Aplicação e desenvolvimento da tecnologia zk-SNARKs no campo do Blockchain
A tecnologia de Prova de Conhecimento Nulo (ZKP) é uma inovação criptográfica importante no campo da Blockchain, que tem recebido ampla atenção nos últimos anos. Este artigo fornece uma visão abrangente sobre a evolução da tecnologia ZKP, seus princípios básicos e suas aplicações na Blockchain.
Um, zk-SNARKs Básico
Os zk-SNARKs foram propostos pela primeira vez por Goldwasser e outros em 1985, sendo um sistema de prova interativa que permite ao provador demonstrar ao verificador que um determinado enunciado é verdadeiro, sem revelar qualquer informação além da veracidade desse enunciado. Os zk-SNARKs possuem três características básicas: completude, solidez e privacidade.
Um cenário típico de aplicação de ZKP é o provador demonstrar ao verificador que sabe um certo número secreto, mas sem revelar o próprio número. Isso é realizado através de três etapas: configuração, desafio e resposta, utilizando técnicas matemáticas que permitem ao verificador confirmar que o provador realmente possui esse segredo, enquanto não consegue saber o valor específico.
2. Prova de conhecimento zero não interativa
ZKP tradicional requer múltiplas interações, o que apresenta limitações em certos cenários de aplicação. Em 1988, Blum e outros propuseram o conceito de prova de conhecimento zero não interativa (NIZK), permitindo que o provador e o verificador completassem a autenticação sem múltiplas interações. O NIZK é realizado através da introdução do modelo de string de referência pública (CRS).
Depois disso, métodos como a transformação Fiat-Shamir foram propostos para converter ZKP interativos em não interativos. Groth e outros realizaram uma série de melhorias com base nisso, propondo esquemas NIZK mais eficientes.
Três, Provas de Conhecimento Zero Baseadas em Circuitos
O sistema ZKP baseado em circuitos é uma forma importante de implementação, que representa o problema computacional a ser provado na forma de circuitos. Este método inclui etapas como a conversão do problema em circuitos, a otimização do design do circuito e a geração de representações polinomiais.
Apesar de os métodos baseados em circuito terem versatilidade, podem enfrentar desafios como o tamanho excessivo do circuito e a dificuldade de otimização ao lidar com tarefas de cálculo complexas. Assim, para diferentes cenários de aplicação, os pesquisadores propuseram vários modelos ZKP melhorados.
Quatro, principais zk-SNARKs modelos
zkSNARK: um sistema de prova de conhecimento zero não interativo e conciso, com tamanho de prova reduzido e velocidade de verificação rápida.
Bulletproofs: modelo ZKP sem configuração confiável, especialmente adequado para provas de intervalo.
STARK: sistema de zk-SNARKs escalável e transparente, com segurança contra quântica.
Plonk: solução zk-SNARKs genérica, suporta configurações genéricas e atualizáveis.
Marlin: Combina a eficiência dos sistemas de prova algébrica com configurações atualizáveis universais.
Estes modelos têm características distintas e são adequados para diferentes cenários de aplicação. Os investigadores continuam a explorar novos modelos de ZKP para melhorar a eficiência e a segurança.
Cinco, zk-SNARKs Virtual Machine
zk-SNARKs Máquina Virtual ( ZKVM ) é um ambiente de máquina virtual projetado para gerar e verificar zk-SNARKs. O surgimento do ZKVM reduziu a barreira de entrada para o desenvolvimento de circuitos zk-SNARKs, permitindo que os desenvolvedores construíssem mais facilmente aplicações baseadas em ZKP.
Atualmente, as implementações de ZKVM mais populares incluem:
RISCZero: ZKVM baseado no conjunto de instruções RISC-V.
Cairo-VM: Máquina virtual otimizada para zk-SNARKs.
zkWASM: ZKVM que suporta o conjunto de instruções WebAssembly.
Estes ZKVM têm diferentes conceitos de design e cenários de aplicação, oferecendo aos desenvolvedores uma variedade de opções.
Seis, zk-SNARKs Ethereum Virtual Machine
zk-SNARKs Ethereum Virtual Machine ( zkEVM ) é uma ZKVM projetada especificamente para Ethereum, com o objetivo de verificar a correção da execução de contratos inteligentes e proteger a privacidade das transações. zkEVM converte o conjunto de instruções do Ethereum para execução em um sistema ZK, onde cada instrução requer a apresentação de uma prova.
Atualmente, as principais soluções zkEVM incluem STARKWARE, zkSync, Polygon-Hermez e Scroll. Essas soluções diferem em compatibilidade com EVM e métodos de implementação, oferecendo várias opções para escalabilidade e proteção de privacidade do Ethereum.
Sete, zk-SNARKs de camada dois
Solução de rede de segunda camada zk-SNARKs ( ZK Rollup ) é uma solução de escalabilidade de Blockchain baseada na tecnologia ZKP. O ZK Rollup melhora significativamente a eficiência de processamento de transações e a capacidade através da execução de transações fora da cadeia e da geração de provas de validade.
