zk-SNARKs en la Cadena de bloques: aplicaciones y desarrollo
La tecnología de pruebas de conocimiento cero (ZKP), como una importante innovación criptográfica en el campo de la cadena de bloques, ha recibido una amplia atención en los últimos años. Este artículo ofrece una revisión completa de la evolución de la tecnología ZKP, sus principios básicos y su aplicación en la cadena de bloques.
Uno, fundamentos de zk-SNARKs
La prueba de conocimiento cero fue propuesta por Goldwasser y otros en 1985, y es un sistema de prueba interactivo que permite al probador demostrar a un verificador que una afirmación es verdadera sin revelar ninguna información más allá de la veracidad de dicha afirmación. ZKP tiene tres características básicas: completitud, fiabilidad y propiedad de conocimiento cero.
Un escenario típico de aplicación de ZKP es cuando el probador demuestra al verificador que conoce un número secreto, pero no revela el número en sí. Esto se logra a través de tres pasos: configuración, desafío y respuesta, utilizando técnicas matemáticas que permiten al verificador confirmar que el probador realmente posee ese secreto, mientras que no puede conocer el valor específico.
Dos, zk-SNARKs no interactivos
Los ZKP tradicionales requieren múltiples interacciones, lo que presenta limitaciones en ciertos escenarios de aplicación. En 1988, Blum y otros propusieron el concepto de prueba de conocimiento cero no interactiva (NIZK), que permite a los probadores y verificadores completar la autenticación sin múltiples interacciones. NIZK se implementa introduciendo un modelo de cadena de bloques de referencia pública (CRS).
Después de esto, se propusieron métodos como la transformación Fiat-Shamir para convertir ZKP interactivos en no interactivos. Groth y otros realizaron una serie de mejoras sobre esta base, proponiendo esquemas NIZK más eficientes.
Tres, Pruebas de conocimiento cero basadas en circuitos
El sistema ZKP basado en circuitos es una importante forma de implementación, que representa el problema de cálculo a demostrar en forma de circuito. Este método incluye pasos como convertir el problema en un circuito, optimizar el diseño del circuito y generar representaciones polinómicas.
A pesar de que los métodos basados en circuitos son universales, pueden enfrentar desafíos como el tamaño excesivo de los circuitos y la dificultad de optimización al manejar tareas de cálculo complejas. Por lo tanto, para diferentes escenarios de aplicación, los investigadores han propuesto varios modelos de ZKP mejorados.
Cuatro, principales modelos de zk-SNARKs
zk-SNARKs: un sistema de prueba de conocimiento cero no interactivo y conciso, con un tamaño de prueba reducido y una velocidad de verificación rápida.
Bulletproofs: modelo ZKP que no requiere una configuración de confianza, especialmente adecuado para pruebas de rango.
STARK: sistema de zk-SNARKs escalable y transparente, con seguridad contra ataques cuánticos.
Plonk: un esquema zk-SNARK general, que soporta configuraciones generales y actualizables.
Marlin: combina la eficiencia de los sistemas de prueba algebraica con configuraciones actualizables y generales.
Estos modelos tienen características diferentes y son adecuados para diferentes escenarios de aplicación. Los investigadores continúan explorando nuevos modelos de zk-SNARKs para mejorar la eficiencia y la seguridad.
Cinco, zk-SNARKs virtual machine
La máquina virtual zk-SNARKs ( ZKVM ) es un entorno de máquina virtual diseñado específicamente para generar y verificar zk-SNARKs. La aparición de ZKVM ha reducido la barrera de entrada para el desarrollo de circuitos de zk-SNARKs, permitiendo a los desarrolladores construir aplicaciones basadas en ZKP de manera más conveniente.
Actualmente, las implementaciones de ZKVM más comunes incluyen:
RISCZero: ZKVM basado en el conjunto de instrucciones RISC-V.
Cairo-VM: Máquina virtual optimizada para zk-SNARKs.
zkWASM: ZKVM que soporta el conjunto de instrucciones de WebAssembly.
