Historia, principios y aplicaciones de zk-SNARKs

zk-SNARKs del desarrollo histórico

El sistema moderno de zk-SNARKs se originó en 1985 con el artículo publicado por Goldwasser, Micali y Rackoff. Este artículo explora la cantidad de conocimiento que se necesita intercambiar para probar la validez de una afirmación a través de múltiples interacciones en un sistema interactivo. Si se puede completar la prueba sin intercambiar ningún conocimiento, se llama zk-SNARK. Los primeros sistemas de zk-SNARKs tenían una eficiencia y usabilidad insuficientes, principalmente permaneciendo en un nivel teórico.

En la última década, los zk-SNARKs han comenzado a desarrollarse de manera próspera, convirtiéndose en una dirección importante en el campo de la criptografía. Entre ellos, el desarrollo de protocolos de zk-SNARKs generales, no interactivos y con un tamaño de prueba limitado es una de las direcciones clave de exploración. Un protocolo ideal necesita equilibrar la velocidad de prueba, la velocidad de verificación y el tamaño de la prueba.

El artículo de Groth de 2010 es un avance importante en el campo de ZKP, estableciendo la base teórica para zk-SNARKs. En 2015, Zcash utilizó zk-SNARKs para proteger la privacidad de las transacciones, lo que representa un avance importante a nivel de aplicación. Desde entonces, zk-SNARKs se han combinado con contratos inteligentes, ampliando aún más los escenarios de aplicación.

Otros logros académicos importantes incluyen: el protocolo Pinocchio de 2013, el algoritmo Groth16 de 2016, el algoritmo Bulletproofs de 2017, el protocolo zk-STARKs de 2018, entre otros. Estos avances han impulsado enormemente el desarrollo y la aplicación de zk-SNARKs.

zk-SNARKs principales aplicaciones

Las dos aplicaciones más amplias de zk-SNARKs son la protección de la privacidad y la escalabilidad.

En términos de protección de la privacidad, proyectos como Zcash y Monero han lanzado funciones de transacciones privadas. Zcash utiliza zk-SNARKs para lograr la privacidad de las transacciones, pero tiene limitaciones debido al modelo UTXO. Tornado Cash, por otro lado, ha logrado un pool de mezcla más general a través de zk-SNARK.

En términos de escalabilidad, ZK rollup se ha convertido en una ruta tecnológica importante. ZK rollup logra la escalabilidad de Layer 2 al combinar un gran número de transacciones y generar zk-SNARKs. Las principales ventajas incluyen bajos costos, rápida finalización, entre otros, pero también existen desventajas como la gran carga computacional y la necesidad de configuraciones de confianza.

Actualmente, los proyectos de ZK rollup competitivos en el mercado incluyen StarkNet, zkSync, Aztec, Polygon Hermez, entre otros. Estos proyectos se centran en diferentes aspectos como la elección de SNARK/STARK y la compatibilidad con EVM.

Principios básicos de zk-SNARKs

zk-SNARK( es un importante esquema de prueba de conocimiento cero. Tiene características como conocimiento cero, ser conciso, no interactivo y confiable.

El principio básico de implementación de zk-SNARKs incluye:

1. Convertir el problema en un circuito
2. Convertir el circuito a la forma R1CS
3. Convertir R1CS a la forma QAP
4. Generar una configuración confiable, incluyendo la clave de prueba y la clave de verificación
5. Generar y verificar zk-SNARKs

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Este marco sienta las bases para la amplia aplicación de zk-SNARKs. En el futuro, a medida que la tecnología continúe avanzando, se espera que los zk-SNARKs desempeñen un papel importante en más campos.

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