Para otimizar ainda mais o desempenho do ZK Rollup, os pesquisadores propuseram várias soluções de melhoria:
Otimizar o cálculo dos algoritmos de senha
Mistura de Optimistic e ZK Rollup
Desenvolver zkEVM dedicado
Aceleração de hardware
Estas soluções de otimização melhoraram a eficiência e escalabilidade do ZK Rollup a partir de diferentes ângulos.
Oito, Direções Futuras de Desenvolvimento
Aceleração do ambiente de cálculo: desenvolver hardware especializado como ZK-ASIC e co-processadores ZK, para aumentar a eficiência da geração e verificação de ZKP.
ZKML: Combinar a tecnologia ZKP com o aprendizado de máquina para realizar o treinamento e a inferência de modelos sob proteção de privacidade.
ZK Sharding: Combina ZKP e tecnologia de sharding para aumentar a escalabilidade do Blockchain.
Canais de Estado ZK: Usar ZKP para aumentar a privacidade e segurança dos canais de estado.
Interoperabilidade entre cadeias: desenvolver um protocolo de comunicação entre cadeias baseado em ZKP para permitir a troca segura de dados entre diferentes Blockchains.
Essas novas tecnologias e conceitos demonstram o amplo potencial de aplicação do zk-SNARKs no campo do Blockchain. Com o aprofundamento da pesquisa e a maturação da tecnologia, espera-se que o zk-SNARKs desempenhe um papel ainda maior na melhoria da eficiência dos sistemas Blockchain, proteção da privacidade e interoperabilidade.
Conclusão
A tecnologia de zero-knowledge proof, como um importante avanço no campo da criptografia, demonstra um grande potencial em aplicações de Blockchain. Através de uma análise abrangente da teoria básica do ZKP, modelos principais, implementação em máquinas virtuais e soluções de escalabilidade Layer 2, este artigo mostra o papel crucial da tecnologia ZKP na melhoria da eficiência e segurança dos sistemas Blockchain.
No futuro, com o desenvolvimento de tecnologias emergentes como aceleração de hardware e ZKML, espera-se que ZKP desempenhe um papel em áreas mais amplas. No entanto, na aplicação prática, ainda é necessário pesar fatores como eficiência, segurança e usabilidade. De um modo geral, a inovação contínua da tecnologia ZKP fornecerá um forte suporte técnico para o desenvolvimento do ecossistema Blockchain.
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SillyWhale
· 26m atrás
Não entendo nada, só sinto que é muito impressionante.
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AirdropHunterWang
· 07-25 12:03
Este dia está cheio de zero conhecimento, dá-me um Airdrop de moeda, percebes?
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RektCoaster
· 07-25 11:59
A privacidade ainda depende do conhecimento zero, camarada.
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ChainPoet
· 07-25 11:54
Incrível! A proteção da privacidade depende dele!
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BearMarketMonk
· 07-25 11:47
Já tem gosto disso. Vamos ver quem é o primeiro em ZKP.
zk-SNARKs: O impulsionador chave da eficiência e privacidade do Blockchain
Aplicação e desenvolvimento da tecnologia zk-SNARKs no campo do Blockchain
A tecnologia de Prova de Conhecimento Nulo (ZKP) é uma inovação criptográfica importante no campo da Blockchain, que tem recebido ampla atenção nos últimos anos. Este artigo fornece uma visão abrangente sobre a evolução da tecnologia ZKP, seus princípios básicos e suas aplicações na Blockchain.
Um, zk-SNARKs Básico
Os zk-SNARKs foram propostos pela primeira vez por Goldwasser e outros em 1985, sendo um sistema de prova interativa que permite ao provador demonstrar ao verificador que um determinado enunciado é verdadeiro, sem revelar qualquer informação além da veracidade desse enunciado. Os zk-SNARKs possuem três características básicas: completude, solidez e privacidade.
Um cenário típico de aplicação de ZKP é o provador demonstrar ao verificador que sabe um certo número secreto, mas sem revelar o próprio número. Isso é realizado através de três etapas: configuração, desafio e resposta, utilizando técnicas matemáticas que permitem ao verificador confirmar que o provador realmente possui esse segredo, enquanto não consegue saber o valor específico.
2. Prova de conhecimento zero não interativa
ZKP tradicional requer múltiplas interações, o que apresenta limitações em certos cenários de aplicação. Em 1988, Blum e outros propuseram o conceito de prova de conhecimento zero não interativa (NIZK), permitindo que o provador e o verificador completassem a autenticação sem múltiplas interações. O NIZK é realizado através da introdução do modelo de string de referência pública (CRS).
Depois disso, métodos como a transformação Fiat-Shamir foram propostos para converter ZKP interativos em não interativos. Groth e outros realizaram uma série de melhorias com base nisso, propondo esquemas NIZK mais eficientes.
Três, Provas de Conhecimento Zero Baseadas em Circuitos
O sistema ZKP baseado em circuitos é uma forma importante de implementação, que representa o problema computacional a ser provado na forma de circuitos. Este método inclui etapas como a conversão do problema em circuitos, a otimização do design do circuito e a geração de representações polinomiais.
