zk-SNARKs Teknolojisi İncelemesi ve Blok Zinciri Alanındaki Uygulamaları

Özet

zk-SNARKs(ZKP), Blok Zinciri alanındaki önemli yeniliklerden biri olarak son yıllarda akademik ve endüstriyel çevrelerin geniş dikkatini çekmiştir. Bu makale, ZKP teknolojisinin son kırk yıl içindeki gelişimini sistematik olarak gözden geçirmekte, özellikle devre tabanlı ZKP teknolojisini, zkSNARK, PLONK gibi modellerin tasarımını ve optimizasyonunu analiz etmektedir. Hesaplama ortamları açısından, makalede ZKVM ve ZKEVM tanıtılmakta, bunların işlem kapasitesinin artırılması ve gizlilik koruma konusundaki potansiyelleri tartışılmaktadır. Ayrıca, bu makale ZK Rollup'ın Layer 2 genişletme çözümü olarak çalışma mekanizmasını ve optimizasyon yöntemlerini, ayrıca donanım hızlandırma, karma çözümler gibi en son gelişmeleri incelemektedir. Son olarak, makalede ZKCoprocessor, ZKML, ZKThreads gibi yeni kavramlar ele alınmakta, bunların Blok Zinciri genişletilebilirliği, birlikte çalışabilirlik ve gizlilik koruma konusundaki uygulama potansiyeli analiz edilmektedir. Bu teknolojilerin ve eğilimlerin kapsamlı analiziyle, bu makale ZKP teknolojisini anlamak ve uygulamak için sistematik bir bakış açısı sunmakta, Blok Zinciri sistemlerinin verimliliğini ve güvenliğini artırmadaki muazzam potansiyelini göstermektedir.

Bir, zk-SNARKs Temel Bilgisi

1. Genel Bakış

zk-SNARKs(ZKP), Goldwasser ve diğerleri tarafından 1985 yılında ilk kez önerilen, bir ispatlayıcının bir iddianın doğruluğunu doğrulayıcıya kanıtlamasına olanak tanıyan, ancak herhangi bir ek bilgi sızdırmadan interaktif bir ispat sistemi. ZKP, tamlık, güvenilirlik ve sıfır bilgi gibi üç temel özelliğe sahiptir.

2. zk-SNARKs örneği

Aşağıda, bir doğrulayıcının belirli bir gizli sayıya sahip olup olmadığını kontrol eden bir ZKP örneği bulunmaktadır; bu örnek kurulum, meydan okuma ve yanıt olmak üzere üç aşamayı içermektedir:

Aşama ayarlama: Kanıtlayıcı büyük asal sayılar p ve q'yu seçer, N = p * q, v = s^2 mod N hesaplar ve r'yi rastgele seçerek x = r^2 mod N hesaplar.

Zorluk aşaması: doğrulayıcı rastgele bir a(0 veya 1) konumunu zorluk olarak seçer.

Yanıt aşaması: Kanıtlayıcı, a değerine göre g yanıtını hesaplar. Doğrulayıcı, g^2 mod N'nin x * v^a mod N'ye eşit olup olmadığını kontrol ederek kanıtın geçerliliğini inceler.

Birden fazla etkileşim ile, bu çözüm gizli sayı s'yi ifşa etmeden, ispatlayıcının gerçekten bu sayıya sahip olduğunu kanıtlayabilir.

İkincisi, Etkileşimsiz zk-SNARKs

1. Arka Plan

Geleneksel ZKP genellikle birden fazla etkileşim gerektirir, bu bazı uygulama senaryolarında pratik değildir. Etkileşimsiz sıfır bilgi kanıtı (NIZK)'ın önerilmesi bu sorunu çözmüştür.

2. NIZK'in önerilmesi

Blum ve diğerleri, 1988'de NIZK kavramını ilk kez ortaya koymuş ve çoklu etkileşim olmadan doğrulamanın gerçekleştirilebileceğini kanıtlamıştır. NIZK, ayar, hesaplama ve doğrulama olmak üzere üç aşamaya ayrılır ve ortak referans dizisi (CRS) aracılığıyla gerçekleştirilir.

3. Fiat-Shamir dönüşümü

Fiat-Shamir dönüşümü, etkileşimli ZKP'yi etkileşimsiz bir forma dönüştüren bir yöntemdir ve etkileşim sayısını azaltmak için hash fonksiyonu kullanır.

4. Diğer Önemli Araştırmalar

Groth ve diğerleri, mükemmel tamamlanabilirlik ve sıfır bilgi sağlamak için kesirli logaritma problemi ve çift çizgili eşleme temelinde NIZK şemasını önerdiler. Kalai ve diğerleri, geniş bir yelpazede sorunlara uygun "normal insan kanıtı" tabanlı NIZK yöntemini önerdiler.

Üç, Devre Tabanlı zk-SNARKs

1. Arka Plan

Devre tabanlı ZKP sistemleri, genellikle aritmetik devreler veya mantık devreleri ( kullanarak hesaplama süreçlerini ifade etmek ve doğrulamak için devreler ) kullanma vurgusu yapar.

2. Devre modelinin temel kavramları ve özellikleri

Devre modeli, hesaplama sürecini bir dizi kapı ve bağlantıya dönüştürür, bu da aritmetik devreler ve mantık devreleri olmak üzere iki ana kategoriyi içerir.

