Ứng dụng và phát triển của công nghệ zk-SNARK trong lĩnh vực Blockchain
Công nghệ chứng minh không biết (ZKP) như một đổi mới mật mã quan trọng trong lĩnh vực blockchain, đã nhận được sự chú ý rộng rãi trong những năm gần đây. Bài viết này tổng quan toàn diện về lịch sử phát triển, nguyên lý cơ bản và ứng dụng của công nghệ ZKP trong blockchain.
Một, zk-SNARK cơ bản
Chứng minh không biết (zk-SNARK) lần đầu tiên được Goldwasser và các cộng sự đưa ra vào năm 1985, là một hệ thống chứng minh tương tác cho phép người chứng minh chứng minh một mệnh đề nào đó là đúng mà không cần tiết lộ thông tin nào khác ngoài tính xác thực của mệnh đề đó. ZKP có ba đặc tính cơ bản: tính đầy đủ, tính tin cậy và tính không biết.
Một kịch bản ứng dụng điển hình của ZKP là người chứng minh chứng minh cho người xác thực rằng họ biết một số bí mật nào đó, nhưng không tiết lộ chính số đó. Điều này được thực hiện thông qua ba bước: thiết lập, thách thức và phản hồi, sử dụng các kỹ thuật toán học để cho phép người xác thực xác nhận rằng người chứng minh thực sự sở hữu bí mật đó, trong khi không thể biết được giá trị cụ thể.
Hai, chứng minh không tương tác zk-SNARK
ZKP truyền thống cần nhiều vòng tương tác, điều này có một số hạn chế trong một số tình huống ứng dụng. Năm 1988, Blum và các cộng sự đã đề xuất khái niệm chứng minh không tương tác, (NIZK), cho phép người chứng minh và người xác minh hoàn thành xác thực mà không cần nhiều vòng tương tác. NIZK được thực hiện thông qua việc giới thiệu mô hình chuỗi tham chiếu công khai (CRS).
Sau đó, các phương pháp như biến đổi Fiat-Shamir đã được đề xuất để chuyển đổi ZKP tương tác thành không tương tác. Groth và các cộng sự đã thực hiện một loạt cải tiến dựa trên điều này, đề xuất các phương án NIZK hiệu quả hơn.
Ba, Chứng minh không biết dựa trên mạch
Hệ thống ZKP dựa trên mạch là một loại phương pháp thực hiện quan trọng, nó biểu diễn vấn đề tính toán cần chứng minh dưới dạng mạch. Phương pháp này bao gồm các bước chuyển đổi vấn đề thành mạch, tối ưu hóa thiết kế mạch, tạo ra biểu diễn đa thức, v.v.
Mặc dù phương pháp dựa trên mạch có tính tổng quát, nhưng khi xử lý các nhiệm vụ tính toán phức tạp có thể gặp phải những thách thức như quy mô mạch quá lớn, khó tối ưu hóa. Do đó, đối với các tình huống ứng dụng khác nhau, các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều mô hình ZKP cải tiến.
Bốn, Các mô hình zk-SNARK chính
zkSNARK: một hệ thống chứng minh không giao tiếp với kiến thức không có thông tin, có kích thước chứng minh nhỏ và tốc độ xác minh nhanh.
Bulletproofs: Mô hình ZKP không cần thiết lập đáng tin cậy, đặc biệt phù hợp cho chứng minh phạm vi.
STARK: Hệ thống zk-SNARK có thể mở rộng và minh bạch, có tính bảo mật chống lại máy tính lượng tử.
Plonk: Giải pháp zk-SNARK tổng quát, hỗ trợ cài đặt tổng quát và có thể cập nhật.
Marlin: Kết hợp hiệu quả của hệ thống chứng minh đại số với cấu hình có thể cập nhật chung.
Các mô hình này có những đặc điểm riêng, phù hợp với các tình huống ứng dụng khác nhau. Các nhà nghiên cứu vẫn đang tiếp tục khám phá các mô hình ZKP mới để nâng cao hiệu suất và độ an toàn.
Năm, zk-SNARK ảo
Khối ( ZKVM ) là một môi trường máy ảo chuyên dụng để tạo ra và xác minh các chứng minh không kiến thức. Sự xuất hiện của ZKVM đã giảm bớt rào cản phát triển các mạch không kiến thức, giúp cho các nhà phát triển có thể dễ dàng hơn trong việc xây dựng các ứng dụng dựa trên ZKP.
Hiện tại, các triển khai ZKVM phổ biến bao gồm:
RISCZero: ZKVM dựa trên tập lệnh RISC-V.
