Application et développement de la technologie zk-SNARKs dans le domaine de la Blockchain
La technologie de preuve à connaissance nulle (ZKP), en tant qu'innovation cryptographique importante dans le domaine de la blockchain, a suscité une large attention ces dernières années. Cet article présente un aperçu complet de l'évolution de la technologie ZKP, de ses principes de base et de ses applications dans la blockchain.
I. Bases des zk-SNARKs
Les zk-SNARKs ont été proposés pour la première fois par Goldwasser et al. en 1985, et constituent un système de preuve interactif qui permet à un prouveur de prouver à un vérificateur qu'une proposition est vraie, sans révéler d'autre information que la véracité de cette proposition. Les ZKP possèdent trois caractéristiques fondamentales : la complétude, la fiabilité et la propriété de zéro connaissance.
Un scénario d'application typique des zk-SNARKs est que le prouveur prouve au vérificateur qu'il connaît un certain nombre secret, sans révéler ce nombre lui-même. Cela se fait à travers trois étapes : mise en place, défi et réponse, en utilisant des techniques mathématiques permettant au vérificateur de s'assurer que le prouveur possède bien ce secret, tout en ne pouvant pas connaître la valeur exacte.
Deux, preuve de connaissance zéro non interactive
Les ZKP traditionnels nécessitent plusieurs interactions, ce qui pose des limites dans certains scénarios d'application. En 1988, Blum et al. ont proposé le concept de preuve non interactive à connaissance nulle (NIZK), permettant ainsi au prouveur et au vérificateur de compléter l'authentification sans plusieurs interactions. NIZK est réalisé en introduisant le modèle de chaîne de référence publique (CRS).
Par la suite, des méthodes telles que la transformation Fiat-Shamir ont été proposées pour convertir les ZKP interactifs en non interactifs. Groth et al. ont effectué une série d'améliorations sur cette base et ont proposé des schémas NIZK plus efficaces.
Trois, preuve de zéro connaissance basée sur des circuits
Les systèmes ZKP basés sur des circuits sont une classe importante de méthodes de mise en œuvre, qui représentent le problème de calcul à prouver sous forme de circuit. Cette méthode comprend des étapes telles que la conversion du problème en circuit, l'optimisation de la conception du circuit, et la génération de représentations polynomiales.
Bien que les méthodes basées sur les circuits soient universelles, elles peuvent rencontrer des défis tels que la taille excessive des circuits et la difficulté d'optimisation lors du traitement de tâches de calcul complexes. Par conséquent, pour différents scénarios d'application, les chercheurs ont proposé plusieurs modèles ZKP améliorés.
Quatre, principaux modèles de zk-SNARKs
zkSNARK: un système de preuve à connaissance nulle non interactive et succinct, avec une taille de preuve réduite et une vitesse de vérification rapide.
Bulletproofs : modèle ZKP sans configuration de confiance, particulièrement adapté aux preuves de plage.
STARK : un système de zk-SNARKs évolutif et transparent, offrant une sécurité contre les menaces quantiques.
Plonk : une solution zk-SNARKs générique, prenant en charge des configurations générales et mises à jour.
Marlin : combine l'efficacité des systèmes de preuve algébrique avec des paramètres universels et mis à jour.
Ces modèles ont chacun leurs caractéristiques et sont adaptés à différents cas d'utilisation. Les chercheurs explorent également de nouveaux modèles de zk-SNARKs pour améliorer l'efficacité et la sécurité.
Cinq, Machine Virtuelle zk-SNARKs
La machine virtuelle zk(ZKVM) est un environnement de machine virtuelle spécialement conçu pour générer et vérifier des zk-SNARKs. L'apparition de ZKVM a réduit le seuil de développement des circuits zk, permettant aux développeurs de construire plus facilement des applications basées sur ZKP.
Les implémentations ZKVM actuellement populaires incluent :
RISCZero : ZKVM basé sur l'ensemble d'instructions RISC-V.
