- Topik
51k Popularitas
28k Popularitas
9k Popularitas
4k Popularitas
4k Popularitas
29k Popularitas
16k Popularitas
22k Popularitas
12k Popularitas
2k Popularitas
- Sematkan
51k Popularitas
28k Popularitas
9k Popularitas
4k Popularitas
4k Popularitas
29k Popularitas
16k Popularitas
22k Popularitas
12k Popularitas
2k Popularitas
Penerapan dan prospek pengembangan teknologi zk-SNARKs secara menyeluruh di bidang Blockchain
Teknologi zk-SNARKs dalam Pengembangan dan Aplikasi Blockchain: Tinjauan Literatur Komprehensif
Ringkasan
zk-SNARKs(ZKP) teknologi sebagai inovasi penting di bidang Blockchain, berperan kunci dalam meningkatkan perlindungan privasi dan skalabilitas. Artikel ini memberikan tinjauan sistematis tentang perjalanan penelitian ZKP selama hampir empat puluh tahun dan kemajuan terbaru.
Pertama-tama, diperkenalkan konsep dasar dan latar belakang sejarah ZKP, dengan fokus pada analisis teknologi ZKP berbasis sirkuit, termasuk desain dan aplikasi model zkSNARK, Pinocchio, Bulletproofs, dan lainnya. Dalam hal lingkungan komputasi, dibahas bagaimana ZKVM dan ZKEVM dapat meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi dan efisiensi verifikasi. Artikel ini juga memperkenalkan mekanisme kerja dan metode optimasi ZK Rollup sebagai solusi ekspansi Layer 2, serta kemajuan terbaru dalam akselerasi perangkat keras, solusi campuran, dan ZK EVM khusus.
Akhirnya, ditinjau konsep-konsep baru seperti ZKCoprocessor, ZKML, ZKThreads, ZK Sharding, dan ZK StateChannels, serta membahas potensi mereka dalam skala blockchain, interoperabilitas, dan perlindungan privasi.
Dengan menganalisis teknologi dan tren perkembangan ini, artikel ini memberikan perspektif yang komprehensif untuk memahami dan menerapkan teknologi ZKP, menunjukkan potensi besar dalam meningkatkan efisiensi dan keamanan sistem Blockchain, serta memberikan referensi penting untuk keputusan investasi di masa depan.
Daftar
Pendahuluan
Satu, Dasar Pengetahuan zk-SNARKs
Dua, zk-SNARKs non-interaktif
Tiga, zk-SNARKs berbasis sirkuit
Empat, model zk-SNARKs
Lima, Tinjauan dan Pengembangan zk-SNARKs Virtual Machine
Enam, Tinjauan dan Pengembangan zk-SNARKs pada Ethereum Virtual Machine
Tujuh, Gambaran Umum dan Perkembangan Solusi Jaringan Layer Dua zk-SNARKs
Delapan, arah pengembangan masa depan zk-SNARKs
Kesembilan, kesimpulan
Referensi
Pendahuluan
Dengan datangnya era Web3, aplikasi Blockchain ( DApps ) berkembang pesat, dengan banyak aplikasi baru muncul setiap hari. Dalam beberapa tahun terakhir, platform Blockchain menampung aktivitas jutaan pengguna setiap hari, memproses miliaran transaksi. Data besar yang dihasilkan oleh transaksi ini sering kali mengandung informasi pribadi yang sensitif, seperti identitas pengguna, jumlah transaksi, alamat akun, dan saldo. Mengingat keterbukaan dan transparansi Blockchain, data yang disimpan ini terlihat oleh semua orang, sehingga menimbulkan berbagai masalah keamanan dan privasi.
Saat ini terdapat beberapa teknologi kriptografi yang dapat mengatasi tantangan ini, termasuk enkripsi homomorfik, tanda tangan cincin, komputasi multi-pihak yang aman, dan zk-SNARKs. Di antara ini, zk-SNARKs adalah solusi yang lebih komprehensif, yang memungkinkan verifikasi kebenaran proposisi tertentu tanpa mengungkapkan data perantara apa pun. Melalui ZKP, verifier dapat memverifikasi apakah prover memiliki jumlah transaksi yang cukup tanpa mengungkapkan data transaksi pribadi apa pun.
Fitur ZKP ini menjadikannya peran inti dalam transaksi Blockchain dan aplikasi cryptocurrency, terutama dalam hal perlindungan privasi dan perluasan jaringan, menjadikannya tidak hanya fokus penelitian akademis tetapi juga jalur utama untuk aplikasi industri dan investasi risiko. Dengan munculnya proyek jaringan berbasis ZKP seperti ZkSync, StarkNet, dan Mina, inovasi algoritma terkait ZKP terus bermunculan. Selain itu, pengembangan perangkat keras terkait ZKP juga berkembang pesat, termasuk chip yang dioptimalkan khusus untuk ZKP.
