Sejarah, Aplikasi, dan Prinsip zk-SNARKs

I. Perkembangan zk-SNARKs

Sistem bukti nol pengetahuan modern berasal dari makalah yang diterbitkan oleh Goldwasser, Micali, dan Rackoff pada tahun 1985. Makalah tersebut membahas jumlah pengetahuan yang perlu ditukar untuk membuktikan kebenaran sebuah pernyataan melalui interaksi berulang dalam sistem interaktif. Jika pertukaran nol pengetahuan dapat direalisasikan, itu disebut bukti nol pengetahuan. Sistem interaktif semacam ini memiliki masalah kebenaran probabilistik, sehingga kemudian berkembang menjadi sistem non-interaktif yang lengkap.

Sistem zk-SNARKs awal memiliki efisiensi dan kegunaan yang rendah, sebagian besar masih berada di tingkat teoretis. Dalam 10 tahun terakhir, seiring dengan kemunculan kriptografi di bidang cryptocurrency, zk-SNARKs secara bertahap menjadi arah penelitian yang penting. Di antaranya, menjelajahi protokol yang umum, non-interaktif, dan memiliki ukuran bukti yang terbatas adalah kunci.

Pencapaian penting dari zk-SNARKs termasuk:

• Pada tahun 2010, Groth mengusulkan bukti nol interaktif non-pasangan pendek, yang menjadi dasar teoritis untuk zk-SNARK.
• Protokol Pinocchio 2013, mengompres waktu pembuktian dan verifikasi
• Algoritma Groth16 tahun 2016, menyederhanakan ukuran bukti dan meningkatkan efisiensi verifikasi
• Algoritma Bulletproofs 2017, berhasil mewujudkan bukti tanpa interaksi yang kecil dan ringkas.
• Protokol zk-STARKs 2018, tanpa pengaturan yang dapat dipercaya

Selain itu, PLONK, Halo2, dan lainnya juga merupakan kemajuan penting yang telah membuat perbaikan pada zk-SNARK.

Dua, Aplikasi Utama zk-SNARKs

Dua aplikasi paling luas dari zk-SNARKs adalah perlindungan privasi dan skalabilitas.

Dalam hal transaksi privasi, proyek-proyek representatif meliputi:

• Zcash: Menggunakan zk-SNARKs untuk mewujudkan privasi transaksi
• Monero: menggunakan algoritma Bulletproof
• Tornado Cash: kolam pencampuran berbasis Ethereum

Dalam hal skalabilitas, terutama tercermin dalam teknologi ZK Rollup:

• Dapat diimplementasikan di jaringan lapisan satu, seperti Mina
• Lebih banyak diimplementasikan di jaringan lapisan kedua, yaitu ZK Rollup

ZK Rollup memiliki dua jenis peran utama: Sequencer bertanggung jawab untuk mengemas transaksi, Aggregator bertanggung jawab untuk menggabungkan transaksi dan menghasilkan bukti.

Proyek ZK Rollup yang kompetitif di pasar saat ini termasuk: StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez/Miden, Loopring, Scroll, dan lain-lain. Dalam jalur teknis, mereka terutama memilih antara SNARK dan STARK, serta tingkat dukungan terhadap EVM.

Kompatibilitas EVM adalah masalah penting. Proyek umumnya akan memilih antara sistem ZK dan kompatibilitas EVM, atau merancang mesin virtual baru untuk mengakomodasi keduanya. Baru-baru ini, kompatibilitas EVM telah mengalami kemajuan besar, yang akan mempengaruhi perkembangan ekosistem ZK.

Tiga, Prinsip Dasar ZK-SNARKs

ZK-SNARK berarti "zk-SNARKs". Ini memiliki karakteristik berikut:

• zk-SNARKs: tidak mengungkapkan informasi tambahan
• Singkat: Proses verifikasi singkat
• Non-interaktif: tidak perlu interaksi berulang
• Keandalan: Pembuktian oleh penjamin dengan kemampuan komputasi terbatas tidak dapat dipalsukan
• Pengetahuan: Pembuktian harus mengetahui informasi yang valid.

Sebagai contoh Groth16, langkah dasar ZK-SNARK meliputi:

1. Mengubah masalah menjadi sirkuit
2. Mengonversi sirkuit ke bentuk R1CS
3. Mengonversi R1CS ke bentuk QAP
4. Menghasilkan parameter pengaturan yang dapat dipercaya
5. Menghasilkan dan Memverifikasi Bukti ZK-SNARK

zk-SNARKs memainkan peran yang semakin penting dalam bidang kriptografi dan blockchain, dan perkembangan serta penerapannya patut diperhatikan.