Cairo-VM : machine virtuelle optimisée pour les zk-SNARKs.
zkWASM : ZKVM prenant en charge l'ensemble d'instructions WebAssembly.
Ces ZKVM ont des conceptions et des cas d'application différents, offrant aux développeurs une variété de choix.
Six, zk-SNARKs Ethereum Virtual Machine
Le zkEVM( est une machine virtuelle Ethereum à connaissance nulle spécialement conçue pour Ethereum, visant à vérifier l'exécution correcte des contrats intelligents et à protéger la confidentialité des transactions. Le zkEVM convertit l'ensemble d'instructions d'Ethereum en un système ZK, chaque instruction nécessitant une preuve.
Les solutions zkEVM actuellement dominantes incluent STARKWARE, zkSync, Polygon-Hermez et Scroll. Ces solutions présentent des différences en termes de compatibilité EVM et de méthodes de mise en œuvre, offrant ainsi diverses options pour l'évolutivité et la protection de la vie privée d'Ethereum.
Sept, zk-SNARKs sur les réseaux de deuxième couche
La solution de réseau de couche 2 à preuve zéro ) ZK Rollup ( est une solution d'extension de Blockchain basée sur la technologie ZKP. ZK Rollup améliore considérablement l'efficacité du traitement des transactions et le débit en exécutant des transactions hors chaîne et en générant des preuves de validité.
Pour optimiser davantage les performances des ZK Rollups, les chercheurs ont proposé plusieurs solutions d'amélioration :
Optimiser le calcul des algorithmes de mot de passe
Mélange d'Optimistic et de zk-SNARKs Rollup
Développer un zkEVM dédié
Accélération matérielle
Ces solutions d'optimisation améliorent l'efficacité et l'évolutivité des ZK Rollups sous différents angles.
Huit, orientations de développement futur
Accélération de l'environnement de calcul : développement de matériel dédié comme ZK-ASIC et processeurs coprocessés ZK, pour améliorer l'efficacité de la génération et de la vérification des ZKP.
ZKML : Combiner la technologie ZKP avec l'apprentissage automatique pour réaliser l'entraînement et l'inférence de modèles sous protection de la vie privée.
ZK Sharding : Combiner ZKP et la technologie de sharding pour améliorer l'évolutivité de la Blockchain.
ZK State Channels : Utiliser les zk-SNARKs pour améliorer la confidentialité et la sécurité des canaux d'état.
Interopérabilité inter-chaînes : développement d'un protocole de communication inter-chaînes basé sur ZKP, permettant l'échange de données sécurisé entre différentes Blockchains.
Ces nouvelles technologies et concepts montrent le vaste potentiel d'application des zk-SNARKs dans le domaine du Blockchain. Avec l'approfondissement de la recherche et la maturation des technologies, les zk-SNARKs devraient jouer un rôle encore plus important dans l'amélioration de l'efficacité des systèmes Blockchain, la protection de la vie privée et l'interopérabilité.
Conclusion
La technologie des zk-SNARKs, en tant que percée importante dans le domaine de la cryptographie, présente un énorme potentiel dans les applications Blockchain. À travers une analyse complète des théories fondamentales du ZKP, des principaux modèles, de la mise en œuvre des machines virtuelles et des solutions d'extension Layer 2, cet article montre le rôle clé de la technologie ZKP dans l'amélioration de l'efficacité et de la sécurité des systèmes Blockchain.
À l'avenir, avec le développement de technologies émergentes telles que l'accélération matérielle et ZKML, les ZKP devraient jouer un rôle dans des domaines plus vastes. Cependant, dans les applications pratiques, il est encore nécessaire de peser des facteurs tels que l'efficacité, la sécurité et l'utilisabilité. Dans l'ensemble, l'innovation continue de la technologie ZKP fournira un soutien technique solide au développement de l'écosystème Blockchain.
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AirdropHunterWang
· 07-25 12:03
Ces jours-ci, c'est zéro connaissance zéro connaissance, donne-moi un peu d'Airdrop de jeton, tu comprends ?
