Tổng quan về công nghệ zk-SNARK và ứng dụng của nó trong lĩnh vực Blockchain
Tóm tắt
zk-SNARK ( ZKP ) công nghệ được coi là một trong những đổi mới quan trọng nhất trong lĩnh vực Blockchain, cũng như là một lĩnh vực được các nhà đầu tư mạo hiểm chú ý trong những năm gần đây. Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan hệ thống về quá trình phát triển và nghiên cứu mới nhất của công nghệ ZKP trong gần 40 năm qua.
Đầu tiên, bài viết giới thiệu khái niệm cơ bản và bối cảnh lịch sử của ZKP. Tiếp theo, bài viết phân tích chuyên sâu công nghệ ZKP dựa trên mạch, bao gồm thiết kế, ứng dụng và phương pháp tối ưu hóa của các mô hình như zkSNARK, Ben-Sasson, Pinocchio, Bulletproofs và Ligero. Về môi trường tính toán, bài viết giới thiệu ZKVM và ZKEVM, khám phá cách chúng nâng cao khả năng xử lý giao dịch, bảo vệ quyền riêng tư và cải thiện hiệu quả xác thực. Bài viết cũng giải thích cơ chế hoạt động và phương pháp tối ưu của Zero Knowledge Rollup(ZK Rollup) như một giải pháp mở rộng Layer 2, cũng như những tiến triển mới nhất trong tăng tốc phần cứng, giải pháp hỗn hợp và ZK EVM chuyên dụng.
Cuối cùng, bài viết đã nhìn nhận các khái niệm mới nổi như ZKCoprocessor, ZKML, ZKThreads, ZK Sharding và ZK StateChannels, và khám phá tiềm năng của chúng trong việc mở rộng Blockchain, khả năng tương tác và bảo vệ quyền riêng tư.
Bằng cách phân tích những công nghệ và xu hướng phát triển mới nhất, bài viết này cung cấp một cái nhìn toàn diện để hiểu và áp dụng công nghệ ZKP, cho thấy tiềm năng lớn của nó trong việc nâng cao hiệu quả và tính an toàn của các hệ thống Blockchain, cung cấp tham khảo quan trọng cho các quyết định đầu tư trong tương lai.
Mục lục
Lời giới thiệu
Một, kiến thức cơ bản về zk-SNARK
Tổng quan
Ví dụ về zk-SNARK
Hai, chứng minh không tương tác zk-SNARK
Bối cảnh
Sự đề xuất của NIZK
Chuyển đổi Fiat-Shamir
Jens Groth và nghiên cứu của ông
Nghiên cứu khác
Ba, chứng minh không tri thức dựa trên mạch điện
Bối cảnh
Khái niệm và đặc điểm cơ bản của mô hình mạch điện
Thiết kế và ứng dụng mạch trong zk-SNARK
Các khuyết điểm và thách thức tiềm ẩn
Bốn, mô hình zk-SNARK
Bối cảnh
Mô hình thuật toán phổ biến
Giải pháp dựa trên PCP tuyến tính và vấn đề logarit rời rạc
Giải pháp dựa trên chứng minh của người bình thường
Chứng minh có thể kiểm tra dựa trên xác suất ( PCP ) zk-SNARK
Phân loại giai đoạn thiết lập của cấu trúc chứng minh tổng quát CPC( )
Năm, Tổng quan và phát triển của máy ảo zk-SNARK
Bối cảnh
Phân loại ZKVM hiện có
Mô hình phía trước và phía sau
Ưu điểm và nhược điểm của mô hình ZKVM
Sáu, Tổng quan và phát triển của Máy ảo Ethereum bằng chứng không kiến thức
Bối cảnh
Nguyên lý hoạt động của ZKEVM
Quy trình thực hiện ZKEVM
Đặc điểm của ZKEVM
Bảy, Tổng quan và phát triển về kế hoạch mạng lớp hai zk-SNARK
Bối cảnh
Cơ chế hoạt động của ZK Rollup
Nhược điểm và tối ưu hóa của ZK Rollup
Tám, hướng phát triển tương lai của zk-SNARK.
