zk-SNARKs: التطور من النظرية إلى التطبيق

zk-SNARKs(ZKP)التكنولوجيا تطورت بسرعة في صناعة blockchain في السنوات الأخيرة، وخاصة في تطبيقاتها في التوسع وحماية الخصوصية. نظرًا لأن ZKP تتضمن مبادئ رياضية معقدة، فإن فهمها يكون صعبًا على عشاق التشفير العاديين. ستقوم هذه المقالة بمراجعة تاريخ تطوير ZKP، وأمثلة على التطبيقات، والمبادئ الأساسية، لاستكشاف تأثيرها وقيمتها في صناعة العملات المشفرة.

واحد، تطور zk-SNARKs

نشأت أنظمة إثبات المعرفة الصفرية الحديثة في عام 1985 من خلال الورقة البحثية التي نشرها Goldwasser وMicali وRackoff بعنوان "تعقيد المعرفة في أنظمة الإثبات التفاعلية". تستكشف هذه الورقة كمية المعرفة المطلوبة لتبادلها لإثبات صحة بيان ما من خلال تفاعلات متعددة في نظام تفاعلي. إذا كانت كمية المعرفة المتبادلة صفر، فإنها تُعرف باسم zk-SNARKs.

كانت أنظمة إثبات المعرفة الصفرية المبكرة تعاني من نقص في الكفاءة والعملية، وكانت في الغالب تقتصر على الجانب النظري. على مدى العقد الماضي، ومع ظهور علم التشفير في مجال العملات المشفرة، أصبح إثبات المعرفة الصفرية اتجاهًا بحثيًا مهمًا. من بين ذلك، يعتبر تطوير بروتوكولات إثبات المعرفة الصفرية العامة وغير التفاعلية والتي تتميز بحجم إثبات صغير واحدًا من الأهداف الرئيسية.

إن الانجاز الكبير في إثبات المعرفة الصفرية هو الورقة البحثية التي نشرها Groth في عام 2010 بعنوان "إثباتات المعرفة الصفرية غير التفاعلية القصيرة المستندة إلى الاقتران"، والتي وضعت الأساس النظري للzk-SNARKs. على مستوى التطبيق، قام نظام إثبات المعرفة الصفرية الذي استخدمته Zcash في عام 2015 بتحقيق حماية خصوصية المعاملات، مما عزز دمج الزك-SNARKs مع العقود الذكية، ووسع من مجالات التطبيق.

تشمل الإنجازات الأكاديمية المهمة الأخرى:

• بروتوكول بينوكيو لعام 2013
• خوارزمية Groth16 لعام 2016
• خوارزمية Bulletproofs لعام 2017
• بروتوكول zk-STARKs لعام 2018

بالإضافة إلى ذلك، فإن التقدم الجديد مثل PLONK و Halo2 قد أدخل تحسينات على zk-SNARKs.

٢. التطبيقات الرئيسية للzk-SNARKs

حماية الخصوصية

تُعد المعاملات الخاصة واحدة من أوائل تطبيقات zk-SNARKs. تشمل المشاريع التمثيلية Zcash وTornado Cash اللذان يستخدمان SNARK، وMonero الذي يستخدم Bulletproof. على سبيل المثال، تشمل خطوات المعاملات في Zcash التي تستخدم zk-SNARKs: إعداد النظام، توليد المفاتيح، السك، التفريغ، التحقق، والاستلام.

ومع ذلك، لم تكن الطلبات الفعلية على المعاملات الخاصة قوية كما كان متوقعًا. بالمقابل، أصبحت الحاجة إلى القابلية للتوسع بارزة بشكل متزايد.

خطة التوسيع

مع تحول Ethereum 2.0 نحو مسار يركز على rollup، أصبحت حلول التوسع القائمة على zk-SNARKs مرة أخرى محور التركيز في الصناعة. هناك فئتان رئيسيتان من الأدوار في ZK rollup: Sequencer المسؤول عن تجميع المعاملات، وAggregator المسؤول عن دمج المعاملات وتوليد الإثبات.

تتضمن المشاريع التنافسية في السوق حاليًا ZK rollup: StarkNet، zkSync، Aztec Connect، Polygon Hermez/Miden، Loopring، Scroll، وغيرها. تتركز هذه المشاريع في المسار التقني بشكل أساسي حول SNARK ( وإصداراته المحسنة ) واختيار STARK، بالإضافة إلى مستوى دعم EVM.

لقد كانتCompatibility نظام ZK مع EVM دائمًا نقطة صعبة. غالبًا ما توازن المشاريع بين ميزات ZK وCompatibility EVM. في السنوات الأخيرة ، حدثت تطورات سريعة في التكنولوجيا ، مما أدى إلى تحسين كبير في Compatibility EVM ، مما سيؤثر على بيئة تطوير ZK وبيئة المنافسة.

ثلاثة، المبادئ الأساسية لـ ZK-SNARKs

ZK-SNARK تمثل "zk-SNARKs"، ولها الخصائص التالية:

• zk-SNARKs: عملية الإثبات لا تكشف معلومات إضافية
• بسيط: حجم التحقق صغير
• غير تفاعلي: لا يتطلب تفاعلات متعددة
• الموثوقية: لا يمكن للجهات المثبتة ذات القدرة الحاسوبية المحدودة تزوير الإثبات.
• المعرفة: يجب أن يعرف المُثبت المعلومات الصحيحة لبناء الإثبات

كمثال على zk-SNARKs من Groth16، تشمل مبادئ الإثبات الخطوات التالية:

1. تحويل المشكلة إلى دائرة
2. تحويل الدائرة إلى صيغة R1CS
3. تحويل R1CS إلى شكل QAP
4. إنشاء إعداد موثوق، توليد معلمات عشوائية
5. إنشاء والتحقق من إثباتات zk-SNARKs

تقنية zk-SNARKs تنتقل من النظرية إلى التطبيق، وتلعب دورًا متزايد الأهمية في مجال blockchain. من المتوقع أن تجلب المزيد من التطبيقات المبتكرة في مجالات حماية الخصوصية وقابلية التوسع في المستقبل.