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RektCoaster
· 07-25 11:59
La vie privée dépend encore des preuves à divulgation nulle de connaissance, mon pote.
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ChainPoet
· 07-25 11:54
Incroyable ! La protection de la vie privée repose sur lui !
Voir l'originalRépondre0
BearMarketMonk
· 07-25 11:47
Ça commence à avoir de la saveur, voyons qui est le premier en ZKP.
Technologie des zk-SNARKs : moteur clé de l'efficacité et de la confidentialité de la Blockchain
Application et développement de la technologie zk-SNARKs dans le domaine de la Blockchain
La technologie de preuve à connaissance nulle (ZKP), en tant qu'innovation cryptographique importante dans le domaine de la blockchain, a suscité une large attention ces dernières années. Cet article présente un aperçu complet de l'évolution de la technologie ZKP, de ses principes de base et de ses applications dans la blockchain.
I. Bases des zk-SNARKs
Les zk-SNARKs ont été proposés pour la première fois par Goldwasser et al. en 1985, et constituent un système de preuve interactif qui permet à un prouveur de prouver à un vérificateur qu'une proposition est vraie, sans révéler d'autre information que la véracité de cette proposition. Les ZKP possèdent trois caractéristiques fondamentales : la complétude, la fiabilité et la propriété de zéro connaissance.
Un scénario d'application typique des zk-SNARKs est que le prouveur prouve au vérificateur qu'il connaît un certain nombre secret, sans révéler ce nombre lui-même. Cela se fait à travers trois étapes : mise en place, défi et réponse, en utilisant des techniques mathématiques permettant au vérificateur de s'assurer que le prouveur possède bien ce secret, tout en ne pouvant pas connaître la valeur exacte.
Deux, preuve de connaissance zéro non interactive
Les ZKP traditionnels nécessitent plusieurs interactions, ce qui pose des limites dans certains scénarios d'application. En 1988, Blum et al. ont proposé le concept de preuve non interactive à connaissance nulle (NIZK), permettant ainsi au prouveur et au vérificateur de compléter l'authentification sans plusieurs interactions. NIZK est réalisé en introduisant le modèle de chaîne de référence publique (CRS).
Par la suite, des méthodes telles que la transformation Fiat-Shamir ont été proposées pour convertir les ZKP interactifs en non interactifs. Groth et al. ont effectué une série d'améliorations sur cette base et ont proposé des schémas NIZK plus efficaces.
Trois, preuve de zéro connaissance basée sur des circuits
Les systèmes ZKP basés sur des circuits sont une classe importante de méthodes de mise en œuvre, qui représentent le problème de calcul à prouver sous forme de circuit. Cette méthode comprend des étapes telles que la conversion du problème en circuit, l'optimisation de la conception du circuit, et la génération de représentations polynomiales.
Bien que les méthodes basées sur les circuits soient universelles, elles peuvent rencontrer des défis tels que la taille excessive des circuits et la difficulté d'optimisation lors du traitement de tâches de calcul complexes. Par conséquent, pour différents scénarios d'application, les chercheurs ont proposé plusieurs modèles ZKP améliorés.
Quatre, principaux modèles de zk-SNARKs
zkSNARK: un système de preuve à connaissance nulle non interactive et succinct, avec une taille de preuve réduite et une vitesse de vérification rapide.
Bulletproofs : modèle ZKP sans configuration de confiance, particulièrement adapté aux preuves de plage.
STARK : un système de zk-SNARKs évolutif et transparent, offrant une sécurité contre les menaces quantiques.
Plonk : une solution zk-SNARKs générique, prenant en charge des configurations générales et mises à jour.
Marlin : combine l'efficacité des systèmes de preuve algébrique avec des paramètres universels et mis à jour.
Ces modèles ont chacun leurs caractéristiques et sont adaptés à différents cas d'utilisation. Les chercheurs explorent également de nouveaux modèles de zk-SNARKs pour améliorer l'efficacité et la sécurité.