Cairo-VM: Máy ảo được tối ưu hóa cho zk-SNARK.
zkWASM: Hỗ trợ tập lệnh WebAssembly của ZKVM.
Các ZKVM này có những khác biệt trong thiết kế và các tình huống áp dụng, cung cấp cho các nhà phát triển nhiều lựa chọn đa dạng.
Sáu, zk-SNARK Ethereum Virtual Machine
zk-SNARK Ethereum ( zkEVM ) được thiết kế đặc biệt cho Ethereum ZKVM, nhằm xác minh tính chính xác của việc thực thi hợp đồng thông minh và bảo vệ quyền riêng tư giao dịch. zkEVM chuyển đổi tập lệnh của Ethereum sang hệ thống ZK để thực hiện, mỗi lệnh đều cần cung cấp bằng chứng.
Hiện tại, các giải pháp zkEVM phổ biến bao gồm STARKWARE, zkSync, Polygon-Hermez và Scroll. Những giải pháp này có sự khác biệt về khả năng tương thích EVM và cách thực hiện, cung cấp nhiều lựa chọn cho khả năng mở rộng và bảo vệ quyền riêng tư của Ethereum.
Bảy, giải pháp mạng hai lớp zk-SNARK
Giải pháp mạng lớp hai không cần biết ( ZK Rollup ) là giải pháp mở rộng blockchain dựa trên công nghệ ZKP. ZK Rollup cải thiện đáng kể hiệu suất xử lý giao dịch và thông lượng bằng cách thực hiện giao dịch ngoại tuyến và tạo ra chứng minh tính hợp lệ.
Để tối ưu hóa hiệu suất của ZK Rollup, các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều giải pháp cải tiến:
Tối ưu hóa tính toán thuật toán mật khẩu
Kết hợp Optimistic và zk-SNARK
Phát triển zkEVM chuyên dụng
Tăng tốc phần cứng
Những giải pháp tối ưu này cải thiện hiệu suất và tính mở rộng của ZK Rollup từ nhiều góc độ khác nhau.
Tám, Hướng phát triển trong tương lai
Tăng tốc môi trường tính toán: Phát triển phần cứng chuyên dụng như ZK-ASIC và bộ đồng xử lý ZK, nâng cao hiệu quả sinh và xác minh ZKP.
ZKML: Kết hợp công nghệ ZKP với học máy, thực hiện đào tạo và suy diễn mô hình dưới sự bảo vệ quyền riêng tư.
ZK Sharding: Kết hợp ZKP và công nghệ phân mảnh, cải thiện khả năng mở rộng của Blockchain.
Kênh Trạng Thái ZK: Sử dụng ZKP để tăng cường tính riêng tư và an toàn của kênh trạng thái.
Tính tương tác giữa các chuỗi: Phát triển giao thức truyền thông giữa các chuỗi dựa trên ZKP, thực hiện việc trao đổi dữ liệu an toàn giữa các Blockchain khác nhau.
Các công nghệ và khái niệm mới nổi này thể hiện triển vọng ứng dụng rộng rãi của ZKP trong lĩnh vực Blockchain. Khi nghiên cứu sâu hơn và công nghệ trở nên trưởng thành, ZKP có khả năng đóng vai trò lớn hơn trong việc nâng cao hiệu quả của hệ thống Blockchain, bảo vệ quyền riêng tư và khả năng tương tác.
Kết luận
Công nghệ zk-SNARK, như một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực mật mã học, đã thể hiện tiềm năng to lớn trong các ứng dụng Blockchain. Thông qua việc phân tích toàn diện lý thuyết cơ bản về ZKP, các mô hình chính, việc thực hiện trên máy ảo và các giải pháp mở rộng Layer 2, bài viết này đã trình bày vai trò then chốt của công nghệ ZKP trong việc nâng cao hiệu suất và an ninh của hệ thống Blockchain.
Trong tương lai, với sự phát triển của các công nghệ mới như tăng tốc phần cứng và ZKML, ZKP hứa hẹn sẽ phát huy tác dụng trong nhiều lĩnh vực rộng lớn hơn. Tuy nhiên, trong ứng dụng thực tế, vẫn cần phải cân nhắc các yếu tố như hiệu suất, độ an toàn và khả năng sử dụng. Tổng thể, sự đổi mới liên tục của công nghệ ZKP sẽ cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ cho sự phát triển của hệ sinh thái Blockchain.
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
10 thích
Phần thưởng
10
5
Chia sẻ
Bình luận
0/400
SillyWhale
· 15phút trước
Chẳng hiểu gì cả, chỉ cảm thấy rất tuyệt vời.
