zk-SNARKs تقنية في مجال البلوكتشين وتطبيقها وتطورها
تكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية (ZKP) كابتكار رياضي مهم في مجال البلوكتشين ، قد جذبت اهتمامًا واسعًا في السنوات الأخيرة. تستعرض هذه المقالة تطور تكنولوجيا ZKP ، والمبادئ الأساسية لها ، وتطبيقاتها في البلوكتشين.
١. zk-SNARKs الأساسية
تمت الإشارة إلى zk-SNARKs لأول مرة من قبل Goldwasser وآخرين في عام 1985، وهو نظام إثبات تفاعلي يسمح للبرهان بإثبات صحة عبارة ما للمدقق دون الكشف عن أي معلومات بخلاف صحة هذه العبارة. تحتوي zk-SNARKs على ثلاثة خصائص أساسية: الاكتمال، والموثوقية، والخصوصية.
أحد التطبيقات النموذجية لـ zk-SNARKs هو أن المُثبت يثبت للمُتحقق أنه يعرف رقم سري معين، دون الكشف عن الرقم نفسه. يتم تحقيق ذلك من خلال ثلاث خطوات: الإعداد، والتحدي، والاستجابة، باستخدام تقنيات رياضية تتيح للمُتحقق التأكد من أن المُثبت يمتلك فعلاً هذا السر، بينما لا يمكنه معرفة القيمة المحددة.
٢، إثبات المعرفة الصفرية غير التفاعلي
تتطلب إثباتات المعرفة الصفرية التقليدية تفاعلات متعددة، مما يفرض قيوداً في بعض سيناريوهات التطبيقات. في عام 1988، اقترح بلوم وآخرون مفهوم إثبات المعرفة الصفرية غير التفاعلي (NIZK)، مما يسمح للموثّق والمتحقق بإكمال عملية التحقق دون الحاجة إلى تفاعلات متعددة. يتم تحقيق NIZK من خلال تقديم نموذج سلسلة مرجعية عامة (CRS).
بعد ذلك، تم اقتراح طرق مثل تحويل فيات-شامير، لتحويل zk-SNARKs التفاعلية إلى غير تفاعلية. قام غروث وآخرون بإجراء سلسلة من التحسينات على هذا الأساس، واقترحوا خطط NIZK أكثر كفاءة.
ثلاثة، إثبات المعرفة الصفرية القائم على الدائرة
نظام ZKP القائم على الدوائر هو نوع مهم من طرق التنفيذ، حيث يتم تمثيل مشكلة الحساب التي تحتاج إلى إثبات على شكل دائرة. تشمل هذه الطريقة تحويل المشكلة إلى دائرة، وتحسين تصميم الدائرة، وإنشاء تمثيل متعدد الحدود، وغيرها من الخطوات.
على الرغم من أن الطريقة القائمة على الدوائر تتمتع بالعمومية، إلا أنها قد تواجه تحديات مثل حجم الدائرة الكبير وصعوبة تحسينها عند معالجة مهام حسابية معقدة. لذلك، قدم الباحثون نماذج ZKP محسّنة لمختلف سيناريوهات التطبيق.
أربعة، النماذج الرئيسية للzk-SNARKs
zkSNARK: نظام بسيط لإثبات عدم المعرفة غير التفاعلي، يتميز بحجم إثبات صغير وسرعة تحقق سريعة.
Bulletproofs: نموذج ZKP بدون إعداد موثوق، مناسب بشكل خاص لإثبات النطاق.
STARK: نظام zk-SNARKs قابل للتوسع وشفاف، ويتميز بالأمان ضد الكم.
Plonk:方案 zk-SNARKs العامة، تدعم الإعدادات العامة والقابلة للتحديث.
Marlin: يجمع بين كفاءة نظام إثبات الجبر وإعدادات التحديث العامة.
تتميز هذه النماذج بخصائص مختلفة، وهي مناسبة لمجالات تطبيق مختلفة. لا يزال الباحثون يستكشفون نماذج ZKP جديدة لتحسين الكفاءة والأمان.
خمسة، zk-SNARKs الافتراضية
البلوكتشين ( ZKVM ) هو بيئة افتراضية مصممة خصيصًا لإنشاء والتحقق من zk-SNARKs. ظهور ZKVM قد خفض من عتبة تطوير الدوائر ذات المعرفة الصفرية، مما يمكّن المطورين من بناء تطبيقات تعتمد على ZKP بسهولة أكبر.
تتضمن تطبيقات ZKVM الشائعة حالياً:
RISCZero: ZKVM المستندة إلى مجموعة تعليمات RISC-V.
