Perkembangan, Aplikasi, dan Prinsip zk-SNARKs

I. Sejarah Perkembangan zk-SNARKs

Sistem zk-SNARKs pertama kali berasal dari makalah yang ditulis oleh Goldwasser, Micali, dan Rackoff pada tahun 1985. Makalah ini membahas jumlah pengetahuan yang diperlukan untuk membuktikan kebenaran suatu pernyataan melalui interaksi berulang dalam sistem interaktif. Jika pertukaran nol pengetahuan dapat dilakukan, itu disebut sebagai zk-SNARKs. Sistem zk-SNARKs awal memiliki kekurangan dalam efisiensi dan kegunaan, dan sebagian besar masih berada pada tingkat teoretis.

Dalam dekade terakhir, seiring dengan munculnya kriptografi di bidang mata uang kripto, zk-SNARKs secara bertahap menjadi arah penelitian yang penting. Di antara itu, mengembangkan protokol zk-SNARKs yang umum, non-interaktif, dan memiliki ukuran bukti yang terbatas adalah salah satu arah eksplorasi yang paling penting. Inti dari zk-SNARKs adalah mencari keseimbangan antara kecepatan pembuktian, kecepatan verifikasi, dan ukuran bukti.

Pada tahun 2010, makalah yang diterbitkan oleh Groth meletakkan dasar teoritis untuk zk-SNARKs, yang merupakan yang paling penting di bidang ZKP. Pada tahun 2015, sistem bukti pengetahuan nol yang digunakan oleh Zcash mewujudkan perlindungan privasi transaksi, membuka aplikasi luas ZKP.

Hasil akademis penting lainnya termasuk:

• Protokol Pinocchio tahun 2013, mengompresi waktu pembuktian dan verifikasi
• Groth16 tahun 2016, menyederhanakan ukuran bukti dan meningkatkan efisiensi verifikasi
• Bulletproofs tahun 2017, mengusulkan bukti nol pengetahuan non-interaktif yang ringkas
• zk-STARKs tahun 2018, mengajukan protokol tanpa pengaturan tepercaya.

Selain itu, PLONK, Halo2, dan lain-lain juga merupakan kemajuan penting dalam perkembangan ZKP.

Dua, Aplikasi Utama zk-SNARKs

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

Perlindungan Privasi

Proyek perdagangan privasi awal seperti Zcash dan Monero pernah menjadi sorotan, tetapi karena permintaan nyata tidak memenuhi harapan, saat ini mereka telah perlahan-lahan mundur ke posisi kedua.

Sebagai contoh Zcash, proses transaksi yang berbasis zk-SNARKs mencakup: pengaturan sistem, generasi kunci, pencetakan koin, pembuangan, verifikasi, dan penerimaan. Namun, Zcash juga memiliki keterbatasan, seperti berbasis model UTXO, sulit untuk diskalakan, dan lain-lain. Proporsi penggunaan transaksi privasi sebenarnya kurang dari 10%.

Tornado Cash menggunakan desain kolam campuran besar tunggal, berbasis jaringan Ethereum, dan menggunakan zk-SNARKs untuk melindungi privasi. Fitur utamanya meliputi: hanya dapat menarik koin yang disetor, koin tidak dapat ditarik kembali, proses pembuktian terikat pada pemberitahuan pembatalan, dan lain-lain.

ekspansi

Aplikasi ZK dalam skala terutama adalah ZK Rollup. ZK Rollup mencakup dua peran yaitu Sequencer dan Aggregator. Sequencer bertanggung jawab untuk mengemas transaksi, Aggregator menggabungkan banyak transaksi untuk menghasilkan rollup dan membuat zk-SNARKs, yang digunakan untuk memperbarui status Layer 1.

Keuntungan dari ZK Rollup termasuk: biaya rendah, finalitas cepat, dan perlindungan privasi. Kekurangan termasuk: beban komputasi yang besar, masalah keamanan, dan kemungkinan mengubah urutan transaksi.

Saat ini, proyek ZK Rollup yang populer adalah: StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez/Miden, Loopring, Scroll, dan lain-lain. Proyek-proyek ini terutama memilih antara SNARK( dan versi perbaikannya ) serta STARK dalam jalur teknis, serta apakah mendukung EVM.

Kecocokan EVM adalah salah satu tantangan besar yang dihadapi oleh sistem ZK. Saat ini, ada dua solusi utama: sepenuhnya kompatibel dengan opcode Solidity, atau merancang mesin virtual ramah ZK yang kompatibel dengan Solidity. Peningkatan kecocokan EVM akan mempengaruhi ekosistem pengembangan ZK dan lanskap persaingannya.

Tiga, Prinsip Dasar ZK-SNARKs

ZK-SNARK adalah singkatan dari "Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge". Fitur inti termasuk:

• zk-SNARKs: proses pembuktian tidak mengungkapkan informasi tambahan
• Ringkas: ukuran verifikasi kecil
• Non-interaktif: Tidak perlu interaksi berulang
• Bukti: Memiliki keandalan komputasi
• Pengetahuan: Pembuktian harus mengetahui informasi yang valid

Proses pembuktian ZK-SNARK Groth16 terutama mencakup:

1. Mengubah masalah menjadi rangkaian
2. Mengubah sirkuit menjadi bentuk R1CS
3. R1CS diubah menjadi bentuk QAP
4. Membangun pengaturan yang dapat dipercaya, menghasilkan kunci bukti dan kunci verifikasi
5. Menghasilkan dan Memverifikasi Bukti zk-SNARKs

Prinsip, aplikasi ZK-SNARKs dan hubungannya dengan ZK-STARK akan dibahas secara rinci dalam laporan mendatang.