Apesar de os métodos baseados em circuito terem versatilidade, podem enfrentar desafios como o tamanho excessivo do circuito e a dificuldade de otimização ao lidar com tarefas de cálculo complexas. Assim, para diferentes cenários de aplicação, os pesquisadores propuseram vários modelos ZKP melhorados.
Quatro, principais zk-SNARKs modelos
zkSNARK: um sistema de prova de conhecimento zero não interativo e conciso, com tamanho de prova reduzido e velocidade de verificação rápida.
Bulletproofs: modelo ZKP sem configuração confiável, especialmente adequado para provas de intervalo.
STARK: sistema de zk-SNARKs escalável e transparente, com segurança contra quântica.
Plonk: solução zk-SNARKs genérica, suporta configurações genéricas e atualizáveis.
Marlin: Combina a eficiência dos sistemas de prova algébrica com configurações atualizáveis universais.
Estes modelos têm características distintas e são adequados para diferentes cenários de aplicação. Os investigadores continuam a explorar novos modelos de ZKP para melhorar a eficiência e a segurança.
Cinco, zk-SNARKs Virtual Machine
zk-SNARKs Máquina Virtual ( ZKVM ) é um ambiente de máquina virtual projetado para gerar e verificar zk-SNARKs. O surgimento do ZKVM reduziu a barreira de entrada para o desenvolvimento de circuitos zk-SNARKs, permitindo que os desenvolvedores construíssem mais facilmente aplicações baseadas em ZKP.
Atualmente, as implementações de ZKVM mais populares incluem:
RISCZero: ZKVM baseado no conjunto de instruções RISC-V.
Cairo-VM: Máquina virtual otimizada para zk-SNARKs.
zkWASM: ZKVM que suporta o conjunto de instruções WebAssembly.
Estes ZKVM têm diferentes conceitos de design e cenários de aplicação, oferecendo aos desenvolvedores uma variedade de opções.
Seis, zk-SNARKs Ethereum Virtual Machine
zk-SNARKs Ethereum Virtual Machine ( zkEVM ) é uma ZKVM projetada especificamente para Ethereum, com o objetivo de verificar a correção da execução de contratos inteligentes e proteger a privacidade das transações. zkEVM converte o conjunto de instruções do Ethereum para execução em um sistema ZK, onde cada instrução requer a apresentação de uma prova.
Atualmente, as principais soluções zkEVM incluem STARKWARE, zkSync, Polygon-Hermez e Scroll. Essas soluções diferem em compatibilidade com EVM e métodos de implementação, oferecendo várias opções para escalabilidade e proteção de privacidade do Ethereum.
Sete, zk-SNARKs de camada dois
Solução de rede de segunda camada zk-SNARKs ( ZK Rollup ) é uma solução de escalabilidade de Blockchain baseada na tecnologia ZKP. O ZK Rollup melhora significativamente a eficiência de processamento de transações e a capacidade através da execução de transações fora da cadeia e da geração de provas de validade.
Para otimizar ainda mais o desempenho do ZK Rollup, os pesquisadores propuseram várias soluções de melhoria:
Estas soluções de otimização melhoraram a eficiência e escalabilidade do ZK Rollup a partir de diferentes ângulos.
Oito, Direções Futuras de Desenvolvimento
Aceleração do ambiente de cálculo: desenvolver hardware especializado como ZK-ASIC e co-processadores ZK, para aumentar a eficiência da geração e verificação de ZKP.
ZKML: Combinar a tecnologia ZKP com o aprendizado de máquina para realizar o treinamento e a inferência de modelos sob proteção de privacidade.
ZK Sharding: Combina ZKP e tecnologia de sharding para aumentar a escalabilidade do Blockchain.
Canais de Estado ZK: Usar ZKP para aumentar a privacidade e segurança dos canais de estado.
Interoperabilidade entre cadeias: desenvolver um protocolo de comunicação entre cadeias baseado em ZKP para permitir a troca segura de dados entre diferentes Blockchains.
Essas novas tecnologias e conceitos demonstram o amplo potencial de aplicação do zk-SNARKs no campo do Blockchain. Com o aprofundamento da pesquisa e a maturação da tecnologia, espera-se que o zk-SNARKs desempenhe um papel ainda maior na melhoria da eficiência dos sistemas Blockchain, proteção da privacidade e interoperabilidade.
Conclusão
A tecnologia de zero-knowledge proof, como um importante avanço no campo da criptografia, demonstra um grande potencial em aplicações de Blockchain. Através de uma análise abrangente da teoria básica do ZKP, modelos principais, implementação em máquinas virtuais e soluções de escalabilidade Layer 2, este artigo mostra o papel crucial da tecnologia ZKP na melhoria da eficiência e segurança dos sistemas Blockchain.
No futuro, com o desenvolvimento de tecnologias emergentes como aceleração de hardware e ZKML, espera-se que ZKP desempenhe um papel em áreas mais amplas. No entanto, na aplicação prática, ainda é necessário pesar fatores como eficiência, segurança e usabilidade. De um modo geral, a inovação contínua da tecnologia ZKP fornecerá um forte suporte técnico para o desenvolvimento do ecossistema Blockchain.