Estos ZKVM tienen diferentes conceptos de diseño y escenarios de aplicación, ofreciendo a los desarrolladores una variedad de opciones.
Seis, zk-SNARKs Máquina Virtual de Ethereum
zk-SNARKs Ethereum Virtual Machine ( zkEVM ) está diseñado específicamente para Ethereum ZKVM, con el objetivo de verificar la corrección de la ejecución de contratos inteligentes y proteger la privacidad de las transacciones. zkEVM convierte el conjunto de instrucciones de Ethereum para ejecutarse en el sistema ZK, donde cada instrucción debe proporcionar una prueba.
Actualmente, las soluciones zkEVM más populares incluyen STARKWARE, zkSync, Polygon-Hermez y Scroll. Estas soluciones presentan diferencias en compatibilidad con EVM y en sus métodos de implementación, ofreciendo diversas opciones para la escalabilidad y la protección de la privacidad de Ethereum.
Siete, solución de red de segunda capa zk-SNARKs
La solución de red de segunda capa de zk-SNARKs ( ZK Rollup ) es una solución de escalado de cadena de bloques basada en la tecnología ZKP. ZK Rollup mejora significativamente la eficiencia del procesamiento de transacciones y el rendimiento al ejecutar transacciones fuera de la cadena y generar pruebas de validez.
Para optimizar aún más el rendimiento de ZK Rollup, los investigadores han propuesto varias soluciones de mejora:
Optimizar el cálculo del algoritmo de contraseña
Mezcla de Optimistic y zk-SNARKs Rollup
Desarrollar zkEVM específico
Aceleración de hardware
Estas soluciones de optimización mejoran la eficiencia y escalabilidad de ZK Rollup desde diferentes ángulos.
Ocho, dirección de desarrollo futura
Aceleración del entorno de cálculo: desarrollar hardware especializado como ZK-ASIC y coprocesadores ZK, para mejorar la eficiencia de generación y verificación de zk-SNARKs.
ZKML: Combinar la tecnología ZKP con el aprendizaje automático para lograr el entrenamiento y la inferencia de modelos bajo protección de la privacidad.
ZK Sharding: Combinando ZKP y la tecnología de fragmentación, mejora la escalabilidad de la Cadena de bloques.
Canales de estado ZK: utilizar ZKP para mejorar la privacidad y seguridad de los canales de estado.
Interoperabilidad entre cadenas: desarrollar un protocolo de comunicación entre cadenas basado en ZKP para lograr un intercambio seguro de datos entre diferentes Cadena de bloques.
Estas nuevas tecnologías y conceptos muestran el amplio potencial de aplicación de ZKP en el campo de la Cadena de bloques. A medida que la investigación avanza y la tecnología madura, se espera que ZKP desempeñe un papel aún más importante en la mejora de la eficiencia de los sistemas de Cadena de bloques, la protección de la privacidad y la interoperabilidad.
Conclusión
La tecnología de zk-SNARKs, como un importante avance en el campo de la criptografía, muestra un gran potencial en las aplicaciones de la cadena de bloques. A través de un análisis exhaustivo de la teoría básica de ZKP, los principales modelos, la implementación en máquinas virtuales y los esquemas de escalado de Layer 2, este artículo demuestra el papel clave de la tecnología ZKP en la mejora de la eficiencia y la seguridad de los sistemas de cadena de bloques.
En el futuro, con el desarrollo de nuevas tecnologías como la aceleración de hardware y ZKML, se espera que ZKP desempeñe un papel en una gama más amplia de campos. Sin embargo, en la aplicación práctica, aún se deben sopesar factores como la eficiencia, la seguridad y la usabilidad. En general, la innovación continua de la tecnología ZKP proporcionará un sólido apoyo técnico para el desarrollo del ecosistema de la Cadena de bloques.
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SillyWhale
· Hace24m
No entiendo nada, solo siento que es increíble.
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AirdropHunterWang
· 07-25 12:03
Este día es de cero conocimiento, ¿me puedes dar un poco de Airdrop de moneda, entiendes?
