- Topic
82k Popularity
37k Popularity
12k Popularity
4k Popularity
4k Popularity
30k Popularity
16k Popularity
23k Popularity
13k Popularity
3k Popularity
- Pin
82k Popularity
37k Popularity
12k Popularity
4k Popularity
4k Popularity
30k Popularity
16k Popularity
23k Popularity
13k Popularity
3k Popularity
zk-SNARKs teknolojisinin Blok Zinciri alanındaki kapsamlı uygulamaları ve gelişim perspektifi
zk-SNARKs teknolojisinin Blok Zinciri alanındaki gelişimi ve uygulamaları: kapsamlı bir literatür incelemesi
Özet
zk-SNARKs(ZKP) teknolojisi, Blok Zinciri alanında önemli bir yenilik olarak, gizlilik koruma ve ölçeklenebilirlik açısından kritik bir rol oynamaktadır. Bu makale, ZKP'nin son kırk yılındaki araştırma geçmişi ve en son gelişmeleri sistematik bir şekilde incelemektedir.
Öncelikle ZKP'nin temel kavramları ve tarihsel arka planı tanıtılmış, devre tabanlı ZKP teknolojileri, zkSNARK, Pinocchio, Bulletproofs gibi modellerin tasarımı ve uygulamaları üzerine yoğunlaşılmıştır. Hesaplama ortamı açısından, ZKVM ve ZKEVM'nin işlem işlem kapasitesini ve doğrulama verimliliğini nasıl artırdığı ele alınmıştır. Makalede ayrıca, ZK Rollup'ın Layer 2 genişletme çözümü olarak çalışma mekanizması ve optimizasyon yöntemleri ile donanım hızlandırıcıları, karma çözümler ve özel ZK EVM'nin en son gelişmeleri tanıtılmaktadır.
Son olarak, ZKCoprocessor, ZKML, ZKThreads, ZK Sharding ve ZK StateChannels gibi yeni kavramlara bakıldı ve bunların Blok Zinciri ölçeklenebilirliği, birlikte çalışabilirlik ve gizlilik koruma konusundaki potansiyeli tartışıldı.
Bu makale, bu teknolojilerin ve gelişim trendlerinin analizi yoluyla, ZKP teknolojisinin anlaşılması ve uygulanması için kapsamlı bir bakış açısı sunmakta, blok zinciri sistemlerinin verimliliğini ve güvenliğini artırmadaki büyük potansiyelini sergilemekte ve gelecekteki yatırım kararları için önemli bir referans sağlamaktadır.
İçindekiler
Önsöz
Bir, zk-SNARKs Temel Bilgileri
İki, etkileşimsiz zk-SNARKs
Üç, devre tabanlı zk-SNARKs
Dört, zk-SNARKs modeli
Beş, zk-SNARKs sanal makinesinin genel görünümü ve gelişimi
Altı, zk-SNARKs Ethereum Sanal Makinesi'nin Genel Görünümü ve Gelişimi
Yedi, zk-SNARKs İkinci Katman Ağı Planı Genel Görünümü ve Gelişimi
Sekiz, zk-SNARKs'in gelecekteki gelişim yönleri
Dokuz, Sonuç
Kaynaklar
Giriş
Web3 çağıyla birlikte, Blok Zinciri uygulamaları (DApps) hızla gelişiyor, her gün büyük miktarda yeni uygulama ortaya çıkıyor. Son yıllarda, Blok Zinciri platformları her gün milyonlarca kullanıcının etkinliğine ev sahipliği yapıyor ve on milyarlarca işlem gerçekleştiriyor. Bu işlemlerden kaynaklanan büyük veri genellikle kullanıcı kimliği, işlem tutarı, hesap adresi ve bakiye gibi hassas kişisel bilgileri içeriyor. Blok Zinciri'nin açıklığı ve şeffaflığı göz önüne alındığında, depolanan veriler herkesin erişimine açık, bu da çeşitli güvenlik ve gizlilik sorunlarına yol açıyor.
