосуванню ZKP у сфері захисту приватності. Наприклад, Z-cash використовує zk-SNARKs для реалізації приватності транзакцій:

1. Стадія налаштування системи для генерації ключів доказу та ключів перевірки
2. Генерація нової монети та запис публічної адреси і зобов'язання монети
3. Генерація zk-SNARKs доказів
4. Валідатори перевіряють правильність транзакцій
5. Отримувач отримує монету, у разі потреби повторює вказані вище кроки.

Однак, рівень використання приватних транзакцій проектів, таких як Z-cash, є низьким, що свідчить про те, що потреба в приватності не відповідає очікуванням. На відміну від цього, Tornado Cash використовує єдиний великий пул змішування монет, що є більш універсальним.

розширення

ZKP в розширенні застосовується в основному як zk-rollup. У zk-rollup є два типи ролей:

• Sequencer: відповідає за упаковку транзакцій
• Aggregator: об'єднує велику кількість транзакцій та генерує zk-SNARKs

Переваги zk-rollup полягають у низьких витратах, швидкості транзакцій та можливості захисту конфіденційності. Але також існують недоліки, такі як велика обчислювальна складність та необхідність у надійних налаштуваннях.

На сьогоднішній день основні проекти zk-rollup включають StarkNet, zkSync, Aztec, Polygon Hermez та інші. У технічній стратегії основна увага приділяється вибору між SNARK та STARK, а також питанню підтримки EVM.

Сумісність з EVM є важливою проблемою. Деякі проекти вибирають повну сумісність з операційними кодами Solidity, інші ж розробляють нові віртуальні машини, сумісні з Solidity. Підвищення сумісності з EVM вплине на екосистему розробки ZK та конкурентну ситуацію.

Три, основні принципи zk-SNARKs

zk-SNARKs є одним з найбільш поширених рішень ZKP на сьогодні. Він має такі характеристики:

• Zero Knowledge: процес доказу не розкриває додаткової інформації
• Стислість: обсяг доказу малий
• Непрямий:非交互式
• Аргументи: мають обчислювальну надійність
• Знання: доказник повинен знати дійсну інформацію

Основні етапи реалізації zk-SNARK:

1. Перетворіть проблему на схему
2. Перетворення електричної схеми у форму R1CS
3. Перетворення R1CS у форму QAP
4. Генерація випадкових параметрів для надійних налаштувань
5. Генерація та перевірка zk-SNARKs доказів

zk-SNARKs як передова технологія швидко розвивається як на теоретичному, так і на прикладному рівнях. З появою все більше проектів, ZKP має потенціал зіграти більш значну роль у сфері блокчейн.