Tăng tốc phát triển môi trường tính toán
Sự ra đời và phát triển của ZKML
Phát triển công nghệ mở rộng ZKP
Sự phát triển của khả năng tương tác ZKP
Chín, Kết luận
Tài liệu tham khảo
Lời mở đầu
Internet đang bước vào thời đại Web3, các ứng dụng Blockchain (DApps ) phát triển nhanh chóng. Trong những năm gần đây, các nền tảng Blockchain hàng ngày tiếp nhận hàng triệu hoạt động của người dùng, xử lý hàng tỷ giao dịch. Những giao dịch này tạo ra một lượng lớn dữ liệu liên quan đến danh tính người dùng, số tiền giao dịch, địa chỉ tài khoản và số dư, v.v. Do tính mở và minh bạch của Blockchain, dữ liệu được lưu trữ này đều mở cho mọi người, do đó đã gây ra nhiều vấn đề về an ninh và quyền riêng tư.
Hiện tại có một số công nghệ mã hóa có thể đối phó với những thách thức này, bao gồm mã hóa đồng hình, chữ ký vòng, tính toán an toàn nhiều bên và zk-SNARK. Mã hóa đồng hình cho phép thực hiện các phép toán mà không cần giải mã văn bản mật, giúp bảo vệ an toàn số dư tài khoản và số tiền giao dịch, nhưng không thể bảo vệ an toàn địa chỉ tài khoản. Chữ ký vòng cung cấp một hình thức chữ ký số đặc biệt, có khả năng ẩn danh tính của người ký, từ đó bảo vệ an toàn địa chỉ tài khoản, nhưng không thể bảo vệ số dư tài khoản và số tiền giao dịch. Tính toán an toàn nhiều bên cho phép phân phối nhiệm vụ tính toán giữa nhiều người tham gia, mà không cần bất kỳ người tham gia nào biết dữ liệu của những người khác, bảo vệ hiệu quả an toàn số dư tài khoản và số tiền giao dịch, nhưng cũng không thể bảo vệ an toàn địa chỉ tài khoản. Ngoài ra, những công nghệ này không thể được sử dụng để xác minh xem người chứng minh có đủ số tiền giao dịch trong môi trường blockchain mà không tiết lộ số tiền giao dịch, địa chỉ tài khoản và số dư tài khoản.
zk-SNARK là một giải pháp toàn diện hơn, giao thức xác minh này cho phép xác minh tính chính xác của một số tuyên bố mà không tiết lộ bất kỳ dữ liệu trung gian nào. Giao thức này không yêu cầu cơ sở hạ tầng khóa công khai phức tạp, việc thực hiện lặp lại của nó cũng không tạo cơ hội cho người dùng ác ý lấy được thông tin hữu ích bổ sung. Thông qua ZKP, người xác minh có thể xác minh xem người chứng minh có đủ số tiền giao dịch hay không mà không tiết lộ bất kỳ dữ liệu giao dịch cá nhân nào. Quy trình xác minh bao gồm việc tạo ra một chứng minh chứa số tiền giao dịch mà người chứng minh tuyên bố, sau đó chuyển chứng minh đó cho người xác minh, người xác minh thực hiện các phép tính được xác định trước trên chứng minh và đưa ra kết quả tính toán cuối cùng, từ đó đưa ra kết luận có chấp nhận tuyên bố của người chứng minh hay không. Nếu tuyên bố của người chứng minh được chấp nhận, điều đó có nghĩa là họ có đủ số tiền giao dịch. Quy trình xác minh trên có thể được ghi lại trên Blockchain, không có bất kỳ sự giả mạo nào.
Tính năng ZKP này khiến nó đóng vai trò cốt lõi trong các giao dịch Blockchain và ứng dụng tiền điện tử, đặc biệt trong việc bảo vệ quyền riêng tư và mở rộng mạng lưới, khiến nó không chỉ trở thành tâm điểm nghiên cứu học thuật, mà còn được coi là một trong những đổi mới công nghệ quan trọng nhất kể từ khi công nghệ sổ cái phân tán được triển khai thành công, đồng thời cũng là lĩnh vực trọng điểm cho ứng dụng trong ngành và đầu tư mạo hiểm.
Do đó, nhiều dự án mạng dựa trên ZKP đã lần lượt xuất hiện, chẳng hạn như ZkSync, StarkNet, Mina, Filecoin và Aleo. Cùng với sự phát triển của những dự án này, sự đổi mới về thuật toán ZKP xuất hiện liên tục, theo báo cáo có gần như mỗi tuần đều có thuật toán mới ra đời. Ngoài ra, phát triển phần cứng liên quan đến công nghệ ZKP cũng đang tiến triển nhanh chóng, bao gồm các chip được tối ưu hóa đặc biệt cho ZKP. Ví dụ, một số dự án đã hoàn thành việc huy động vốn quy mô lớn, những phát triển này không chỉ cho thấy sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ ZKP mà còn phản ánh sự chuyển mình từ phần cứng chung sang phần cứng chuyên dụng như GPU, FPGA và ASIC.