Cairo-VM: آلة افتراضية محسّنة للzk-SNARKs.
zkWASM: يدعم مجموعة تعليمات WebAssembly ZKVM.
تختلف هذه ZKVM في فلسفة التصميم وسيناريوهات الاستخدام، مما يوفر للمطورين خيارات متنوعة.
ستة، zk-SNARKs إيثريوم الافتراضية
البلوكتشين ( zkEVM) هو جهاز افتراضي مصمم خصيصًا لEthereum ZKVM، يهدف إلى التحقق من صحة تنفيذ العقود الذكية وحماية خصوصية المعاملات. تقوم zkEVM بتحويل مجموعة التعليمات الخاصة بـEthereum إلى نظام ZK للتنفيذ، ويتعين تقديم دليل لكل تعليمات.
تشمل الحلول الشائعة الحالية للـ zkEVM كل من STARKWARE و zkSync و Polygon-Hermez و Scroll. توجد اختلافات في التوافق مع EVM وطرق التنفيذ بين هذه الحلول، مما يوفر خيارات متعددة لتوسيع نطاق Ethereum وحماية الخصوصية.
سبعة، zk-SNARKs طبقة الثانية شبكة方案
خطط الشبكة من الطبقة الثانية القائمة على zk-SNARKs ( ZK Rollup ) هي حل لتوسيع البلوكتشين قائم على تقنية ZKP. ZK Rollup يزيد بشكل كبير من كفاءة معالجة المعاملات وسعة المعالجة من خلال تنفيذ المعاملات خارج السلسلة وتوليد إثباتات الصلاحية.
لتحسين أداء zk-Rollup، اقترح الباحثون مجموعة متنوعة من الحلول المحسّنة:
تحسين خوارزمية تشفير الحساب
مزيج متفائل و ZK Rollup
تطوير zkEVM مخصص
تسريع الأجهزة
تعمل هذه الحلول التحسينية على تحسين كفاءة ومرونة ZK Rollup من زوايا مختلفة.
ثامناً، اتجاهات التنمية المستقبلية
تسريع بيئة الحساب: تطوير أجهزة مخصصة مثل ZK-ASIC و ZK المعالج المساعد، لزيادة كفاءة توليد و التحقق من zk-SNARKs.
ZKML: دمج تقنية ZKP مع التعلم الآلي لتحقيق تدريب النماذج واستنتاجها تحت حماية الخصوصية.
قنوات الحالة ZK: استخدام zk-SNARKs لتعزيز خصوصية وأمان قنوات الحالة.
التشغيل البيني عبر السلاسل: تطوير بروتوكول اتصالات عبر السلاسل يعتمد على zk-SNARKs، لتحقيق تبادل البيانات بأمان بين مختلف البلوكتشين.
تظهر هذه التقنيات والمفاهيم الناشئة الآفاق الواسعة لتطبيقات ZKP في مجال البلوكتشين. مع تقدم البحث ونضوج التكنولوجيا، من المتوقع أن تلعب ZKP دورًا أكبر في تحسين كفاءة أنظمة البلوكتشين وحماية الخصوصية والقدرة على التشغيل البيني.
الاستنتاج
تُعتبر تقنية zk-SNARKs ك breakthrough مهم في مجال التشفير، حيث تُظهر إمكانيات هائلة في تطبيقات البلوكتشين. من خلال التحليل الشامل لنظرية ZKP الأساسية، والنماذج الرئيسية، وتنفيذ الآلات الافتراضية، وخطط التوسع Layer 2، تُظهر هذه المقالة الدور الحاسم لتقنية ZKP في تعزيز كفاءة وأمان أنظمة البلوكتشين.
في المستقبل، مع تطور التقنيات الناشئة مثل تسريع الأجهزة وZKML، من المتوقع أن تلعب ZKP دورًا في مجالات أوسع. ومع ذلك، لا يزال من الضروري في التطبيقات العملية الموازنة بين العوامل مثل الكفاءة والأمان وقابلية الاستخدام. بشكل عام، ستوفر الابتكارات المستمرة في تقنية ZKP دعمًا تقنيًا قويًا لتطوير نظام البلوكتشين.
قد تحتوي هذه الصفحة على محتوى من جهات خارجية، يتم تقديمه لأغراض إعلامية فقط (وليس كإقرارات/ضمانات)، ولا ينبغي اعتباره موافقة على آرائه من قبل Gate، ولا بمثابة نصيحة مالية أو مهنية. انظر إلى إخلاء المسؤولية للحصول على التفاصيل.
