Perjalanan dan Aplikasi zk-SNARKs

I. Perkembangan zk-SNARKs

Sistem zk-SNARKs pertama kali berasal dari makalah Goldwasser, Micali, dan Rackoff pada tahun 1985, yang membahas jumlah pengetahuan yang perlu dipertukarkan untuk membuktikan kebenaran dalam sistem interaktif. Jika pertukaran zk-SNARKs dapat direalisasikan, maka disebut sebagai zk-SNARKs. Sistem zk-SNARKs awal kurang efisien dan tidak dapat digunakan, terutama pada tingkat teoritis.

Dalam dekade terakhir, zk-SNARKs telah berkembang pesat dan menjadi arah penting dalam bidang kriptografi. Di antaranya, mengembangkan protokol zk-SNARKs yang umum, non-interaktif, dan memiliki ukuran bukti yang kecil adalah salah satu arah eksplorasi kunci. zk-SNARKs perlu menyeimbangkan antara kecepatan pembuktian, kecepatan verifikasi, dan ukuran bukti.

Makalah Groth tahun 2010 adalah terobosan penting di bidang ZKP, yang menetapkan dasar teori untuk zk-SNARKs. Pada tahun 2015, Zcash menggunakan zk-SNARKs untuk melindungi privasi transaksi, membuka jalan untuk penerapan ZKP yang luas.

Hasil akademis penting lainnya termasuk:

• Protokol Pinocchio 2013
• Algoritma Groth16 2016
• Algoritma Bulletproofs 2017
• Protokol zk-STARKs 2018

Selain itu, PLONK, Halo2, dan lain-lain juga merupakan kemajuan penting di bidang ZKP.

Dua, Aplikasi zk-SNARKs

zk-SNARKs terutama diterapkan dalam dua aspek, yaitu perlindungan privasi dan skalabilitas.

Perlindungan Privasi

Proyek transaksi privasi awal seperti Zcash dan Monero cukup menonjol, tetapi saat ini perlahan-lahan menghilang dari sorotan utama. Zcash menggunakan zk-SNARKs untuk mewujudkan transaksi privasi, langkah utama mencakup pengaturan sistem, pembuatan kunci, pencetakan koin, transaksi, verifikasi, dan penerimaan.

Tornado Cash menggunakan satu kolam pencampuran besar, berbasis jaringan Ethereum, dengan menggunakan zk-SNARKs untuk melindungi privasi. Fitur utamanya termasuk hanya koin yang disetor yang dapat ditarik, koin tidak dapat ditarik kembali, serta bukti yang terikat dengan pemberitahuan pembatalan.

Dibandingkan dengan skala, implementasi perlindungan privasi relatif lebih mudah. Jika skema skala berhasil, perlindungan privasi pada dasarnya tidak akan menjadi masalah.

memperbesar

Skalabilitas ZK dapat dilakukan pada jaringan lapisan satu atau lapisan dua. ZK rollup adalah solusi skalabilitas lapisan dua yang penting, termasuk dua peran yaitu Sequencer dan Aggregator. Sequencer bertanggung jawab untuk mengemas transaksi, Aggregator menggabungkan transaksi dan menghasilkan bukti ZK, serta memperbarui pohon status Ethereum.

Keuntungan ZK rollup adalah biaya rendah, kecepatan finalitas, dll, sementara kekurangan adalah beban komputasi yang besar, memerlukan pengaturan yang dapat dipercaya, dll. Saat ini, proyek ZK rollup utama termasuk StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez/Miden, Loopring, Scroll, dll.

Rute teknis terutama memilih antara SNARK( dan versi perbaikannya ) serta STARK, serta tingkat dukungan untuk EVM. Kompatibilitas EVM adalah masalah kunci yang mempengaruhi ekosistem pengembangan dan lanskap kompetisi.

Tiga, Prinsip Dasar ZK-SNARK

ZK-SNARK memiliki tiga karakteristik: integritas, keandalan, dan zero-knowledge. Prinsip implementasinya terutama mencakup:

1. Mengubah masalah menjadi rangkaian
2. Mengubah rangkaian menjadi bentuk R1CS
3. Mengubah R1CS menjadi bentuk QAP
4. Membangun trusted setup, menghasilkan parameter acak
5. Menghasilkan dan memverifikasi bukti zk-SNARKs

Perkembangan ZK-SNARKs, aplikasi, dan hubungan dengan ZK-STARKs akan dibahas lebih dalam di kemudian hari.