Вступ до історії, застосування та принципів zk-SNARKs

Один. Розвиток zk-SNARKs

Сучасна система нульових знань виникла у 1985 році в роботі, написаній Goldwasser, Micali та Rackoff. У цій роботі розглядається обсяг знань, які потрібно обміняти під час багаторазового взаємодії, щоб довести правильність твердження в інтерактивній системі. Якщо вдасться реалізувати нульовий обмін, це називається нульовими доказами. Ранні системи нульових доказів були недостатньо ефективними та придатними для використання, переважно залишаючись на теоретичному рівні. За останнє десятиліття, з розвитком криптографії в сфері криптовалют, нульові докази поступово стали важливим напрямком досліджень.

Ключовий прорив у нульових доказах стався завдяки статті Грота, опублікованій у 2010 році, яка заклала теоретичну основу для zk-SNARKs. У 2015 році Zcash застосував нульові докази для захисту конфіденційності транзакцій, що стало важливим прогресом у застосуванні нульових доказів. Після цього zk-SNARKs поєдналися з розумними контрактами, і сфери застосування постійно розширюються.

Інші важливі наукові досягнення включають: протокол Pinocchio 2013 року, алгоритм Groth16 2016 року, алгоритм Bulletproofs 2017 року, протокол zk-STARKs 2018 року тощо. Ці досягнення мають важливі покращення в розмірах доказів, ефективності перевірки тощо.

Два. Основні застосування zk-SNARKs

Найбільш поширеними двома застосуваннями zk-SNARKs є захист приватності та масштабування.

У сфері захисту приватності представницькі проекти включають Zcash, Monero та інші. Наприклад, Zcash використовує zk-SNARKs для забезпечення приватності транзакцій, основні етапи включають налаштування системи, генерацію ключів, випуск монет, перекази, верифікацію та отримання. Проте рівень використання приватних транзакцій у Zcash не високий, що свідчить про те, що потреби в приватності не були задоволені.

У розширенні ZK Rollup є важливим застосуванням. ZK Rollup включає дві категорії ролей: Sequencer і Aggregator, які здійснюють обробку транзакцій у пакетному режимі та генерують zk-SNARKs для досягнення розширення. У порівнянні з Optimistic Rollup, ZK Rollup має переваги, такі як низькі витрати та швидка остаточність, але також стикається з викликами, такими як велике обчислювальне навантаження та необхідність у довіреному налаштуванні.

Наразі основними проектами ZK Rollup є StarkNet, zkSync, Aztec, Polygon Hermez тощо, які у технічному напрямку здебільшого обирають між SNARK і STARK, а також вирішують, чи підтримувати EVM-совісність. Питання EVM-совісності завжди було в центрі уваги галузі, нещодавні технічні досягнення підняли EVM-совісність на новий рівень, що вплине на розвиток екосистеми ZK.

Три, основні принципи zk-SNARKs

ZK-SNARKs є важливою реалізацією нульових доказів. Вона має такі характеристики, як нульова інформація, компактність, неінтерактивність тощо.

Основні етапи ZK-SNARK включають:

1. Перетворення проблеми на схему
2. Перетворити схему в форму R1CS
3. Перетворення R1CS у форму QAP
4. Створення надійних налаштувань, генерація ключа доказу та ключа перевірки
5. Генерація та верифікація ZK-SNARK доказів

Основою ZK-SNARK є складні математичні перетворення, які перетворюють проблему в форму, яку можна ефективно довести і перевірити. Це заклало основу для широкого застосування нульових знань у таких сферах, як блокчейн.