Технологія zk-SNARKs в Блокчейн-індустрії: застосування та розвиток
Технологія нульового знання (ZKP) як важливе криптографічне нововведення в сфері Блокчейн в останні роки отримала широке визнання. У цій статті проводиться всебічний огляд історії розвитку технології ZKP, її основних принципів та застосування в Блокчейн.
Один, zk-SNARKs основи
zk-SNARKs вперше були запропоновані Голдвассером та ін. у 1985 році, це інтерактивна система доказів, яка дозволяє доводити істинність певного твердження без розкриття будь-якої інформації, окрім істинності цього твердження. ZKP має три основні характеристики: повноту, надійність та нульову знання.
Типовим випадком використання ZKP є ситуація, коли доводчик доводить перевіряючому, що він знає певне секретне число, але не розкриває саме це число. Це здійснюється через три етапи: налаштування, виклик та відповідь, використовуючи математичні прийоми, які дозволяють перевіряючому підтвердити, що доводчик дійсно має цей секрет, водночас не отримуючи конкретне значення.
Два, неінтерактивні zk-SNARKs
Традиційні ZKP потребують багато раундів взаємодії, що в деяких випадках накладає обмеження. У 1988 році Блум та інші запропонували концепцію неінтерактивних нульових знань (NIZK), що дозволяє доказувачу та перевіряючому завершити аутентифікацію без багатократної взаємодії. NIZK реалізується шляхом введення моделі загального референсного рядка (CRS).
Після цього були запропоновані такі методи, як перетворення Fiat-Shamir, для перетворення інтерактивних zk-SNARKs в неінтерактивні. На цій основі Грот та інші здійснили ряд покращень, запропонувавши більш ефективні рішення NIZK.
Три, основані на схемах zk-SNARKs
Система ZKP на основі електронних схем є важливим методом реалізації, яка представляє обчислювальну задачу, що підлягає доведенню, у формі електронної схеми. Цей метод включає в себе етапи перетворення задачі в електронну схему, оптимізації дизайну схеми, генерації поліноміальних представлень тощо.
Незважаючи на те, що методи, засновані на схемах, мають універсальність, при виконанні складних обчислювальних завдань вони можуть зіткнутися з такими викликами, як надто великий обсяг схем та високий рівень складності оптимізації. Тому для різних сценаріїв застосування дослідники запропонували кілька вдосконалених моделей zk-SNARKs.
Чотири, основні моделі zk-SNARKs
zk-SNARKs: простий неінтерактивний доказ з нульовими знаннями, що має невеликий розмір доказу та швидку швидкість перевірки.
Bulletproofs: ZKP модель без довіреної настройки, особливо підходить для доказів діапазону.
STARK: масштабована, прозора система zk-SNARKs, що має квантову безпеку.
Plonk: універсальне рішення zk-SNARKs, підтримує універсальні та оновлювальні налаштування.
Marlin: поєднує ефективність алгебраїчних систем доказів з універсальними налаштуваннями оновлення.
Ці моделі мають свої особливості та підходять для різних застосувань. Дослідники постійно шукають нові моделі zk-SNARKs для підвищення ефективності та безпеки.
П'ять, zk-SNARKs віртуальна машина
Блокчейн віртуальна машина ( ZKVM ) є спеціалізованим віртуальним середовищем для генерації та перевірки zk-SNARKs. Поява ZKVM знизила бар'єри для розробки zk-схем, що дозволило розробникам зручніше створювати застосунки на основі ZKP.
Наразі основні реалізації ZKVM включають:
RISCZero: ZKVM на базі інструкційного набору RISC-V.
Cairo-VM: Віртуальна машина, оптимізована для zk-SNARKs.
zkWASM: підтримка ZKVM з набором інструкцій WebAssembly.
Ці ZKVM мають різні концепції дизайну та сфери застосування, надаючи розробникам різноманітні варіанти.
Шість, zk-SNARKs ефірна віртуальна машина
zk-EVM для Ethereum ( - це спеціально розроблена ZKVM для Ethereum, яка має на меті перевірку правильності виконання смарт-контрактів і захист приватності транзакцій. zk-EVM перетворює набір інструкцій Ethereum для виконання в ZK-системі, кожна інструкція повинна надавати доказ.
Наразі основні рішення zkEVM включають STARKWARE, zkSync, Polygon-Hermez та Scroll тощо. Ці рішення відрізняються за EVM-сумісністю та способами реалізації, забезпечуючи різноманітні варіанти для масштабування та захисту приватності в Ethereum.
Сім, zk-SNARKs другий рівень мережевих рішень
zk-SNARKs другий рівень мережевого рішення ) ZK Rollup ( є рішенням для розширення Блокчейн на основі технології ZKP. ZK Rollup значно підвищує ефективність обробки транзакцій та пропускну спроможність, виконуючи транзакції поза ланцюгом і генеруючи докази дійсності.