Những tiến bộ này cho thấy, công nghệ zk-SNARK không chỉ là một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực mật mã học, mà còn là động lực chính để thực hiện các ứng dụng công nghệ Blockchain rộng rãi hơn, đặc biệt là trong việc nâng cao bảo vệ quyền riêng tư và khả năng xử lý.
Do đó, chúng tôi quyết định hệ thống hóa kiến thức liên quan đến zk-SNARK ( ZKP ) để hỗ trợ tốt hơn cho việc đưa ra quyết định đầu tư trong tương lai. Để làm điều này, chúng tôi đã tổng hợp xem xét các tài liệu học thuật cốt lõi liên quan đến ZKP ( theo thứ tự liên quan và số lần trích dẫn ); đồng thời, chúng tôi cũng phân tích chi tiết thông tin và whitepaper của các dự án hàng đầu trong lĩnh vực này ( theo quy mô tài trợ của chúng ). Những tài liệu tổng hợp và phân tích này đã cung cấp nền tảng vững chắc cho việc viết bài này.
Một, kiến thức cơ bản về zk-SNARK
1.Tổng quan
Năm 1985, các học giả Goldwasser, Micali và Rackoff lần đầu tiên đề xuất chứng minh không biết (Zero-Knowledge Proof) trong bài báo "The Knowledge Complexity of Interactive Proof-Systems" với các khái niệm ZKP và Interactive Zero-Knowledge (IZK). Bài báo này là nền tảng của chứng minh không biết, định nghĩa nhiều khái niệm ảnh hưởng đến nghiên cứu học thuật sau này. Ví dụ, định nghĩa về kiến thức là "đầu ra không thể tính toán", tức là kiến thức phải là một đầu ra và là một phép tính không thể thực hiện, có nghĩa là nó không thể là một hàm đơn giản, mà phải là một hàm phức tạp. Tính toán không thể thực hiện thường có thể hiểu là một bài toán NP, tức là có thể xác minh tính đúng đắn của giải pháp trong thời gian đa thức, thời gian đa thức có nghĩa là thời gian chạy của thuật toán có thể được biểu diễn bằng hàm đa thức của kích thước đầu vào. Đây là tiêu chuẩn quan trọng trong khoa học máy tính để đo lường hiệu quả và khả thi của thuật toán. Do quá trình giải quyết bài toán NP phức tạp, nó được coi là tính toán không thể thực hiện; nhưng quá trình xác minh tương đối đơn giản, vì vậy rất phù hợp để sử dụng trong xác minh chứng minh không biết.
Một ví dụ kinh điển về vấn đề NP là bài toán người bán hàng, trong đó cần tìm đường đi ngắn nhất để tham quan một loạt các thành phố và quay lại điểm khởi đầu. Mặc dù việc tìm đường đi ngắn nhất có thể rất khó khăn, nhưng việc xác minh một đường đi nhất định có phải là ngắn nhất hay không thì tương đối dễ dàng. Bởi vì việc xác minh tổng khoảng cách của một đường đi cụ thể có thể được thực hiện trong thời gian đa thức.
Goldwasser và các cộng sự đã giới thiệu khái niệm "độ phức tạp kiến thức" trong bài báo của họ, nhằm định lượng lượng kiến thức mà người chứng minh tiết lộ cho người xác minh trong hệ thống chứng minh tương tác. Họ cũng đã đề xuất hệ thống chứng minh tương tác (Interactive Proof Systems,IPS), trong đó người chứng minh (Prover) và người xác minh (Verifier) tương tác qua nhiều vòng để chứng minh tính xác thực của một tuyên bố.
Tóm lại, định nghĩa về zk-SNARK mà Goldwasser và những người khác đã tóm tắt là một loại chứng minh tương tác đặc biệt, trong đó người xác thực sẽ không nhận được bất kỳ thông tin bổ sung nào ngoài giá trị chân thực của câu; và đã đưa ra ba đặc điểm cơ bản bao gồm:
Tính đầy đủ: Nếu chứng minh là đúng, người chứng minh trung thực có thể thuyết phục người xác minh trung thực về sự thật này;
Độ tin cậy: Nếu người chứng minh không biết nội dung tuyên bố, anh ta chỉ có thể lừa người xác minh với xác suất không đáng kể;
3.Tính không biết: Sau khi quá trình chứng minh hoàn thành, người xác minh chỉ nhận được thông tin "người chứng minh sở hữu kiến thức này", mà không thể nhận được bất kỳ nội dung bổ sung nào.