Kemajuan ini menunjukkan bahwa teknologi zk-SNARKs bukan hanya terobosan penting di bidang kriptografi, tetapi juga merupakan pendorong kunci dalam mewujudkan aplikasi teknologi Blockchain yang lebih luas. Oleh karena itu, artikel ini bertujuan untuk menyusun secara sistematis pengetahuan terkait ZKP untuk membantu keputusan investasi di masa depan. Kami telah meninjau secara komprehensif makalah akademis inti yang terkait dengan ZKP dan materi dari proyek-proyek terkemuka, yang memberikan dasar yang kuat untuk penulisan artikel ini.
Satu, dasar-dasar zk-SNARKs
1. Ringkasan
Pada tahun 1985, Goldwasser, Micali, dan Rackoff pertama kali mengajukan konsep zk-SNARKs (ZKP) dan interactive knowledge proof (IZK). Mereka mendefinisikan "pengetahuan" sebagai "output yang tidak dapat dihitung", yaitu pengetahuan harus merupakan output dari fungsi kompleks, yang biasanya dapat dipahami sebagai masalah NP. Sistem ZKP memiliki tiga karakteristik dasar:
Keterpenuhan: Jika argumen itu benar, maka pembuktian yang jujur dapat meyakinkan validator yang jujur akan kenyataan ini.
Keandalan: Jika pembuktian tidak mengetahui isi pernyataan, ia hanya dapat menipu verifier dengan probabilitas kecil.
Sifat Zero-Knowledge: Setelah proses pembuktian selesai, verifier hanya mendapatkan informasi "pembuktian memiliki pengetahuan ini", tetapi tidak dapat memperoleh konten tambahan.
2. zk-SNARKs contoh
Untuk lebih memahami ZKP dan atributnya, berikut adalah contoh untuk memverifikasi apakah seorang pembuktian memiliki informasi pribadi tertentu, dibagi menjadi tiga tahap: pengaturan, tantangan, dan respons:
Langkah pertama: pengaturan Pembuktian memilih dua bilangan prima besar p dan q, menghitung n=p*q. Memilih bilangan bulat acak r, menghitung x=r^2 mod n, dan mengirimkannya kepada verifier.
Langkah kedua: Tantangan Validator secara acak memilih sebuah posisi a(0 atau 1), lalu mengirimkannya kepada prover.
Langkah ketiga: Tanggapan Berdasarkan nilai a, penjamin menghitung dan mengirimkan respons: Jika a=0, kirim r Jika a=1, hitung dan kirim y=r*s mod n
Validator melakukan verifikasi berdasarkan respons yang diterima. Proses ini dapat diulang beberapa kali untuk mengurangi probabilitas bahwa pembuktian dapat berhasil melalui tebakan.
Dua, Non-interaktif zk-SNARKs
1. Latar Belakang
ZKP tradisional biasanya memerlukan interaksi multi-putaran untuk menyelesaikan otentikasi. Namun, dalam beberapa skenario, seperti transaksi instan atau pemungutan suara, sering kali tidak mungkin melakukan interaksi multi-putaran, terutama dalam aplikasi Blockchain, fungsi verifikasi offline menjadi sangat penting.
2. Usulan NIZK
Pada tahun 1988, Blum, Feldman, dan Micali pertama kali mengusulkan konsep bukti nol pengetahuan non-interaktif (NIZK), yang membuktikan bahwa tanpa perlu interaksi berulang, penunjuk dan verifier masih dapat menyelesaikan proses verifikasi. NIZK dapat dibagi menjadi tiga tahap: pengaturan, komputasi, dan verifikasi.
3. Transformasi Fiat-Shamir
Transformasi Fiat-Shamir adalah metode untuk mengubah ZKP interaktif menjadi non-interaktif. Metode ini mengurangi jumlah interaksi dengan memperkenalkan fungsi hash, dan bergantung pada asumsi keamanan untuk menjamin keaslian bukti dan sulitnya untuk dipalsukan.
4. Jens Groth dan penelitiannya
Penelitian Jens Groth sangat mendorong penerapan ZKP dalam kriptografi dan teknologi Blockchain. Ia mengusulkan sistem NIZK yang sempurna pertama yang berlaku untuk setiap bahasa NP, dan merancang sistem NIZK yang ringkas dan efisien, secara signifikan mengurangi CRS dan ukuran bukti.
5. Penelitian Lain
Penelitian lain termasuk skema enkripsi kunci publik yang dikembangkan oleh Cramer dan Shoup menggunakan fungsi hash universal, metode perbaikan transformasi Fiat-Shamir yang diusulkan oleh Damgård dan lainnya, serta konsep "reliabilitas dapat ditelusuri lemah" yang diajukan oleh Ventre dan Visconti.
