zk-SNARKs: História, Princípios e Aplicações

zk-SNARKs的发展历程

Os modernos zk-SNARKs têm origem em um artigo publicado em 1985 por Goldwasser, Micali e Rackoff. Este artigo explora a quantidade de conhecimento que precisa ser trocada para provar a veracidade de uma declaração em sistemas interativos, através de múltiplas interações. Se a prova puder ser concluída sem trocar nenhum conhecimento, é chamada de zk-SNARK. Os primeiros sistemas de zk-SNARKs tinham eficiência e usabilidade insuficientes, permanecendo principalmente em um nível teórico.

Nos últimos dez anos, os zk-SNARKs começaram a prosperar, tornando-se uma direção importante no campo da criptografia. Entre eles, o desenvolvimento de protocolos de zk-SNARKs gerais, não interativos e com tamanho de prova limitado é uma das direções de exploração chave. Um protocolo ideal precisa equilibrar a velocidade da prova, a velocidade da verificação e o tamanho da prova.

O artigo de Groth de 2010 foi um avanço importante no campo dos ZKP, estabelecendo a base teórica para zk-SNARKs. Em 2015, o Zcash utilizou zk-SNARKs para implementar a proteção da privacidade das transações, sendo um progresso importante a nível de aplicação. Desde então, zk-SNARKs foram combinados com contratos inteligentes, ampliando ainda mais os cenários de aplicação.

Outros resultados acadêmicos importantes incluem: o protocolo Pinocchio de 2013, o algoritmo Groth16 de 2016, o algoritmo Bulletproofs de 2017, o protocolo zk-STARKs de 2018, entre outros. Esses avanços impulsionaram significativamente o desenvolvimento e a aplicação de zk-SNARKs.

zk-SNARKs principais aplicações

As duas aplicações mais amplas de zk-SNARKs são a proteção da privacidade e a escalabilidade.

Na proteção da privacidade, projetos como Zcash e Monero lançaram funcionalidades de transação privada. A Zcash utiliza zk-SNARKs para garantir a privacidade das transações, mas enfrenta limitações devido ao modelo UTXO. O Tornado Cash, por sua vez, implementou um pool de mistura mais genérico através de zk-SNARK.

Na expansão, o ZK rollup tornou-se uma importante rota tecnológica. O ZK rollup alcança a expansão da Layer 2 ao agrupar um grande número de transações e gerar zk-SNARKs. As principais vantagens incluem baixas taxas, finalização rápida, entre outras, mas também existem desvantagens como grande carga computacional e necessidade de configuração confiável.

Atualmente, os projetos de ZK rollup competitivos no mercado incluem StarkNet, zkSync, Aztec, Polygon Hermez, entre outros. Estes projetos têm diferentes ênfases na escolha de SNARK/STARK, compatibilidade com EVM, etc.

Princípios básicos do zk-SNARKs

zk-SNARK(zk-SNARKs)é uma importante solução de prova de conhecimento zero. Possui características de conhecimento zero, concisão, não interatividade, confiabilidade, entre outras.

O princípio básico da implementação do zk-SNARKs inclui:

1. Converter a questão em circuitos
2. Converter o circuito para a forma R1CS
3. Converter R1CS para a forma QAP
4. Gerar configurações confiáveis, incluindo chaves de prova e chaves de verificação
5. Gerar e validar zk-SNARKs

Este framework estabelece as bases para a ampla aplicação de zk-SNARKs. No futuro, à medida que a tecnologia continuar a evoluir, espera-se que os zk-SNARKs desempenhem um papel importante em mais áreas.