تاريخ ومبادئ وتطبيقات zk-SNARKs

تاريخ براهين المعرفة الصفرية

نشأت أنظمة الإثبات القائم على المعرفة الصفرية الحديثة من الورقة البحثية التي نشرها جولدووتر وميكالي وراكوف عام 1985. تتناول هذه الورقة كمية المعرفة المطلوبة لتبادلها لإثبات صحة بيان ما من خلال نظام تفاعلي يتضمن جولات متعددة من التفاعل. إذا كان بالإمكان إثبات ذلك دون تبادل أي معرفة، فإن ذلك يُسمى الإثبات القائم على المعرفة الصفرية. كانت أنظمة الإثبات القائمة على المعرفة الصفرية المبكرة تعاني من نقص في الكفاءة والقابلية للاستخدام، وكانت تقتصر بشكل رئيسي على المستوى النظري.

على مدى السنوات العشر الماضية، بدأت zk-SNARKs في الازدهار، وأصبحت اتجاهًا مهمًا في مجال علم التشفير. من بين ذلك، يعد تطوير بروتوكولات zk-SNARKs العامة وغير التفاعلية ذات حجم إثبات محدود واحدة من الاتجاهات الرئيسية للاستكشاف. يحتاج البروتوكول المثالي إلى تحقيق توازن بين سرعة الإثبات وسرعة التحقق وحجم الإثبات.

كانت ورقة جروث عام 2010 إنجازًا مهمًا في مجال ZKP، حيث وضعت الأساس النظري لـ zk-SNARKs. في عام 2015، استخدمت Zcash الإثباتات الصفرية لحماية خصوصية المعاملات، مما كان تقدمًا مهمًا على المستوى التطبيقي. بعد ذلك، تم دمج zk-SNARKs مع العقود الذكية، مما وسع من نطاق تطبيقاتها.

تشمل الإنجازات الأكاديمية المهمة الأخرى: بروتوكول Pinocchio لعام 2013، وخوارزمية Groth16 لعام 2016، وخوارزمية Bulletproofs لعام 2017، وبروتوكول zk-STARKs لعام 2018، وغيرها. لقد ساهمت هذه التطورات بشكل كبير في دفع تطوير وتطبيق zk-SNARKs.

zk-SNARKs التطبيقات الرئيسية

أكثر تطبيقين شيوعًا لـ zk-SNARKs هما حماية الخصوصية وتوسيع السعة.

في مجال حماية الخصوصية، أطلقت مشاريع مثل Zcash وMonero وظيفة التداول الخاص. تستخدم Zcash zk-SNARKs لتحقيق خصوصية المعاملات، ولكن يوجد قيود بسبب نموذج UTXO. بينما حققت Tornado Cash بركة خلط أكثر عمومية من خلال zk-SNARK.

في مجال التوسع، أصبحت ZK rollup مسارًا تقنيًا مهمًا. تحقق ZK rollup التوسع في Layer 2 من خلال دمج عدد كبير من المعاملات وتوليد zk-SNARKs. تشمل المزايا الرئيسية انخفاض الرسوم وسرعة النهائية، ولكن هناك أيضًا عيوب مثل حجم الحساب الكبير وضرورة الإعداد الموثوق.

تشمل مشاريع ZK rollup التنافسية في السوق حاليًا StarkNet و zkSync و Aztec و Polygon Hermez وغيرها. تركز هذه المشاريع على جوانب مختلفة مثل اختيار SNARK/STARK و توافق EVM.

مبادئ zk-SNARK الأساسية

zk-SNARK( إثبات المعرفة الصفرية المبسط غير التفاعلي ) هو أحد المخططات المهمة لإثبات المعرفة الصفرية. يتميز بالمعرفة الصفرية، والاختصار، وعدم التفاعل، والموثوقية.

تشمل المبادئ الأساسية لتنفيذ zk-SNARKs:

1. تحويل المشكلة إلى دائرة
2. تحويل الدائرة إلى شكل R1CS
3. تحويل R1CS إلى شكل QAP
4. إنشاء إعدادات موثوقة، بما في ذلك مفتاح الإثبات ومفتاح التحقق
5. إنشاء والتحقق من zk-SNARKs

هذا الإطار وضع أساسًا للاستخدام الواسع للـ zk-SNARKs. في المستقبل، مع استمرار تطور التكنولوجيا، من المتوقع أن تلعب الـ zk-SNARKs دورًا مهمًا في المزيد من المجالات.