3. zk-SNARKs içindeki devre tasarımı ve uygulamaları

Devre tasarım süreci, sorun temsilini, devre optimizasyonunu, çok terimli temsile dönüştürmeyi, (CRS) ortak referans dizisi oluşturmayı ve kanıt oluşturma ile doğrulamayı içerir.

4. Potansiyel Hatalar ve Zorluklar

Ana zorluklar arasında devre karmaşıklığı ve ölçeği, optimizasyon zorluğu, belirli hesaplama görevlerine uyum, kriptografi algoritmalarının uygulanması zorluğu ve kaynak tüketimi gibi unsurlar bulunmaktadır.

Dört, zk-SNARKs Modeli

1. Yaygın Algoritma Modelleri

Başlıca zk-SNARKs, Ben-Sasson modeli, Pinocchio modeli, Bulletproofs modeli ve Ligero modeli gibi.

2. Doğrusal PCP ve ayrık logaritma problemlerine dayalı çözüm

Groth16 modeli, Sonic modeli, PLONK modeli, Marlin modeli gibi.

3. Sıradan insanların kanıtına dayalı çözüm

Hyrax modeli, Libra modeli ve Spartan modeli gibi.

4. Olasılığa Dayalı Kontrol Edilebilir Kanıt ( PCP )'ün zk-SNARKs'i

STARK modeli, Aurora modeli, Succinct Aurora modeli ve Fractal modeli gibi modelleri içerir.

Beş, zk-SNARKs Sanal Makinesi'nin Genel Görünümü ve Gelişimi

1. Mevcut ZKVM kategorisi

Ana olarak, RISCZero, PolygonMiden( ve EVM gibi ana akım ZKVM) ile zkEVM projeleri( ve Cairo-VM, Valida) gibi sıfır bilgi optimizasyon ZKVM( olarak ikiye ayrılmaktadır.

) 2. Ön Uç ve Arka Uç Paradigması

ZKP sistemi genellikle ön uç ### devre inşası ( ve arka uç ) kanıt oluşturma ve doğrulama ( olmak üzere iki bölüme ayrılır.

) 3. ZKVM Paradigmasının Avantajları ve Dezavantajları

Avantajlar, mevcut ISA'nın kullanılması, tek bir devrenin birden fazla programı desteklemesi gibi özellikleri içerir; dezavantajlar ise genel kullanımın getirdiği maliyet, yüksek maliyetli operasyonlar ve yüksek kanıt maliyetidir.

Altı, zk-SNARKs Ethereum Sanal Makinesi'nin Genel Görünümü ve Gelişimi

1. ZKEVM'nin çalışma prensibi

ZKEVM, EVM talimat setini ZK sisteminde yürütmek için dönüştürür, her bir talimatın bir kanıt sağlaması gerekir, bu da durum kanıtı ve yürütme doğruluğu kanıtını içerir.

2. ZKEVM'in uygulama süreci

Veri alma, veri işleme, kanıt oluşturma, yinelemeli kanıt ve kanıt gönderme gibi adımları içerir.

3. ZKEVM'nin özellikleri

Ana özellikler arasında işlem işleme kapasitesinin artırılması, gizlilik koruması ve verimli doğrulama bulunmaktadır.

Yedi, zk-SNARKs İkinci Katman Ağı Planı Genel Görünümü ve Gelişimi

1. ZK Rollup'ın çalışma mekanizması

ZK Rollup, hesaplama kaynaklarının kullanımını azaltmak için işlemleri zincir dışında gerçekleştirerek ve nihai imzalı işlemleri tekrar zincire koyarak çalışır.

2. ZK Rollup'un dezavantajları ve optimizasyonu

Ana dezavantajı yüksek hesaplama maliyetidir. Optimizasyon çözümleri arasında şifreleme algoritması hesaplamalarının optimize edilmesi, Optimistik ve ZK Rollup'ın birleştirilmesi, özel ZK EVM geliştirilmesi ve donanım optimizasyonu gibi seçenekler bulunmaktadır.

Sekiz, zk-SNARKs'in Gelecek Gelişim Yönleri

1. Hesaplama ortamının gelişimini hızlandırmak

ZK-ASIC ve ZKCoprocessor gibi teknolojilerin gelişimini içerir.

2. ZKML'in önermesi ve gelişimi

zk-SNARKs Makine Öğrenimi ### ZKML (, ZKP teknolojisinin makine öğrenimine uygulanması alanında yeni bir alandır.

) 3. ZKP genişletme teknolojisi ile ilgili gelişmeler

ZKThreads ve ZK Sharding gibi kavramların ortaya çıkışı ve gelişimi.

4. ZKP ile etkileşimliğin gelişimi

ZK State Channels ve ZK Omnichain Interoperability Protocol gibi teknolojilerin gelişimini içerir.

Dokuz, Sonuç

Bu makale ZKP teknolojisinin gelişim sürecini ve Blok Zinciri alanındaki uygulamalarını kapsamlı bir şekilde gözden geçirmekte, temel teoriden pratik uygulamalara kadar çeşitli yönleri tartışmaktadır. En son teknolojiler ve gelişim trendlerini analiz ederek, bu makale ZKP'nin Blok Zinciri sistemlerinin verimliliğini ve güvenliğini artırmadaki büyük potansiyelini sergilemekte ve ZKP teknolojisini anlamak ve uygulamak için sistematik bir bakış açısı sunmaktadır.