Для подальшої оптимізації продуктивності ZK Rollup дослідники запропонували кілька різних варіантів покращення:
Оптимізація обчислення алгоритму шифрування
Змішаний Optimistic та ZK Rollup
Розробка спеціалізованого zkEVM
Апаратне прискорення
Ці оптимізаційні рішення підвищують ефективність і масштабованість ZK Rollup з різних точок зору.
В. Майбутні напрямки розвитку
Прискорення обчислювального середовища: розробка спеціалізованого апаратного забезпечення, такого як ZK-ASIC та ZK-копрограматори, для підвищення ефективності генерації та верифікації ZKP.
ZKML: поєднання технології ZKP з машинним навчанням для реалізації навчання та висновків моделей з захистом конфіденційності.
ZK Sharding: поєднання ZKP та технології шардінгу, що підвищує масштабованість Блокчейн.
ZK State Channels: Використання zk-SNARKs для покращення конфіденційності та безпеки станційних каналів.
Крос-чейн взаємодія: розробка крос-чейн комунікаційного протоколу на базі ZKP для забезпечення безпечного обміну даними між різними Блокчейн.
Ці нові технології та концепції демонструють широку перспективу застосування ZKP у сфері Блокчейн. З поглибленням досліджень та зрілістю технологій, ZKP має потенціал відігравати більшу роль у підвищенні ефективності Блокчейн-систем, захисті конфіденційності та взаємодії.
Висновок
Технологія zk-SNARKs, як важливий прорив у галузі криптографії, демонструє величезний потенціал у застосуваннях Блокчейн. Завдяки всебічному аналізу основних теорій ZKP, основних моделей, реалізації віртуальних машин та рішень із масштабування Layer 2, ця стаття показує ключову роль технології ZKP у підвищенні ефективності та безпеки системи Блокчейн.
У майбутньому, з розвитком апаратного прискорення, ZKML та інших нових технологій, ZKP має потенціал для використання в більш широких сферах. Однак у реальних застосуваннях все ще потрібно зважувати такі фактори, як ефективність, безпека та зручність. Загалом, постійні інновації в технології ZKP нададуть потужну технічну підтримку для розвитку екосистеми Блокчейн.
Ця сторінка може містити контент третіх осіб, який надається виключно в інформаційних цілях (не в якості запевнень/гарантій) і не повинен розглядатися як схвалення його поглядів компанією Gate, а також як фінансова або професійна консультація. Див. Застереження для отримання детальної інформації.
10 лайків
Нагородити
10
5
Поділіться
Прокоментувати
0/400
SillyWhale
· 24хв. тому
Нічого не розумію, просто відчуваю, що це дуже круто.
Переглянути оригіналвідповісти на0
AirdropHunterWang
· 07-25 12:03
Цей день такий без знань, накинь мені трохи Аірдроп монет, розумієш?
Переглянути оригіналвідповісти на0
RektCoaster
· 07-25 11:59
Приватність також залежить від нульових знань, друже.
Технологія zk-SNARKs: ключовий двигун ефективності та конфіденційності Блокчейн
Технологія zk-SNARKs в Блокчейн-індустрії: застосування та розвиток
Технологія нульового знання (ZKP) як важливе криптографічне нововведення в сфері Блокчейн в останні роки отримала широке визнання. У цій статті проводиться всебічний огляд історії розвитку технології ZKP, її основних принципів та застосування в Блокчейн.
Один, zk-SNARKs основи
zk-SNARKs вперше були запропоновані Голдвассером та ін. у 1985 році, це інтерактивна система доказів, яка дозволяє доводити істинність певного твердження без розкриття будь-якої інформації, окрім істинності цього твердження. ZKP має три основні характеристики: повноту, надійність та нульову знання.
Типовим випадком використання ZKP є ситуація, коли доводчик доводить перевіряючому, що він знає певне секретне число, але не розкриває саме це число. Це здійснюється через три етапи: налаштування, виклик та відповідь, використовуючи математичні прийоми, які дозволяють перевіряючому підтвердити, що доводчик дійсно має цей секрет, водночас не отримуючи конкретне значення.
Два, неінтерактивні zk-SNARKs
Традиційні ZKP потребують багато раундів взаємодії, що в деяких випадках накладає обмеження. У 1988 році Блум та інші запропонували концепцію неінтерактивних нульових знань (NIZK), що дозволяє доказувачу та перевіряючому завершити аутентифікацію без багатократної взаємодії. NIZK реалізується шляхом введення моделі загального референсного рядка (CRS).
Після цього були запропоновані такі методи, як перетворення Fiat-Shamir, для перетворення інтерактивних zk-SNARKs в неінтерактивні. На цій основі Грот та інші здійснили ряд покращень, запропонувавши більш ефективні рішення NIZK.
Три, основані на схемах zk-SNARKs
Система ZKP на основі електронних схем є важливим методом реалізації, яка представляє обчислювальну задачу, що підлягає доведенню, у формі електронної схеми. Цей метод включає в себе етапи перетворення задачі в електронну схему, оптимізації дизайну схеми, генерації поліноміальних представлень тощо.