Xem bản gốcTrả lời0
AirdropHunterWang
· 07-25 12:03
Ngày nào cũng nói về zero knowledge, có hiểu không, cho tôi chút airdrop coin đi.
Công nghệ zk-SNARK: động lực chính cho hiệu suất và sự riêng tư của Blockchain
Ứng dụng và phát triển của công nghệ zk-SNARK trong lĩnh vực Blockchain
Công nghệ chứng minh không biết (ZKP) như một đổi mới mật mã quan trọng trong lĩnh vực blockchain, đã nhận được sự chú ý rộng rãi trong những năm gần đây. Bài viết này tổng quan toàn diện về lịch sử phát triển, nguyên lý cơ bản và ứng dụng của công nghệ ZKP trong blockchain.
Một, zk-SNARK cơ bản
Chứng minh không biết (zk-SNARK) lần đầu tiên được Goldwasser và các cộng sự đưa ra vào năm 1985, là một hệ thống chứng minh tương tác cho phép người chứng minh chứng minh một mệnh đề nào đó là đúng mà không cần tiết lộ thông tin nào khác ngoài tính xác thực của mệnh đề đó. ZKP có ba đặc tính cơ bản: tính đầy đủ, tính tin cậy và tính không biết.
Một kịch bản ứng dụng điển hình của ZKP là người chứng minh chứng minh cho người xác thực rằng họ biết một số bí mật nào đó, nhưng không tiết lộ chính số đó. Điều này được thực hiện thông qua ba bước: thiết lập, thách thức và phản hồi, sử dụng các kỹ thuật toán học để cho phép người xác thực xác nhận rằng người chứng minh thực sự sở hữu bí mật đó, trong khi không thể biết được giá trị cụ thể.
Hai, chứng minh không tương tác zk-SNARK
ZKP truyền thống cần nhiều vòng tương tác, điều này có một số hạn chế trong một số tình huống ứng dụng. Năm 1988, Blum và các cộng sự đã đề xuất khái niệm chứng minh không tương tác, (NIZK), cho phép người chứng minh và người xác minh hoàn thành xác thực mà không cần nhiều vòng tương tác. NIZK được thực hiện thông qua việc giới thiệu mô hình chuỗi tham chiếu công khai (CRS).
Sau đó, các phương pháp như biến đổi Fiat-Shamir đã được đề xuất để chuyển đổi ZKP tương tác thành không tương tác. Groth và các cộng sự đã thực hiện một loạt cải tiến dựa trên điều này, đề xuất các phương án NIZK hiệu quả hơn.
Ba, Chứng minh không biết dựa trên mạch
Hệ thống ZKP dựa trên mạch là một loại phương pháp thực hiện quan trọng, nó biểu diễn vấn đề tính toán cần chứng minh dưới dạng mạch. Phương pháp này bao gồm các bước chuyển đổi vấn đề thành mạch, tối ưu hóa thiết kế mạch, tạo ra biểu diễn đa thức, v.v.
Mặc dù phương pháp dựa trên mạch có tính tổng quát, nhưng khi xử lý các nhiệm vụ tính toán phức tạp có thể gặp phải những thách thức như quy mô mạch quá lớn, khó tối ưu hóa. Do đó, đối với các tình huống ứng dụng khác nhau, các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều mô hình ZKP cải tiến.
Bốn, Các mô hình zk-SNARK chính
zkSNARK: một hệ thống chứng minh không giao tiếp với kiến thức không có thông tin, có kích thước chứng minh nhỏ và tốc độ xác minh nhanh.
Bulletproofs: Mô hình ZKP không cần thiết lập đáng tin cậy, đặc biệt phù hợp cho chứng minh phạm vi.
STARK: Hệ thống zk-SNARK có thể mở rộng và minh bạch, có tính bảo mật chống lại máy tính lượng tử.
Plonk: Giải pháp zk-SNARK tổng quát, hỗ trợ cài đặt tổng quát và có thể cập nhật.
Marlin: Kết hợp hiệu quả của hệ thống chứng minh đại số với cấu hình có thể cập nhật chung.
Các mô hình này có những đặc điểm riêng, phù hợp với các tình huống ứng dụng khác nhau. Các nhà nghiên cứu vẫn đang tiếp tục khám phá các mô hình ZKP mới để nâng cao hiệu suất và độ an toàn.