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RektCoaster
· 07-25 11:59
La privacidad aún depende del conocimiento cero, amigo.
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ChainPoet
· 07-25 11:54
¡Increíble! La protección de la privacidad depende de él.
Tecnología de zk-SNARKs: Motor clave de la eficiencia y privacidad de la Cadena de bloques
zk-SNARKs en la Cadena de bloques: aplicaciones y desarrollo
La tecnología de pruebas de conocimiento cero (ZKP), como una importante innovación criptográfica en el campo de la cadena de bloques, ha recibido una amplia atención en los últimos años. Este artículo ofrece una revisión completa de la evolución de la tecnología ZKP, sus principios básicos y su aplicación en la cadena de bloques.
Uno, fundamentos de zk-SNARKs
La prueba de conocimiento cero fue propuesta por Goldwasser y otros en 1985, y es un sistema de prueba interactivo que permite al probador demostrar a un verificador que una afirmación es verdadera sin revelar ninguna información más allá de la veracidad de dicha afirmación. ZKP tiene tres características básicas: completitud, fiabilidad y propiedad de conocimiento cero.
Un escenario típico de aplicación de ZKP es cuando el probador demuestra al verificador que conoce un número secreto, pero no revela el número en sí. Esto se logra a través de tres pasos: configuración, desafío y respuesta, utilizando técnicas matemáticas que permiten al verificador confirmar que el probador realmente posee ese secreto, mientras que no puede conocer el valor específico.
Dos, zk-SNARKs no interactivos
Los ZKP tradicionales requieren múltiples interacciones, lo que presenta limitaciones en ciertos escenarios de aplicación. En 1988, Blum y otros propusieron el concepto de prueba de conocimiento cero no interactiva (NIZK), que permite a los probadores y verificadores completar la autenticación sin múltiples interacciones. NIZK se implementa introduciendo un modelo de cadena de bloques de referencia pública (CRS).
Después de esto, se propusieron métodos como la transformación Fiat-Shamir para convertir ZKP interactivos en no interactivos. Groth y otros realizaron una serie de mejoras sobre esta base, proponiendo esquemas NIZK más eficientes.
Tres, Pruebas de conocimiento cero basadas en circuitos
El sistema ZKP basado en circuitos es una importante forma de implementación, que representa el problema de cálculo a demostrar en forma de circuito. Este método incluye pasos como convertir el problema en un circuito, optimizar el diseño del circuito y generar representaciones polinómicas.
A pesar de que los métodos basados en circuitos son universales, pueden enfrentar desafíos como el tamaño excesivo de los circuitos y la dificultad de optimización al manejar tareas de cálculo complejas. Por lo tanto, para diferentes escenarios de aplicación, los investigadores han propuesto varios modelos de ZKP mejorados.
Cuatro, principales modelos de zk-SNARKs
zk-SNARKs: un sistema de prueba de conocimiento cero no interactivo y conciso, con un tamaño de prueba reducido y una velocidad de verificación rápida.
Bulletproofs: modelo ZKP que no requiere una configuración de confianza, especialmente adecuado para pruebas de rango.
STARK: sistema de zk-SNARKs escalable y transparente, con seguridad contra ataques cuánticos.
Plonk: un esquema zk-SNARK general, que soporta configuraciones generales y actualizables.
Marlin: combina la eficiencia de los sistemas de prueba algebraica con configuraciones actualizables y generales.
Estos modelos tienen características diferentes y son adecuados para diferentes escenarios de aplicación. Los investigadores continúan explorando nuevos modelos de zk-SNARKs para mejorar la eficiencia y la seguridad.
Cinco, zk-SNARKs virtual machine
La máquina virtual zk-SNARKs ( ZKVM ) es un entorno de máquina virtual diseñado específicamente para generar y verificar zk-SNARKs. La aparición de ZKVM ha reducido la barrera de entrada para el desarrollo de circuitos de zk-SNARKs, permitiendo a los desarrolladores construir aplicaciones basadas en ZKP de manera más conveniente.