(# 2.zk-SNARK ví dụ
Để hiểu rõ hơn về zk-SNARK và các thuộc tính của nó, dưới đây là một ví dụ về việc xác minh xem người chứng minh có sở hữu một số thông tin riêng tư hay không, ví dụ này được chia thành ba giai đoạn: thiết lập, thách thức và phản hồi.
Bước một: thiết lập )Setup(
Trong bước này, mục tiêu của người chứng minh là tạo ra một bằng chứng, chứng minh rằng họ biết một số bí mật s, nhưng không trực tiếp hiển thị s. Giả sử số bí mật;
Chọn hai số nguyên tố lớn p và q, tính tích của chúng. Gọi là số nguyên tố và , tính toán được;
Tính toán, ở đây, v được gửi đến người xác thực như một phần của bằng chứng, nhưng nó không đủ để cho người xác thực hoặc bất kỳ người quan sát nào suy luận ra s.
Chọn ngẫu nhiên một số nguyên r, tính toán và gửi cho người xác thực. Giá trị x này được sử dụng trong quá trình xác thực tiếp theo, nhưng cũng không tiết lộ s. Giả sử số nguyên ngẫu nhiên, tính toán được.
Bước hai: Thách thức )Challenge###
Người xác thực chọn ngẫu nhiên một vị trí a( có thể là 0 hoặc 1), sau đó gửi cho người chứng minh. "Thách thức" này quyết định các bước tiếp theo mà người chứng minh cần thực hiện.
Bước ba: Phản hồi (Response)
Theo giá trị a mà người xác thực đưa ra, người chứng minh sẽ phản hồi:
Nếu, người chứng minh gửi ( thì r là số được chọn ngẫu nhiên trước đó của anh ấy ).
Nếu, người chứng minh tính toán và gửi. Giả sử người xác minh gửi bit ngẫu nhiên, dựa trên giá trị của a, người chứng minh tính toán;
Cuối cùng, các xác nhận viên dựa trên g nhận được để xác minh xem có bằng hay không. Nếu phương trình đúng, xác nhận viên chấp nhận chứng minh này. Khi đó, xác nhận viên tính toán , bên phải xác minh ; khi đó, xác nhận viên tính toán , bên phải xác minh.
Ở đây, chúng ta thấy rằng các xác nhận viên tính toán được rằng người chứng minh đã thành công trong việc vượt qua quá trình xác minh, đồng thời không tiết lộ số bí mật của anh ta là s. Tại đây, vì a chỉ có thể nhận giá trị 0 hoặc 1, chỉ có hai khả năng, xác suất để người chứng minh vượt qua xác minh chỉ dựa vào may mắn là ( khi a bằng 0. Nhưng xác nhận viên sau đó lại thách thức người chứng minh một lần nữa, người chứng minh liên tục thay đổi các số liên quan, nộp cho xác nhận viên, và luôn thành công trong việc vượt qua quá trình xác minh, như vậy xác suất để người chứng minh vượt qua xác minh chỉ dựa vào may mắn sẽ vô hạn tiến gần đến 0), và kết luận rằng người chứng minh thực sự biết một số bí mật s được chứng minh. Ví dụ này chứng minh tính toàn vẹn, độ tin cậy và tính không biết của hệ thống zk-SNARK.
( Hai, chứng minh không tương tác zk-SNARK
)# 1.Nền tảng
zk-SNARK(ZKP) trong khái niệm truyền thống thường là hình thức giao thức tương tác và trực tuyến; ví dụ, giao thức Sigma thường yêu cầu từ ba đến năm vòng tương tác để hoàn thành xác thực. Tuy nhiên, trong các tình huống như giao dịch ngay lập tức hoặc bỏ phiếu, thường không có cơ hội để thực hiện nhiều vòng tương tác, đặc biệt là trong ứng dụng công nghệ Blockchain, chức năng xác thực ngoại tuyến trở nên đặc biệt quan trọng.
(# 2.NIZK được đề xuất
Năm 1988, Blum, Feldman và Micali lần đầu tiên đề xuất khái niệm chứng minh không tương tác zk-SNARK ) NIZK ###, chứng minh rằng mà không cần nhiều vòng tương tác, người chứng minh ### Prover ( và người xác minh ) Verifier ### vẫn có thể hoàn thành quá trình xác thực. Bước đột phá này đã làm cho các giao dịch tức thì, bỏ phiếu và ứng dụng Blockchain trở nên khả thi.