تسجيلات الإعجاب 10
أعجبني
10
5
مشاركة
تعليق
0/400
SillyWhale
· منذ 11 د
لا أفهم شيئًا، لكن أشعر أنه مذهل جدًا.
شاهد النسخة الأصليةرد0
AirdropHunterWang
· 07-25 12:03
هذه الأيام كل شيء عن المعرفة الصفرية، هل يمكنك أن تعطني توزيع مجاني من عملة؟
تقنية zk-SNARKs: المحرك الرئيسي لكفاءة البلوكتشين والخصوصية
zk-SNARKs تقنية في مجال البلوكتشين وتطبيقها وتطورها
تكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية (ZKP) كابتكار رياضي مهم في مجال البلوكتشين ، قد جذبت اهتمامًا واسعًا في السنوات الأخيرة. تستعرض هذه المقالة تطور تكنولوجيا ZKP ، والمبادئ الأساسية لها ، وتطبيقاتها في البلوكتشين.
١. zk-SNARKs الأساسية
تمت الإشارة إلى zk-SNARKs لأول مرة من قبل Goldwasser وآخرين في عام 1985، وهو نظام إثبات تفاعلي يسمح للبرهان بإثبات صحة عبارة ما للمدقق دون الكشف عن أي معلومات بخلاف صحة هذه العبارة. تحتوي zk-SNARKs على ثلاثة خصائص أساسية: الاكتمال، والموثوقية، والخصوصية.
أحد التطبيقات النموذجية لـ zk-SNARKs هو أن المُثبت يثبت للمُتحقق أنه يعرف رقم سري معين، دون الكشف عن الرقم نفسه. يتم تحقيق ذلك من خلال ثلاث خطوات: الإعداد، والتحدي، والاستجابة، باستخدام تقنيات رياضية تتيح للمُتحقق التأكد من أن المُثبت يمتلك فعلاً هذا السر، بينما لا يمكنه معرفة القيمة المحددة.
٢، إثبات المعرفة الصفرية غير التفاعلي
تتطلب إثباتات المعرفة الصفرية التقليدية تفاعلات متعددة، مما يفرض قيوداً في بعض سيناريوهات التطبيقات. في عام 1988، اقترح بلوم وآخرون مفهوم إثبات المعرفة الصفرية غير التفاعلي (NIZK)، مما يسمح للموثّق والمتحقق بإكمال عملية التحقق دون الحاجة إلى تفاعلات متعددة. يتم تحقيق NIZK من خلال تقديم نموذج سلسلة مرجعية عامة (CRS).
بعد ذلك، تم اقتراح طرق مثل تحويل فيات-شامير، لتحويل zk-SNARKs التفاعلية إلى غير تفاعلية. قام غروث وآخرون بإجراء سلسلة من التحسينات على هذا الأساس، واقترحوا خطط NIZK أكثر كفاءة.
ثلاثة، إثبات المعرفة الصفرية القائم على الدائرة
نظام ZKP القائم على الدوائر هو نوع مهم من طرق التنفيذ، حيث يتم تمثيل مشكلة الحساب التي تحتاج إلى إثبات على شكل دائرة. تشمل هذه الطريقة تحويل المشكلة إلى دائرة، وتحسين تصميم الدائرة، وإنشاء تمثيل متعدد الحدود، وغيرها من الخطوات.
على الرغم من أن الطريقة القائمة على الدوائر تتمتع بالعمومية، إلا أنها قد تواجه تحديات مثل حجم الدائرة الكبير وصعوبة تحسينها عند معالجة مهام حسابية معقدة. لذلك، قدم الباحثون نماذج ZKP محسّنة لمختلف سيناريوهات التطبيق.
أربعة، النماذج الرئيسية للzk-SNARKs
zkSNARK: نظام بسيط لإثبات عدم المعرفة غير التفاعلي، يتميز بحجم إثبات صغير وسرعة تحقق سريعة.
Bulletproofs: نموذج ZKP بدون إعداد موثوق، مناسب بشكل خاص لإثبات النطاق.
STARK: نظام zk-SNARKs قابل للتوسع وشفاف، ويتميز بالأمان ضد الكم.
Plonk:方案 zk-SNARKs العامة، تدعم الإعدادات العامة والقابلة للتحديث.
Marlin: يجمع بين كفاءة نظام إثبات الجبر وإعدادات التحديث العامة.
تتميز هذه النماذج بخصائص مختلفة، وهي مناسبة لمجالات تطبيق مختلفة. لا يزال الباحثون يستكشفون نماذج ZKP جديدة لتحسين الكفاءة والأمان.
