История, применение и принципы zk-SNARKs

Один. Развитие zk-SNARKs

Современная система zk-SNARKs возникла в 1985 году благодаря статье, опубликованной Голдвасером, Микали и Раккоффом. В этой статье рассматривается объем знаний, который необходимо обменять для доказательства истинности утверждения через многораундное взаимодействие в интерактивных системах. Если можно реализовать обмен нулевыми знаниями, это называется zk-SNARKs. В таких интерактивных системах существует проблема вероятностной корректности, поэтому позже были разработаны неинтерактивные системы с полнотой.

Ранние системы zk-SNARKs имели низкую эффективность и удобство использования, в основном оставаясь на теоретическом уровне. За последние 10 лет, с ростом криптографии в области криптовалют, zk-SNARKs постепенно стали важным направлением исследований. Ключевым моментом является исследование общих, неинтерактивных протоколов с ограниченным объемом доказательства.

Важные прорывы в zk-SNARKs включают:

• В 2010 году Грот предложил короткие пары неинтерактивных нулевых знаний, что стало теоретической основой для zk-SNARKs.
• Протокол Пиноккио 2013 года сократил время доказательства и верификации
• Алгоритм Groth16 2016 года, который уменьшил размер доказательства и повысил эффективность проверки
• В 2017 году был реализован алгоритм Bulletproofs, который обеспечивает короткие неинтерактивные zk-SNARKs.
• Протокол zk-STARKs 2018 года, не требующий доверенной настройки

Кроме того, PLONK, Halo2 и другие также являются важными достижениями, которые внесли улучшения в zk-SNARKs.

Два, основные приложения zk-SNARKs

Самыми широкими двумя приложениями zk-SNARKs являются защита конфиденциальности и масштабирование.

В области приватных сделок представительные проекты включают:

• Zcash: использование zk-SNARKs для обеспечения конфиденциальности транзакций
• Monero: использует алгоритм Bulletproof
• Tornado Cash: микс-пул на основе Ethereum

В области масштабируемости это в основном проявляется в технологии ZK Rollup:

• Может быть реализовано на первом уровне сети, например, Mina
• Более реализовано в сетях второго уровня, т.е. zk-SNARKs Rollup

ZK Rollup имеет два основных типа ролей: Sequencer отвечает за упаковку транзакций, Aggregator отвечает за объединение транзакций и генерацию доказательства.

На сегодняшний день на рынке конкурентоспособные проекты ZK Rollup включают: StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez/Miden, Loopring, Scroll и др. В техническом плане они в основном делают выбор между SNARK и STARK, а также учитывают степень поддержки EVM.

Совместимость с EVM является важной проблемой. Проекты обычно делают выбор между ZK-системами и совместимостью с EVM или разрабатывают новые виртуальные машины, чтобы учесть оба аспекта. В последнее время совместимость с EVM значительно продвинулась, что повлияет на развитие экосистемы ZK.

Три. Основные принципы ZK-SNARKs

ZK-SNARK обозначает "zk-SNARKs". Он имеет следующие характеристики:

• zk-SNARKs: не раскрывая дополнительную информацию
• Простота: короткий процесс проверки
• Непосредственный: не требует многократного взаимодействия
• Надежность: доказатели с ограниченными вычислительными возможностями не могут подделать
• Знание: доказатель должен знать действительную информацию

На примере Groth16 основные шаги ZK-SNARK включают:

1. Преобразовать проблему в цепь
2. Преобразование цепей в форму R1CS
3. Преобразование R1CS в форму QAP
4. Генерация доверительных параметров настройки
5. Генерация и проверка zk-SNARKs

zk-SNARKs играют все более важную роль в области криптографии и блокчейна, их развитие и применение заслуживают постоянного внимания.