Lịch sử và ứng dụng của zk-SNARK

Một, sự phát triển của zk-SNARK.

Hệ thống chứng minh không kiến thức (零知识证明) lần đầu tiên xuất phát từ bài báo của Goldwasser, Micali và Rackoff vào năm 1985, bài báo này khám phá lượng kiến thức cần trao đổi để chứng minh tính đúng đắn trong các hệ thống tương tác. Nếu việc trao đổi không kiến thức có thể được thực hiện, nó được gọi là chứng minh không kiến thức. Các hệ thống chứng minh không kiến thức ban đầu có hiệu suất và khả năng sử dụng chưa đủ, chủ yếu vẫn dừng lại ở cấp độ lý thuyết.

Trong mười năm qua, zk-SNARK đã phát triển nhanh chóng, trở thành một hướng quan trọng trong lĩnh vực mật mã học. Trong đó, phát triển các giao thức zk-SNARK chung, không tương tác và có kích thước bằng chứng nhỏ là một trong những hướng khám phá chính. zk-SNARK cần phải cân bằng giữa tốc độ chứng minh, tốc độ xác minh và kích thước bằng chứng.

Bài báo của Groth năm 2010 là một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực ZKP, đặt nền tảng lý thuyết cho zk-SNARK. Năm 2015, Zcash đã ứng dụng zk-SNARK để bảo vệ quyền riêng tư giao dịch, mở ra ứng dụng rộng rãi cho ZKP.

Các thành tựu học thuật quan trọng khác bao gồm:

• Giao thức Pinocchio năm 2013
• Thuật toán Groth16 năm 2016
• Thuật toán Bulletproofs năm 2017
• Giao thức zk-STARKs năm 2018

Ngoài ra, PLONK, Halo2 cũng là những tiến bộ quan trọng trong lĩnh vực ZKP.

Hai, ứng dụng của zk-SNARK

zk-SNARK chủ yếu được ứng dụng trong hai lĩnh vực bảo vệ quyền riêng tư và mở rộng.

Bảo vệ quyền riêng tư

Các dự án giao dịch riêng tư sớm như Zcash và Monero nổi bật hơn, nhưng hiện nay đã dần dần mờ nhạt trong tầm nhìn chính thống. Zcash sử dụng zk-SNARKs để thực hiện giao dịch riêng tư, các bước chính bao gồm thiết lập hệ thống, tạo khóa, đúc tiền, giao dịch, xác minh và nhận.

Tornado Cash sử dụng một bể tiền tệ lớn duy nhất, dựa trên mạng Ethereum, áp dụng zk-SNARK để đảm bảo bảo mật. Các tính năng chính của nó bao gồm chỉ có tiền gửi mới có thể rút, tiền không thể rút lại, chứng minh và thông báo hủy bỏ được liên kết với nhau.

So với việc mở rộng, việc thực hiện bảo vệ quyền riêng tư tương đối dễ dàng. Nếu kế hoạch mở rộng thành công, bảo vệ quyền riêng tư cơ bản sẽ không trở thành vấn đề.

mở rộng

Mở rộng ZK có thể được thực hiện trên mạng lớp một hoặc lớp hai. ZK rollup là một giải pháp mở rộng lớp hai quan trọng, bao gồm hai loại vai trò là Sequencer và Aggregator. Sequencer chịu trách nhiệm đóng gói giao dịch, Aggregator hợp nhất giao dịch và tạo ra chứng minh ZK, cập nhật cây trạng thái Ethereum.

Ưu điểm của ZK rollup là chi phí thấp, tính cuối cùng nhanh chóng, nhược điểm là khối lượng tính toán lớn, cần thiết lập đáng tin cậy. Hiện tại, các dự án ZK rollup chính bao gồm StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez/Miden, Loopring, Scroll.

Hướng đi công nghệ chủ yếu chọn giữa SNARK( và phiên bản cải tiến ) cùng với STARK, cũng như mức độ hỗ trợ cho EVM. Tính tương thích EVM là một vấn đề then chốt, ảnh hưởng đến hệ sinh thái phát triển và cấu trúc cạnh tranh.

Ba, nguyên lý cơ bản của ZK-SNARK

ZK-SNARK có ba đặc điểm là tính toàn vẹn, độ tin cậy và tính không biết. Nguyên lý thực hiện của nó chủ yếu bao gồm:

1. Chuyển đổi vấn đề thành mạch điện
2. Chuyển đổi mạch thành dạng R1CS
3. Chuyển R1CS sang dạng QAP
4. Thiết lập trusted setup, tạo tham số ngẫu nhiên
5. Tạo và xác minh chứng zk-SNARK

Sự phát triển, ứng dụng của zk-SNARK và mối quan hệ với ZK-STARK sẽ được thảo luận sâu hơn trong thời gian tới.