خمسة، zk-SNARKs الافتراضية
البلوكتشين ( ZKVM ) هو بيئة افتراضية مصممة خصيصًا لإنشاء والتحقق من zk-SNARKs. ظهور ZKVM قد خفض من عتبة تطوير الدوائر ذات المعرفة الصفرية، مما يمكّن المطورين من بناء تطبيقات تعتمد على ZKP بسهولة أكبر.
تتضمن تطبيقات ZKVM الشائعة حالياً:
RISCZero: ZKVM المستندة إلى مجموعة تعليمات RISC-V.
Cairo-VM: آلة افتراضية محسّنة للzk-SNARKs.
zkWASM: يدعم مجموعة تعليمات WebAssembly ZKVM.
تختلف هذه ZKVM في فلسفة التصميم وسيناريوهات الاستخدام، مما يوفر للمطورين خيارات متنوعة.
ستة، zk-SNARKs إيثريوم الافتراضية
البلوكتشين ( zkEVM) هو جهاز افتراضي مصمم خصيصًا لEthereum ZKVM، يهدف إلى التحقق من صحة تنفيذ العقود الذكية وحماية خصوصية المعاملات. تقوم zkEVM بتحويل مجموعة التعليمات الخاصة بـEthereum إلى نظام ZK للتنفيذ، ويتعين تقديم دليل لكل تعليمات.
تشمل الحلول الشائعة الحالية للـ zkEVM كل من STARKWARE و zkSync و Polygon-Hermez و Scroll. توجد اختلافات في التوافق مع EVM وطرق التنفيذ بين هذه الحلول، مما يوفر خيارات متعددة لتوسيع نطاق Ethereum وحماية الخصوصية.
سبعة، zk-SNARKs طبقة الثانية شبكة方案
خطط الشبكة من الطبقة الثانية القائمة على zk-SNARKs ( ZK Rollup ) هي حل لتوسيع البلوكتشين قائم على تقنية ZKP. ZK Rollup يزيد بشكل كبير من كفاءة معالجة المعاملات وسعة المعالجة من خلال تنفيذ المعاملات خارج السلسلة وتوليد إثباتات الصلاحية.
لتحسين أداء zk-Rollup، اقترح الباحثون مجموعة متنوعة من الحلول المحسّنة:
تعمل هذه الحلول التحسينية على تحسين كفاءة ومرونة ZK Rollup من زوايا مختلفة.
ثامناً، اتجاهات التنمية المستقبلية
تسريع بيئة الحساب: تطوير أجهزة مخصصة مثل ZK-ASIC و ZK المعالج المساعد، لزيادة كفاءة توليد و التحقق من zk-SNARKs.
ZKML: دمج تقنية ZKP مع التعلم الآلي لتحقيق تدريب النماذج واستنتاجها تحت حماية الخصوصية.
ZK Sharding: دمج zk-SNARKs وتقنية الشظايا، لتحسين قابلية توسع البلوكتشين.
قنوات الحالة ZK: استخدام zk-SNARKs لتعزيز خصوصية وأمان قنوات الحالة.
التشغيل البيني عبر السلاسل: تطوير بروتوكول اتصالات عبر السلاسل يعتمد على zk-SNARKs، لتحقيق تبادل البيانات بأمان بين مختلف البلوكتشين.
تظهر هذه التقنيات والمفاهيم الناشئة الآفاق الواسعة لتطبيقات ZKP في مجال البلوكتشين. مع تقدم البحث ونضوج التكنولوجيا، من المتوقع أن تلعب ZKP دورًا أكبر في تحسين كفاءة أنظمة البلوكتشين وحماية الخصوصية والقدرة على التشغيل البيني.
الاستنتاج
تُعتبر تقنية zk-SNARKs ك breakthrough مهم في مجال التشفير، حيث تُظهر إمكانيات هائلة في تطبيقات البلوكتشين. من خلال التحليل الشامل لنظرية ZKP الأساسية، والنماذج الرئيسية، وتنفيذ الآلات الافتراضية، وخطط التوسع Layer 2، تُظهر هذه المقالة الدور الحاسم لتقنية ZKP في تعزيز كفاءة وأمان أنظمة البلوكتشين.
في المستقبل، مع تطور التقنيات الناشئة مثل تسريع الأجهزة وZKML، من المتوقع أن تلعب ZKP دورًا في مجالات أوسع. ومع ذلك، لا يزال من الضروري في التطبيقات العملية الموازنة بين العوامل مثل الكفاءة والأمان وقابلية الاستخدام. بشكل عام، ستوفر الابتكارات المستمرة في تقنية ZKP دعمًا تقنيًا قويًا لتطوير نظام البلوكتشين.