Họ đã đề xuất chứng minh không tương tác zk-SNARK ( NIZK ) có thể
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.
6 thích
Phần thưởng
6
4
Chia sẻ
Bình luận
0/400
GateUser-afe07a92
· 08-05 10:44
Công nghệ đen gì vậy, không hiểu...
Xem bản gốcTrả lời0
WalletDoomsDay
· 08-05 10:42
zkp là thuốc giải cho ví tiền
Xem bản gốcTrả lời0
BanklessAtHeart
· 08-05 10:30
L2 của ánh đèn, chính là zk
Xem bản gốcTrả lời0
WenAirdrop
· 08-05 10:14
Quảng cáo hư không hàng năm có, Airdrop miễn phí thở dài liên tục.
Công nghệ chứng minh không có kiến thức (zk-SNARK) trong lĩnh vực Blockchain có những tiến bộ mới nhất và triển vọng ứng dụng.
Tổng quan về công nghệ zk-SNARK và ứng dụng của nó trong lĩnh vực Blockchain
Tóm tắt
zk-SNARK ( ZKP ) công nghệ được coi là một trong những đổi mới quan trọng nhất trong lĩnh vực Blockchain, cũng như là một lĩnh vực được các nhà đầu tư mạo hiểm chú ý trong những năm gần đây. Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan hệ thống về quá trình phát triển và nghiên cứu mới nhất của công nghệ ZKP trong gần 40 năm qua.
Đầu tiên, bài viết giới thiệu khái niệm cơ bản và bối cảnh lịch sử của ZKP. Tiếp theo, bài viết phân tích chuyên sâu công nghệ ZKP dựa trên mạch, bao gồm thiết kế, ứng dụng và phương pháp tối ưu hóa của các mô hình như zkSNARK, Ben-Sasson, Pinocchio, Bulletproofs và Ligero. Về môi trường tính toán, bài viết giới thiệu ZKVM và ZKEVM, khám phá cách chúng nâng cao khả năng xử lý giao dịch, bảo vệ quyền riêng tư và cải thiện hiệu quả xác thực. Bài viết cũng giải thích cơ chế hoạt động và phương pháp tối ưu của Zero Knowledge Rollup(ZK Rollup) như một giải pháp mở rộng Layer 2, cũng như những tiến triển mới nhất trong tăng tốc phần cứng, giải pháp hỗn hợp và ZK EVM chuyên dụng.
Cuối cùng, bài viết đã nhìn nhận các khái niệm mới nổi như ZKCoprocessor, ZKML, ZKThreads, ZK Sharding và ZK StateChannels, và khám phá tiềm năng của chúng trong việc mở rộng Blockchain, khả năng tương tác và bảo vệ quyền riêng tư.
Bằng cách phân tích những công nghệ và xu hướng phát triển mới nhất, bài viết này cung cấp một cái nhìn toàn diện để hiểu và áp dụng công nghệ ZKP, cho thấy tiềm năng lớn của nó trong việc nâng cao hiệu quả và tính an toàn của các hệ thống Blockchain, cung cấp tham khảo quan trọng cho các quyết định đầu tư trong tương lai.
Mục lục
Lời giới thiệu
Một, kiến thức cơ bản về zk-SNARK
Hai, chứng minh không tương tác zk-SNARK
Ba, chứng minh không tri thức dựa trên mạch điện
Bốn, mô hình zk-SNARK
Năm, Tổng quan và phát triển của máy ảo zk-SNARK
Sáu, Tổng quan và phát triển của Máy ảo Ethereum bằng chứng không kiến thức
Bảy, Tổng quan và phát triển về kế hoạch mạng lớp hai zk-SNARK
Tám, hướng phát triển tương lai của zk-SNARK.
Chín, Kết luận
Tài liệu tham khảo
Lời mở đầu
Internet đang bước vào thời đại Web3, các ứng dụng Blockchain (DApps ) phát triển nhanh chóng. Trong những năm gần đây, các nền tảng Blockchain hàng ngày tiếp nhận hàng triệu hoạt động của người dùng, xử lý hàng tỷ giao dịch. Những giao dịch này tạo ra một lượng lớn dữ liệu liên quan đến danh tính người dùng, số tiền giao dịch, địa chỉ tài khoản và số dư, v.v. Do tính mở và minh bạch của Blockchain, dữ liệu được lưu trữ này đều mở cho mọi người, do đó đã gây ra nhiều vấn đề về an ninh và quyền riêng tư.