Năm, zk-SNARK ảo
Khối ( ZKVM ) là một môi trường máy ảo chuyên dụng để tạo ra và xác minh các chứng minh không kiến thức. Sự xuất hiện của ZKVM đã giảm bớt rào cản phát triển các mạch không kiến thức, giúp cho các nhà phát triển có thể dễ dàng hơn trong việc xây dựng các ứng dụng dựa trên ZKP.
Hiện tại, các triển khai ZKVM phổ biến bao gồm:
RISCZero: ZKVM dựa trên tập lệnh RISC-V.
Cairo-VM: Máy ảo được tối ưu hóa cho zk-SNARK.
zkWASM: Hỗ trợ tập lệnh WebAssembly của ZKVM.
Các ZKVM này có những khác biệt trong thiết kế và các tình huống áp dụng, cung cấp cho các nhà phát triển nhiều lựa chọn đa dạng.
Sáu, zk-SNARK Ethereum Virtual Machine
zk-SNARK Ethereum ( zkEVM ) được thiết kế đặc biệt cho Ethereum ZKVM, nhằm xác minh tính chính xác của việc thực thi hợp đồng thông minh và bảo vệ quyền riêng tư giao dịch. zkEVM chuyển đổi tập lệnh của Ethereum sang hệ thống ZK để thực hiện, mỗi lệnh đều cần cung cấp bằng chứng.
Hiện tại, các giải pháp zkEVM phổ biến bao gồm STARKWARE, zkSync, Polygon-Hermez và Scroll. Những giải pháp này có sự khác biệt về khả năng tương thích EVM và cách thực hiện, cung cấp nhiều lựa chọn cho khả năng mở rộng và bảo vệ quyền riêng tư của Ethereum.
Bảy, giải pháp mạng hai lớp zk-SNARK
Giải pháp mạng lớp hai không cần biết ( ZK Rollup ) là giải pháp mở rộng blockchain dựa trên công nghệ ZKP. ZK Rollup cải thiện đáng kể hiệu suất xử lý giao dịch và thông lượng bằng cách thực hiện giao dịch ngoại tuyến và tạo ra chứng minh tính hợp lệ.
Để tối ưu hóa hiệu suất của ZK Rollup, các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều giải pháp cải tiến:
Những giải pháp tối ưu này cải thiện hiệu suất và tính mở rộng của ZK Rollup từ nhiều góc độ khác nhau.
Tám, Hướng phát triển trong tương lai
Tăng tốc môi trường tính toán: Phát triển phần cứng chuyên dụng như ZK-ASIC và bộ đồng xử lý ZK, nâng cao hiệu quả sinh và xác minh ZKP.
ZKML: Kết hợp công nghệ ZKP với học máy, thực hiện đào tạo và suy diễn mô hình dưới sự bảo vệ quyền riêng tư.
ZK Sharding: Kết hợp ZKP và công nghệ phân mảnh, cải thiện khả năng mở rộng của Blockchain.
Kênh Trạng Thái ZK: Sử dụng ZKP để tăng cường tính riêng tư và an toàn của kênh trạng thái.
Tính tương tác giữa các chuỗi: Phát triển giao thức truyền thông giữa các chuỗi dựa trên ZKP, thực hiện việc trao đổi dữ liệu an toàn giữa các Blockchain khác nhau.
Các công nghệ và khái niệm mới nổi này thể hiện triển vọng ứng dụng rộng rãi của ZKP trong lĩnh vực Blockchain. Khi nghiên cứu sâu hơn và công nghệ trở nên trưởng thành, ZKP có khả năng đóng vai trò lớn hơn trong việc nâng cao hiệu quả của hệ thống Blockchain, bảo vệ quyền riêng tư và khả năng tương tác.
Kết luận
Công nghệ zk-SNARK, như một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực mật mã học, đã thể hiện tiềm năng to lớn trong các ứng dụng Blockchain. Thông qua việc phân tích toàn diện lý thuyết cơ bản về ZKP, các mô hình chính, việc thực hiện trên máy ảo và các giải pháp mở rộng Layer 2, bài viết này đã trình bày vai trò then chốt của công nghệ ZKP trong việc nâng cao hiệu suất và an ninh của hệ thống Blockchain.
Trong tương lai, với sự phát triển của các công nghệ mới như tăng tốc phần cứng và ZKML, ZKP hứa hẹn sẽ phát huy tác dụng trong nhiều lĩnh vực rộng lớn hơn. Tuy nhiên, trong ứng dụng thực tế, vẫn cần phải cân nhắc các yếu tố như hiệu suất, độ an toàn và khả năng sử dụng. Tổng thể, sự đổi mới liên tục của công nghệ ZKP sẽ cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ cho sự phát triển của hệ sinh thái Blockchain.