Незважаючи на те, що методи, засновані на схемах, мають універсальність, при виконанні складних обчислювальних завдань вони можуть зіткнутися з такими викликами, як надто великий обсяг схем та високий рівень складності оптимізації. Тому для різних сценаріїв застосування дослідники запропонували кілька вдосконалених моделей zk-SNARKs.
Чотири, основні моделі zk-SNARKs
zk-SNARKs: простий неінтерактивний доказ з нульовими знаннями, що має невеликий розмір доказу та швидку швидкість перевірки.
Bulletproofs: ZKP модель без довіреної настройки, особливо підходить для доказів діапазону.
STARK: масштабована, прозора система zk-SNARKs, що має квантову безпеку.
Plonk: універсальне рішення zk-SNARKs, підтримує універсальні та оновлювальні налаштування.
Marlin: поєднує ефективність алгебраїчних систем доказів з універсальними налаштуваннями оновлення.
Ці моделі мають свої особливості та підходять для різних застосувань. Дослідники постійно шукають нові моделі zk-SNARKs для підвищення ефективності та безпеки.
П'ять, zk-SNARKs віртуальна машина
Блокчейн віртуальна машина ( ZKVM ) є спеціалізованим віртуальним середовищем для генерації та перевірки zk-SNARKs. Поява ZKVM знизила бар'єри для розробки zk-схем, що дозволило розробникам зручніше створювати застосунки на основі ZKP.
Наразі основні реалізації ZKVM включають:
RISCZero: ZKVM на базі інструкційного набору RISC-V.
Cairo-VM: Віртуальна машина, оптимізована для zk-SNARKs.
zkWASM: підтримка ZKVM з набором інструкцій WebAssembly.
Ці ZKVM мають різні концепції дизайну та сфери застосування, надаючи розробникам різноманітні варіанти.
Шість, zk-SNARKs ефірна віртуальна машина
zk-EVM для Ethereum ( - це спеціально розроблена ZKVM для Ethereum, яка має на меті перевірку правильності виконання смарт-контрактів і захист приватності транзакцій. zk-EVM перетворює набір інструкцій Ethereum для виконання в ZK-системі, кожна інструкція повинна надавати доказ.
Наразі основні рішення zkEVM включають STARKWARE, zkSync, Polygon-Hermez та Scroll тощо. Ці рішення відрізняються за EVM-сумісністю та способами реалізації, забезпечуючи різноманітні варіанти для масштабування та захисту приватності в Ethereum.
Сім, zk-SNARKs другий рівень мережевих рішень
zk-SNARKs другий рівень мережевого рішення ) ZK Rollup ( є рішенням для розширення Блокчейн на основі технології ZKP. ZK Rollup значно підвищує ефективність обробки транзакцій та пропускну спроможність, виконуючи транзакції поза ланцюгом і генеруючи докази дійсності.
Для подальшої оптимізації продуктивності ZK Rollup дослідники запропонували кілька різних варіантів покращення:
Ці оптимізаційні рішення підвищують ефективність і масштабованість ZK Rollup з різних точок зору.
В. Майбутні напрямки розвитку
Прискорення обчислювального середовища: розробка спеціалізованого апаратного забезпечення, такого як ZK-ASIC та ZK-копрограматори, для підвищення ефективності генерації та верифікації ZKP.
ZKML: поєднання технології ZKP з машинним навчанням для реалізації навчання та висновків моделей з захистом конфіденційності.
ZK Sharding: поєднання ZKP та технології шардінгу, що підвищує масштабованість Блокчейн.
ZK State Channels: Використання zk-SNARKs для покращення конфіденційності та безпеки станційних каналів.
Крос-чейн взаємодія: розробка крос-чейн комунікаційного протоколу на базі ZKP для забезпечення безпечного обміну даними між різними Блокчейн.
Ці нові технології та концепції демонструють широку перспективу застосування ZKP у сфері Блокчейн. З поглибленням досліджень та зрілістю технологій, ZKP має потенціал відігравати більшу роль у підвищенні ефективності Блокчейн-систем, захисті конфіденційності та взаємодії.
Висновок
Технологія zk-SNARKs, як важливий прорив у галузі криптографії, демонструє величезний потенціал у застосуваннях Блокчейн. Завдяки всебічному аналізу основних теорій ZKP, основних моделей, реалізації віртуальних машин та рішень із масштабування Layer 2, ця стаття показує ключову роль технології ZKP у підвищенні ефективності та безпеки системи Блокчейн.
У майбутньому, з розвитком апаратного прискорення, ZKML та інших нових технологій, ZKP має потенціал для використання в більш широких сферах. Однак у реальних застосуваннях все ще потрібно зважувати такі фактори, як ефективність, безпека та зручність. Загалом, постійні інновації в технології ZKP нададуть потужну технічну підтримку для розвитку екосистеми Блокчейн.