Şu anda bu zorluklarla başa çıkmak için birkaç kriptografi teknolojisi bulunmaktadır; bunlar arasında homomorfik şifreleme, halka imzaları, güvenli çok taraflı hesaplama ve zk-SNARKs yer almaktadır. Bunlar arasında, zk-SNARKs, herhangi bir aracılık verisi açıklanmadan belirli önermelerin doğruluğunu doğrulamaya olanak tanıyan daha kapsamlı bir çözümdür. ZKP aracılığıyla, doğrulayıcı, herhangi bir özel işlem verisi sızdırmadan, kanıtlayıcının yeterli işlem miktarına sahip olup olmadığını doğrulayabilir.
ZKP'nin bu özelliği, onu Blok Zinciri işlemleri ve kripto para uygulamalarında merkezi bir rol oynamasını sağlar, özellikle gizlilik koruma ve ağ genişletme açısından, bu da onu hem akademik araştırmaların odak noktası hem de endüstri uygulamaları ve risk sermayesi için önemli bir alan haline getirir. ZkSync, StarkNet, Mina gibi ZKP tabanlı ağ projelerinin peş peşe ortaya çıkmasıyla, ZKP ile ilgili algoritma yenilikleri sürekli olarak ortaya çıkmaktadır. Ayrıca, ZKP ile ilgili donanım geliştirme de hızla ilerlemektedir, ZKP için optimize edilmiş çipler dahil.
Bu gelişmeler, zk-SNARKs teknolojisinin yalnızca kriptografi alanında önemli bir atılım değil, aynı zamanda daha geniş blok zinciri teknolojisi uygulamalarını gerçekleştirmek için kritik bir itici güç olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, bu makale ZKP ile ilgili bilgileri sistematik olarak derlemeyi amaçlamaktadır ve gelecekteki yatırım kararlarını desteklemektedir. ZKP ile ilgili temel akademik makaleleri ve önde gelen projelerin verilerini kapsamlı bir şekilde inceledik ve bu makalenin yazımı için sağlam bir temel sağladık.
Bir. zk-SNARKs Temel Bilgiler
1. Genel Bakış
1985 yılında, Goldwasser, Micali ve Rackoff ilk kez zk-SNARKs(ZKP) ve etkileşimli bilgi kanıtı(IZK) kavramlarını ortaya koydular. Onlar "bilgiyi" "hesaplanamaz bir çıktının" olarak tanımladılar, yani bilgi, genellikle NP problemleri olarak anlaşılabilen karmaşık bir fonksiyonun çıktısı olmalıdır. ZKP sisteminin üç temel özelliği vardır:
Tamlık: Eğer kanıt doğruysa, dürüst bir kanıtlayıcı dürüst bir doğrulayıcıyı bu gerçeğe ikna edebilir.
Güvenilirlik: Eğer ispatlayıcı beyanın içeriğini bilmiyorsa, doğrulayıcıyı yalnızca çok düşük bir olasılıkla kandırabilir.
Sıfır Bilgi: Kanıt süreci tamamlandıktan sonra, doğrulayıcı yalnızca "kanıtlayıcının bu bilgiye sahip olduğu" bilgisini alır ve herhangi bir ek içerik elde edemez.
2. zk-SNARKs örneği
ZKP ve özelliklerini daha iyi anlamak için, aşağıda bir doğrulayıcının belirli gizli bilgilere sahip olup olmadığını kontrol etmek için bir örnek verilmiştir. Bu örnek, kurulum, meydan okuma ve yanıt olmak üzere üç aşamaya ayrılmaktadır:
İlk adım: Ayarları yap Kanıtlayıcı, iki büyük asal sayı p ve q seçer, n = p * q'yu hesaplar. Rastgele bir tamsayı r seçer, x = r^2 mod n'yi hesaplar ve doğrulayıcıya gönderir.
İkinci Adım: Mücadele Doğrulayıcı rastgele bir yer a(0 veya 1) seçer, kanıtlayıcıya gönderir.