Cinq, Machine Virtuelle zk-SNARKs
La machine virtuelle zk(ZKVM) est un environnement de machine virtuelle spécialement conçu pour générer et vérifier des zk-SNARKs. L'apparition de ZKVM a réduit le seuil de développement des circuits zk, permettant aux développeurs de construire plus facilement des applications basées sur ZKP.
Les implémentations ZKVM actuellement populaires incluent :
RISCZero : ZKVM basé sur l'ensemble d'instructions RISC-V.
Cairo-VM : machine virtuelle optimisée pour les zk-SNARKs.
zkWASM : ZKVM prenant en charge l'ensemble d'instructions WebAssembly.
Ces ZKVM ont des conceptions et des cas d'application différents, offrant aux développeurs une variété de choix.
Six, zk-SNARKs Ethereum Virtual Machine
Le zkEVM( est une machine virtuelle Ethereum à connaissance nulle spécialement conçue pour Ethereum, visant à vérifier l'exécution correcte des contrats intelligents et à protéger la confidentialité des transactions. Le zkEVM convertit l'ensemble d'instructions d'Ethereum en un système ZK, chaque instruction nécessitant une preuve.
Les solutions zkEVM actuellement dominantes incluent STARKWARE, zkSync, Polygon-Hermez et Scroll. Ces solutions présentent des différences en termes de compatibilité EVM et de méthodes de mise en œuvre, offrant ainsi diverses options pour l'évolutivité et la protection de la vie privée d'Ethereum.
Sept, zk-SNARKs sur les réseaux de deuxième couche
La solution de réseau de couche 2 à preuve zéro ) ZK Rollup ( est une solution d'extension de Blockchain basée sur la technologie ZKP. ZK Rollup améliore considérablement l'efficacité du traitement des transactions et le débit en exécutant des transactions hors chaîne et en générant des preuves de validité.
Pour optimiser davantage les performances des ZK Rollups, les chercheurs ont proposé plusieurs solutions d'amélioration :
Ces solutions d'optimisation améliorent l'efficacité et l'évolutivité des ZK Rollups sous différents angles.
Huit, orientations de développement futur
Accélération de l'environnement de calcul : développement de matériel dédié comme ZK-ASIC et processeurs coprocessés ZK, pour améliorer l'efficacité de la génération et de la vérification des ZKP.
ZKML : Combiner la technologie ZKP avec l'apprentissage automatique pour réaliser l'entraînement et l'inférence de modèles sous protection de la vie privée.
ZK Sharding : Combiner ZKP et la technologie de sharding pour améliorer l'évolutivité de la Blockchain.
ZK State Channels : Utiliser les zk-SNARKs pour améliorer la confidentialité et la sécurité des canaux d'état.
Interopérabilité inter-chaînes : développement d'un protocole de communication inter-chaînes basé sur ZKP, permettant l'échange de données sécurisé entre différentes Blockchains.
Ces nouvelles technologies et concepts montrent le vaste potentiel d'application des zk-SNARKs dans le domaine du Blockchain. Avec l'approfondissement de la recherche et la maturation des technologies, les zk-SNARKs devraient jouer un rôle encore plus important dans l'amélioration de l'efficacité des systèmes Blockchain, la protection de la vie privée et l'interopérabilité.
Conclusion
La technologie des zk-SNARKs, en tant que percée importante dans le domaine de la cryptographie, présente un énorme potentiel dans les applications Blockchain. À travers une analyse complète des théories fondamentales du ZKP, des principaux modèles, de la mise en œuvre des machines virtuelles et des solutions d'extension Layer 2, cet article montre le rôle clé de la technologie ZKP dans l'amélioration de l'efficacité et de la sécurité des systèmes Blockchain.
À l'avenir, avec le développement de technologies émergentes telles que l'accélération matérielle et ZKML, les ZKP devraient jouer un rôle dans des domaines plus vastes. Cependant, dans les applications pratiques, il est encore nécessaire de peser des facteurs tels que l'efficacité, la sécurité et l'utilisabilité. Dans l'ensemble, l'innovation continue de la technologie ZKP fournira un soutien technique solide au développement de l'écosystème Blockchain.