Hiện tại có một số công nghệ mã hóa có thể đối phó với những thách thức này, bao gồm mã hóa đồng hình, chữ ký vòng, tính toán an toàn nhiều bên và zk-SNARK. Mã hóa đồng hình cho phép thực hiện các phép toán mà không cần giải mã văn bản mật, giúp bảo vệ an toàn số dư tài khoản và số tiền giao dịch, nhưng không thể bảo vệ an toàn địa chỉ tài khoản. Chữ ký vòng cung cấp một hình thức chữ ký số đặc biệt, có khả năng ẩn danh tính của người ký, từ đó bảo vệ an toàn địa chỉ tài khoản, nhưng không thể bảo vệ số dư tài khoản và số tiền giao dịch. Tính toán an toàn nhiều bên cho phép phân phối nhiệm vụ tính toán giữa nhiều người tham gia, mà không cần bất kỳ người tham gia nào biết dữ liệu của những người khác, bảo vệ hiệu quả an toàn số dư tài khoản và số tiền giao dịch, nhưng cũng không thể bảo vệ an toàn địa chỉ tài khoản. Ngoài ra, những công nghệ này không thể được sử dụng để xác minh xem người chứng minh có đủ số tiền giao dịch trong môi trường blockchain mà không tiết lộ số tiền giao dịch, địa chỉ tài khoản và số dư tài khoản.
zk-SNARK là một giải pháp toàn diện hơn, giao thức xác minh này cho phép xác minh tính chính xác của một số tuyên bố mà không tiết lộ bất kỳ dữ liệu trung gian nào. Giao thức này không yêu cầu cơ sở hạ tầng khóa công khai phức tạp, việc thực hiện lặp lại của nó cũng không tạo cơ hội cho người dùng ác ý lấy được thông tin hữu ích bổ sung. Thông qua ZKP, người xác minh có thể xác minh xem người chứng minh có đủ số tiền giao dịch hay không mà không tiết lộ bất kỳ dữ liệu giao dịch cá nhân nào. Quy trình xác minh bao gồm việc tạo ra một chứng minh chứa số tiền giao dịch mà người chứng minh tuyên bố, sau đó chuyển chứng minh đó cho người xác minh, người xác minh thực hiện các phép tính được xác định trước trên chứng minh và đưa ra kết quả tính toán cuối cùng, từ đó đưa ra kết luận có chấp nhận tuyên bố của người chứng minh hay không. Nếu tuyên bố của người chứng minh được chấp nhận, điều đó có nghĩa là họ có đủ số tiền giao dịch. Quy trình xác minh trên có thể được ghi lại trên Blockchain, không có bất kỳ sự giả mạo nào.
Tính năng ZKP này khiến nó đóng vai trò cốt lõi trong các giao dịch Blockchain và ứng dụng tiền điện tử, đặc biệt trong việc bảo vệ quyền riêng tư và mở rộng mạng lưới, khiến nó không chỉ trở thành tâm điểm nghiên cứu học thuật, mà còn được coi là một trong những đổi mới công nghệ quan trọng nhất kể từ khi công nghệ sổ cái phân tán được triển khai thành công, đồng thời cũng là lĩnh vực trọng điểm cho ứng dụng trong ngành và đầu tư mạo hiểm.
Do đó, nhiều dự án mạng dựa trên ZKP đã lần lượt xuất hiện, chẳng hạn như ZkSync, StarkNet, Mina, Filecoin và Aleo. Cùng với sự phát triển của những dự án này, sự đổi mới về thuật toán ZKP xuất hiện liên tục, theo báo cáo có gần như mỗi tuần đều có thuật toán mới ra đời. Ngoài ra, phát triển phần cứng liên quan đến công nghệ ZKP cũng đang tiến triển nhanh chóng, bao gồm các chip được tối ưu hóa đặc biệt cho ZKP. Ví dụ, một số dự án đã hoàn thành việc huy động vốn quy mô lớn, những phát triển này không chỉ cho thấy sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ ZKP mà còn phản ánh sự chuyển mình từ phần cứng chung sang phần cứng chuyên dụng như GPU, FPGA và ASIC.