Üçüncü adım: Yanıt a'nın değerine göre, kanıtlayıcı yanıtı hesaplar ve gönderir: Eğer a=0 ise, r gönder Eğer a=1 ise, y=r*s mod n hesaplayın ve gönderin.
Doğrulayıcılar alınan yanıtları doğrulamak için işlem yapar. Bu süreç, kanıtlayıcının tahmin yoluyla doğrulamadan geçme olasılığını azaltmak için birden fazla kez tekrarlanabilir.
İki, etkileşimsiz zk-SNARKs
1. Arka Plan
Geleneksel ZKP genellikle kimlik doğrulama için birden fazla etkileşim gerektirir. Ancak, anlık işlem veya oylama gibi bazı senaryolar, birden fazla etkileşimin gerçekleştirilemeyeceği durumları içerir; özellikle Blok Zinciri uygulamalarında, çevrimdışı doğrulama işlevi son derece önemlidir.
2. NIZK'nin ortaya çıkışı
1988 yılında, Blum, Feldman ve Micali, etkileşimsiz sıfır bilgi ( NIZK ) kanıtlarının kavramını ilk kez ortaya koydular ve çoklu etkileşim gerekmeksizin, kanıtlayıcı ile doğrulayıcı arasında kimlik doğrulama sürecinin tamamlanabileceğini kanıtladılar. NIZK, kurulum, hesaplama ve doğrulama olmak üzere üç aşamaya ayrılabilir.
3. Fiat-Shamir Dönüşümü
Fiat-Shamir dönüşümü, etkileşimli ZKP'yi etkileşimsiz bir yönteme dönüştüren bir yöntemdir. Bu yöntem, etkileşim sayısını azaltmak için bir hash fonksiyonu kullanarak güvenlik varsayımlarına dayanarak kanıtın gerçekliğini ve taklit edilmesinin zorluğunu garanti eder.
4. Jens Groth ve Araştırmaları
Jens Groth'un araştırmaları, ZKP'nin kriptografi ve Blok Zinciri teknolojilerindeki uygulamalarını büyük ölçüde ilerletti. Herhangi bir NP diline uygun mükemmel NIZK sistemi önerdi ve CRS ile kanıtların boyutunu önemli ölçüde azaltan sade ve etkili bir NIZK sistemi tasarladı.
5. Diğer Araştırmalar
Diğer araştırmalar arasında Cramer ve Shoup'un genel hash fonksiyonunu kullanarak geliştirdiği genel anahtar şifreleme şeması, Damgård ve diğerlerinin geliştirdiği iyileştirilmiş Fiat-Shamir dönüşümü yöntemi ve Ventre ve Visconti'nin önerdiği "zayıf atfedilebilir güvenilirlik" kavramı gibi konular bulunmaktadır.
Üç, devre tabanlı zk-SNARKs
1. Arka Plan
Yüksek paralelleştirme ve belirli türde hesaplama görevleri gerektiren durumlarda, geleneksel Turing makinesi modeli belirli sınırlılıklar göstermektedir. Buna karşın, devre modeli, kendine özgü hesaplama yapısı avantajları ile belirli bazı kriptografik işleme görevleri için daha uygundur.
2. Devre modeli temel kavramları ve özellikleri
Devre modelleri esasen iki ana türe ayrılır:
3. zk-SNARKs'taki devre tasarımı ve uygulamaları
ZKP sisteminde, devre tasarımı süreci, kanıtlanacak problemi bir devre olarak ifade etmeyi ve hesaplama sonuçlarının doğruluğunu sağlamak için çok terimli kısıtlamalar kullanmayı içerir. Bu süreç, problem ifadesi, devre optimizasyonu, çok terimli gösterime dönüşüm, ortak referans dizisi (CRS) oluşturma ve kanıt oluşturma ile doğrulama aşamalarını kapsar.
4. Potansiyel Eksiklikler ve Zorluklar
Devre tabanlı ZKP'nin karşılaştığı başlıca zorluklar arasında devre karmaşıklığı ve ölçeği, optimizasyon zorluğu, belirli hesaplama görevlerine uyum sağlama, kriptografi algoritmalarının uygulanma zorluğu ve kaynak tüketimi gibi sorunlar bulunmaktadır. Çözümler arasında devre sıkıştırma teknikleri, modüler tasarım ve donanım hızlandırma gibi yöntemler yer almaktadır.