Tiga, bukti tanpa pengetahuan berbasis sirkuit
1. Latar Belakang
Dalam menangani tugas-tugas komputasi yang memerlukan paralelisasi tinggi dan jenis komputasi tertentu, model mesin Turing tradisional menunjukkan beberapa keterbatasan. Sebaliknya, model sirkuit dengan keunggulan struktur komputasinya yang unik, lebih cocok untuk beberapa tugas pemrosesan kriptografi tertentu.
2. Konsep dan Karakteristik Dasar Model Sirkuit
Model sirkuit dibagi menjadi dua kategori besar:
3. Desain dan Aplikasi Sirkuit dalam zk-SNARKs
Dalam sistem ZKP, proses desain sirkuit melibatkan mengungkapkan masalah yang akan dibuktikan sebagai sirkuit, dan memastikan akurasi hasil perhitungan melalui kendala polinomial. Proses ini mencakup representasi masalah, optimasi sirkuit, konversi menjadi representasi polinomial, menghasilkan string referensi publik (CRS) serta generasi dan verifikasi bukti.
4. Potensi Kekurangan dan Tantangan
Tantangan utama yang dihadapi oleh ZKP berbasis sirkuit meliputi kompleksitas dan skala sirkuit, kesulitan optimasi, adaptasi untuk tugas komputasi tertentu, kesulitan dalam implementasi algoritma kriptografi, serta masalah konsumsi sumber daya. Solusi yang ada termasuk teknik kompresi sirkuit, desain modular, dan percepatan perangkat keras.
Empat, zk-SNARKs model
1. Latar Belakang
Generasi ZKP berbasis sirkuit memiliki generalitas yang lebih rendah, perlu mengembangkan model dan algoritma baru untuk masalah tertentu. Saat ini, terdapat berbagai compiler bahasa tingkat tinggi dan alat kombinasi sirkuit tingkat rendah yang digunakan untuk pembuatan sirkuit dan desain algoritma.
2. Model algoritma umum
Model ZKP utama termasuk:
3. Skema berbasis PCP linier dan masalah logaritma diskrit
Rencana semacam ini termasuk:
4. Rencana berbasis bukti orang biasa
5. Bukti yang dapat diverifikasi berdasarkan probabilitas ( PCP ) zk-SNARKs
6. Klasifikasi fase pengaturan konstruksi bukti umum CPC(
) Lima, Gambaran dan Perkembangan zk-SNARKs
1. Latar Belakang
ZKVM adalah mesin virtual yang fokus pada ZKP, memperluas fungsi VM tradisional, dapat secara umum mengurangi ambang pengembangan sirkuit ZKP, dan dapat segera menghasilkan bukti untuk aplikasi atau perhitungan apa pun.
2. Klasifikasi ZKVM yang ada
Terutama dibagi menjadi tiga kategori:
3. Paradigma Frontend dan Backend
Sistem ZKP umumnya dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu front-end dan back-end. Front-end terutama menggunakan bahasa tingkat rendah untuk merepresentasikan bahasa tingkat tinggi, sedangkan back-end adalah sistem bukti kriptografi yang mengubah sirkuit yang dijelaskan dalam bahasa tingkat rendah yang dibangun oleh front-end menjadi bukti yang dihasilkan dan verifikasi kebenarannya.
4. Kelebihan dan Kekurangan Paradigma ZKVM
Keuntungan termasuk memanfaatkan ISA yang ada, satu sirkuit mendukung banyak program, sirkuit dengan struktur berulang, dan sebagainya. Kekurangan termasuk biaya yang disebabkan oleh universalitas, operasi dengan biaya tinggi, dan biaya pembuktian yang tinggi.
Enam, Gambaran Umum dan Perkembangan zk-SNARKs Ethereum Virtual Machine
1. Latar Belakang
ZKEVM dirancang khusus untuk Ethereum, terutama digunakan untuk memverifikasi kebenaran eksekusi kontrak pintar, sambil melindungi privasi transaksi. Solusi ZKEVM yang utama termasuk STARKWARE, ZkSync, Polygen-Hermez, Scroll, dan lain-lain.
2. Cara Kerja ZKEVM
Proses kerja ZKEVM mencakup pemrosesan program node, menghasilkan bukti ZK, menggabungkan bukti, dan mengirimkannya ke kontrak L1.
3. Proses implementasi ZKEVM
Proses implementasi mencakup langkah-langkah untuk mendapatkan data, memproses data, menghasilkan bukti, membuktikan secara rekursif, dan mengajukan bukti.
4. Ciri-ciri ZKEVM
Fitur utama ZKEVM termasuk peningkatan kemampuan pemrosesan transaksi, perlindungan privasi, dan verifikasi yang efisien.
Tujuh, Ringkasan dan Perkembangan Solusi Jaringan Layer Dua zk-SNARKs
1. Latar Belakang
ZK Rollup adalah sejenis basis