Những tiến bộ này cho thấy, công nghệ zk-SNARK không chỉ là một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực mật mã học, mà còn là động lực chính để thực hiện các ứng dụng công nghệ Blockchain rộng rãi hơn, đặc biệt là trong việc nâng cao bảo vệ quyền riêng tư và khả năng xử lý.
Do đó, chúng tôi quyết định hệ thống hóa kiến thức liên quan đến zk-SNARK ( ZKP ) để hỗ trợ tốt hơn cho việc đưa ra quyết định đầu tư trong tương lai. Để làm điều này, chúng tôi đã tổng hợp xem xét các tài liệu học thuật cốt lõi liên quan đến ZKP ( theo thứ tự liên quan và số lần trích dẫn ); đồng thời, chúng tôi cũng phân tích chi tiết thông tin và whitepaper của các dự án hàng đầu trong lĩnh vực này ( theo quy mô tài trợ của chúng ). Những tài liệu tổng hợp và phân tích này đã cung cấp nền tảng vững chắc cho việc viết bài này.
Một, kiến thức cơ bản về zk-SNARK
1.Tổng quan
Năm 1985, các học giả Goldwasser, Micali và Rackoff lần đầu tiên đề xuất chứng minh không biết (Zero-Knowledge Proof) trong bài báo "The Knowledge Complexity of Interactive Proof-Systems" với các khái niệm ZKP và Interactive Zero-Knowledge (IZK). Bài báo này là nền tảng của chứng minh không biết, định nghĩa nhiều khái niệm ảnh hưởng đến nghiên cứu học thuật sau này. Ví dụ, định nghĩa về kiến thức là "đầu ra không thể tính toán", tức là kiến thức phải là một đầu ra và là một phép tính không thể thực hiện, có nghĩa là nó không thể là một hàm đơn giản, mà phải là một hàm phức tạp. Tính toán không thể thực hiện thường có thể hiểu là một bài toán NP, tức là có thể xác minh tính đúng đắn của giải pháp trong thời gian đa thức, thời gian đa thức có nghĩa là thời gian chạy của thuật toán có thể được biểu diễn bằng hàm đa thức của kích thước đầu vào. Đây là tiêu chuẩn quan trọng trong khoa học máy tính để đo lường hiệu quả và khả thi của thuật toán. Do quá trình giải quyết bài toán NP phức tạp, nó được coi là tính toán không thể thực hiện; nhưng quá trình xác minh tương đối đơn giản, vì vậy rất phù hợp để sử dụng trong xác minh chứng minh không biết.
Một ví dụ kinh điển về vấn đề NP là bài toán người bán hàng, trong đó cần tìm đường đi ngắn nhất để tham quan một loạt các thành phố và quay lại điểm khởi đầu. Mặc dù việc tìm đường đi ngắn nhất có thể rất khó khăn, nhưng việc xác minh một đường đi nhất định có phải là ngắn nhất hay không thì tương đối dễ dàng. Bởi vì việc xác minh tổng khoảng cách của một đường đi cụ thể có thể được thực hiện trong thời gian đa thức.
Goldwasser và các cộng sự đã giới thiệu khái niệm "độ phức tạp kiến thức" trong bài báo của họ, nhằm định lượng lượng kiến thức mà người chứng minh tiết lộ cho người xác minh trong hệ thống chứng minh tương tác. Họ cũng đã đề xuất hệ thống chứng minh tương tác (Interactive Proof Systems,IPS), trong đó người chứng minh (Prover) và người xác minh (Verifier) tương tác qua nhiều vòng để chứng minh tính xác thực của một tuyên bố.
Tóm lại, định nghĩa về zk-SNARK mà Goldwasser và những người khác đã tóm tắt là một loại chứng minh tương tác đặc biệt, trong đó người xác thực sẽ không nhận được bất kỳ thông tin bổ sung nào ngoài giá trị chân thực của câu; và đã đưa ra ba đặc điểm cơ bản bao gồm:
Tính đầy đủ: Nếu chứng minh là đúng, người chứng minh trung thực có thể thuyết phục người xác minh trung thực về sự thật này;
Độ tin cậy: Nếu người chứng minh không biết nội dung tuyên bố, anh ta chỉ có thể lừa người xác minh với xác suất không đáng kể;
3.Tính không biết: Sau khi quá trình chứng minh hoàn thành, người xác minh chỉ nhận được thông tin "người chứng minh sở hữu kiến thức này", mà không thể nhận được bất kỳ nội dung bổ sung nào.
