Lịch sử, nguyên lý và ứng dụng của zk-SNARK

Sự phát triển của zk-SNARK

Hệ thống chứng minh không biết hiện đại có nguồn gốc từ bài báo của Goldwasser, Micali và Rackoff được công bố vào năm 1985. Bài báo này khám phá lượng kiến thức cần trao đổi để chứng minh tính đúng đắn của một tuyên bố thông qua nhiều vòng tương tác trong hệ thống tương tác. Nếu có thể hoàn thành chứng minh mà không cần trao đổi bất kỳ kiến thức nào, thì được gọi là chứng minh không biết. Các hệ thống chứng minh không biết ban đầu thiếu hiệu quả và khả năng sử dụng, chủ yếu chỉ dừng lại ở cấp độ lý thuyết.

Trong mười năm qua, zk-SNARK đã bắt đầu phát triển mạnh mẽ, trở thành một hướng quan trọng trong lĩnh vực mật mã. Trong đó, phát triển các giao thức zk-SNARK tổng quát, không tương tác và có kích thước chứng minh hạn chế là một trong những hướng khám phá quan trọng. Giao thức lý tưởng cần phải cân nhắc giữa tốc độ chứng minh, tốc độ xác minh và kích thước chứng minh.

Bài báo của Groth năm 2010 là một bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực ZKP, đặt nền tảng lý thuyết cho zk-SNARK. Năm 2015, Zcash sử dụng zk-SNARK để bảo vệ quyền riêng tư giao dịch, là một tiến bộ quan trọng ở cấp độ ứng dụng. Kể từ đó, zk-SNARK kết hợp với hợp đồng thông minh, mang lại nhiều ứng dụng hơn.

Các thành tựu học thuật quan trọng khác bao gồm: giao thức Pinocchio năm 2013, thuật toán Groth16 năm 2016, thuật toán Bulletproofs năm 2017, giao thức zk-STARKs năm 2018, v.v. Những tiến bộ này đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển và ứng dụng của zk-SNARK.

Ứng dụng chính của zk-SNARK

zk-SNARK ứng dụng rộng rãi nhất là bảo vệ quyền riêng tư và mở rộng quy mô.

Trong việc bảo vệ quyền riêng tư, các dự án như Zcash, Monero đã triển khai chức năng giao dịch riêng tư. Zcash sử dụng zk-SNARKs để thực hiện quyền riêng tư giao dịch, nhưng mô hình UTXO có những hạn chế. Tornado Cash thì thông qua zk-SNARK đã thực hiện được một bể trộn tiền tệ tổng quát hơn.

Trong việc mở rộng, ZK rollup trở thành một tuyến kỹ thuật quan trọng. ZK rollup thông qua việc hợp nhất một lượng lớn giao dịch và tạo ra zk-SNARK để thực hiện mở rộng Layer 2. Những ưu điểm chính bao gồm chi phí thấp, tính cuối cùng nhanh chóng, nhưng cũng tồn tại nhược điểm như khối lượng tính toán lớn, cần thiết lập tin cậy.

Các dự án ZK rollup cạnh tranh trên thị trường hiện nay bao gồm StarkNet, zkSync, Aztec, Polygon Hermez, v.v. Những dự án này đều có những điểm nhấn riêng về lựa chọn SNARK/STARK, tính tương thích EVM, v.v.

Nguyên lý cơ bản của zk-SNARK

zk-SNARK( zk-SNARK) là một giải pháp chứng minh không kiến thức quan trọng. Nó có các đặc tính như không kiến thức, ngắn gọn, không tương tác, đáng tin cậy.

Nguyên lý triển khai cơ bản của zk-SNARK bao gồm:

1. Chuyển đổi vấn đề thành mạch điện
2. Chuyển đổi mạch thành dạng R1CS
3. Chuyển đổi R1CS sang dạng QAP
4. Tạo thiết lập đáng tin cậy, bao gồm khóa chứng minh và khóa xác minh
5. Tạo và xác minh zk-SNARK

Khung này đã đặt nền tảng cho việc áp dụng rộng rãi zk-SNARK. Trong tương lai, với sự phát triển liên tục của công nghệ, zk-SNARK dự kiến sẽ đóng vai trò quan trọng hơn trong nhiều lĩnh vực.