Actualmente, las implementaciones de ZKVM más comunes incluyen:
RISCZero: ZKVM basado en el conjunto de instrucciones RISC-V.
Cairo-VM: Máquina virtual optimizada para zk-SNARKs.
zkWASM: ZKVM que soporta el conjunto de instrucciones de WebAssembly.
Estos ZKVM tienen diferentes conceptos de diseño y escenarios de aplicación, ofreciendo a los desarrolladores una variedad de opciones.
Seis, zk-SNARKs Máquina Virtual de Ethereum
zk-SNARKs Ethereum Virtual Machine ( zkEVM ) está diseñado específicamente para Ethereum ZKVM, con el objetivo de verificar la corrección de la ejecución de contratos inteligentes y proteger la privacidad de las transacciones. zkEVM convierte el conjunto de instrucciones de Ethereum para ejecutarse en el sistema ZK, donde cada instrucción debe proporcionar una prueba.
Actualmente, las soluciones zkEVM más populares incluyen STARKWARE, zkSync, Polygon-Hermez y Scroll. Estas soluciones presentan diferencias en compatibilidad con EVM y en sus métodos de implementación, ofreciendo diversas opciones para la escalabilidad y la protección de la privacidad de Ethereum.
Siete, solución de red de segunda capa zk-SNARKs
La solución de red de segunda capa de zk-SNARKs ( ZK Rollup ) es una solución de escalado de cadena de bloques basada en la tecnología ZKP. ZK Rollup mejora significativamente la eficiencia del procesamiento de transacciones y el rendimiento al ejecutar transacciones fuera de la cadena y generar pruebas de validez.
Para optimizar aún más el rendimiento de ZK Rollup, los investigadores han propuesto varias soluciones de mejora:
Estas soluciones de optimización mejoran la eficiencia y escalabilidad de ZK Rollup desde diferentes ángulos.
Ocho, dirección de desarrollo futura
Aceleración del entorno de cálculo: desarrollar hardware especializado como ZK-ASIC y coprocesadores ZK, para mejorar la eficiencia de generación y verificación de zk-SNARKs.
ZKML: Combinar la tecnología ZKP con el aprendizaje automático para lograr el entrenamiento y la inferencia de modelos bajo protección de la privacidad.
ZK Sharding: Combinando ZKP y la tecnología de fragmentación, mejora la escalabilidad de la Cadena de bloques.
Canales de estado ZK: utilizar ZKP para mejorar la privacidad y seguridad de los canales de estado.
Interoperabilidad entre cadenas: desarrollar un protocolo de comunicación entre cadenas basado en ZKP para lograr un intercambio seguro de datos entre diferentes Cadena de bloques.
Estas nuevas tecnologías y conceptos muestran el amplio potencial de aplicación de ZKP en el campo de la Cadena de bloques. A medida que la investigación avanza y la tecnología madura, se espera que ZKP desempeñe un papel aún más importante en la mejora de la eficiencia de los sistemas de Cadena de bloques, la protección de la privacidad y la interoperabilidad.
Conclusión
La tecnología de zk-SNARKs, como un importante avance en el campo de la criptografía, muestra un gran potencial en las aplicaciones de la cadena de bloques. A través de un análisis exhaustivo de la teoría básica de ZKP, los principales modelos, la implementación en máquinas virtuales y los esquemas de escalado de Layer 2, este artículo demuestra el papel clave de la tecnología ZKP en la mejora de la eficiencia y la seguridad de los sistemas de cadena de bloques.
En el futuro, con el desarrollo de nuevas tecnologías como la aceleración de hardware y ZKML, se espera que ZKP desempeñe un papel en una gama más amplia de campos. Sin embargo, en la aplicación práctica, aún se deben sopesar factores como la eficiencia, la seguridad y la usabilidad. En general, la innovación continua de la tecnología ZKP proporcionará un sólido apoyo técnico para el desarrollo del ecosistema de la Cadena de bloques.