Dört, zk-SNARKs modeli
1. Arka Plan
Devre tabanlı ZKP'nin genel geçerliliği zayıftır, belirli problemler için yeni modeller ve algoritmalar geliştirilmesi gerekmektedir. Mevcut çeşitli yüksek seviyeli dil derleyicileri ve düşük seviyeli devre kombinasyon araçları devre oluşturma ve tasarım algoritmaları için kullanılmaktadır.
2. Yaygın Algoritma Modelleri
Ana ZKP modelleri şunlardır:
3. Doğrusal PCP ve Ayrık Logaritma Problemi Temelli Çözüm
Bu tür çözümler şunları içerir:
4. Sıradan İnsanların Kanıtına Dayalı Çözüm
5. Olasılığa Dayalı Doğrulanabilir Kanıt ( PCP )'in zk-SNARKs'i
6. CPC( genel kanıt yapısına dayalı yapılandırma aşaması ile sınıflandırma
) Beş, zk-SNARKs sanal makinesinin genel görünümü ve gelişimi
1. Arka Plan
ZKVM, ZKP'ye odaklanan bir sanal makinedir, geleneksel VM'nin işlevselliğini genişletir, ZKP devrelerinin geliştirilme eşiğini evrensel olarak düşürebilir ve herhangi bir uygulama veya hesaplama için anında kanıt oluşturabilir.
2. Mevcut ZKVM Sınıflandırması
Başlıca üç kategoriye ayrılır:
3. Ön Uç ve Arka Uç Paradigması
ZKP sistemi genellikle iki kısma ayrılabilir: ön uç ve arka uç. Ön uç, yüksek seviyeli dili temsil etmek için düşük seviyeli dilleri kullanırken, arka uç ise kriptografik kanıt sistemidir; ön uç tarafından oluşturulan düşük seviyeli dilde tanımlanan devreleri kanıt üretmek ve doğruluğu doğrulamak için dönüştürür.
4. ZKVM paradigmasının avantajları ve dezavantajları
Avantajlar arasında mevcut ISA'nın kullanılması, tek bir devrenin birden fazla programı desteklemesi, tekrarlayan yapıdaki devreler gibi özellikler bulunmaktadır. Dezavantajlar arasında ise evrenselliğin getirdiği maliyet, yüksek işletim maliyeti, yüksek kanıt maliyeti gibi unsurlar bulunmaktadır.
Altı, zk-SNARKs Ethereum Sanal Makinesi'nin Genel Görünümü ve Gelişimi
1. Arka Plan
ZKEVM, Ethereum için tasarlanmıştır ve esas olarak akıllı sözleşme yürütmelerinin doğruluğunu doğrulamak için kullanılırken, aynı zamanda işlem gizliliğini korur. Önde gelen ZKEVM çözümleri arasında STARKWARE, ZkSync, Polygen-Hermez, Scroll gibi çözümler bulunmaktadır.
2. ZKEVM'in Çalışma Prensibi
ZKEVM'in iş akışı, düğüm programı işlemleri, ZK kanıtı üretimi, kanıtların birleştirilmesi, L1 sözleşmesine gönderilmesi gibi adımları içerir.
3. ZKEVM'nin uygulanma süreci
Uygulama süreci, verileri alma, verileri işleme, kanıt oluşturma, kanıtı yineleme ve kanıtı gönderme gibi adımları içerir.
4. ZKEVM'nin Özellikleri
ZKEVM'nin başlıca özellikleri arasında işlem işleme kapasitesinin artırılması, gizlilik koruma ve etkili doğrulama gibi unsurlar bulunmaktadır.
Yedi, zk-SNARKs İkincil Ağ Çözümü Genel Görünümü ve Gelişimi
1. Arka Plan
ZK Rollup, bir tür Blok