(# 2.zk-SNARK ví dụ
Để hiểu rõ hơn về zk-SNARK và các thuộc tính của nó, dưới đây là một ví dụ về việc xác minh xem người chứng minh có sở hữu một số thông tin riêng tư hay không, ví dụ này được chia thành ba giai đoạn: thiết lập, thách thức và phản hồi.
Bước một: thiết lập )Setup(
Trong bước này, mục tiêu của người chứng minh là tạo ra một bằng chứng, chứng minh rằng họ biết một số bí mật s, nhưng không trực tiếp hiển thị s. Giả sử số bí mật;
Chọn hai số nguyên tố lớn p và q, tính tích của chúng. Gọi là số nguyên tố và , tính toán được;
Tính toán, ở đây, v được gửi đến người xác thực như một phần của bằng chứng, nhưng nó không đủ để cho người xác thực hoặc bất kỳ người quan sát nào suy luận ra s.
Chọn ngẫu nhiên một số nguyên r, tính toán và gửi cho người xác thực. Giá trị x này được sử dụng trong quá trình xác thực tiếp theo, nhưng cũng không tiết lộ s. Giả sử số nguyên ngẫu nhiên, tính toán được.
Bước hai: Thách thức )Challenge###
Người xác thực chọn ngẫu nhiên một vị trí a( có thể là 0 hoặc 1), sau đó gửi cho người chứng minh. "Thách thức" này quyết định các bước tiếp theo mà người chứng minh cần thực hiện.
Bước ba: Phản hồi (Response)
Theo giá trị a mà người xác thực đưa ra, người chứng minh sẽ phản hồi:
Nếu, người chứng minh gửi ( thì r là số được chọn ngẫu nhiên trước đó của anh ấy ).
Nếu, người chứng minh tính toán và gửi. Giả sử người xác minh gửi bit ngẫu nhiên, dựa trên giá trị của a, người chứng minh tính toán;
Cuối cùng, các xác nhận viên dựa trên g nhận được để xác minh xem có bằng hay không. Nếu phương trình đúng, xác nhận viên chấp nhận chứng minh này. Khi đó, xác nhận viên tính toán , bên phải xác minh ; khi đó, xác nhận viên tính toán , bên phải xác minh.
Ở đây, chúng ta thấy rằng các xác nhận viên tính toán được rằng người chứng minh đã thành công trong việc vượt qua quá trình xác minh, đồng thời không tiết lộ số bí mật của anh ta là s. Tại đây, vì a chỉ có thể nhận giá trị 0 hoặc 1, chỉ có hai khả năng, xác suất để người chứng minh vượt qua xác minh chỉ dựa vào may mắn là ( khi a bằng 0. Nhưng xác nhận viên sau đó lại thách thức người chứng minh một lần nữa, người chứng minh liên tục thay đổi các số liên quan, nộp cho xác nhận viên, và luôn thành công trong việc vượt qua quá trình xác minh, như vậy xác suất để người chứng minh vượt qua xác minh chỉ dựa vào may mắn sẽ vô hạn tiến gần đến 0), và kết luận rằng người chứng minh thực sự biết một số bí mật s được chứng minh. Ví dụ này chứng minh tính toàn vẹn, độ tin cậy và tính không biết của hệ thống zk-SNARK.
( Hai, chứng minh không tương tác zk-SNARK
)# 1.Nền tảng
zk-SNARK(ZKP) trong khái niệm truyền thống thường là hình thức giao thức tương tác và trực tuyến; ví dụ, giao thức Sigma thường yêu cầu từ ba đến năm vòng tương tác để hoàn thành xác thực. Tuy nhiên, trong các tình huống như giao dịch ngay lập tức hoặc bỏ phiếu, thường không có cơ hội để thực hiện nhiều vòng tương tác, đặc biệt là trong ứng dụng công nghệ Blockchain, chức năng xác thực ngoại tuyến trở nên đặc biệt quan trọng.
(# 2.NIZK được đề xuất
Năm 1988, Blum, Feldman và Micali lần đầu tiên đề xuất khái niệm chứng minh không tương tác zk-SNARK ) NIZK ###, chứng minh rằng mà không cần nhiều vòng tương tác, người chứng minh ### Prover ( và người xác minh ) Verifier ### vẫn có thể hoàn thành quá trình xác thực. Bước đột phá này đã làm cho các giao dịch tức thì, bỏ phiếu và ứng dụng Blockchain trở nên khả thi.
Họ đã đề xuất chứng minh không tương tác zk-SNARK ( NIZK ) có thể