zk-SNARKs'ın Gelişim Süreci ve Uygulamaları

Bir, zk-SNARKs'ın Tarihsel Gelişimi

Modern zk-SNARKs sistemi, 1985 yılında Goldwasser, Micali ve Rackoff'un ortaklaşa yazdığı bir makaleden doğmuştur. Bu makale, etkileşimli sistemlerde, bir ifadenin doğruluğunu kanıtlamak için gerekli bilgi miktarını çoklu etkileşim yoluyla tartışmaktadır. Eğer sıfır bilgi değişimi gerçekleştirilebiliyorsa, buna sıfır bilgi kanıtı denir. Bu etkileşimli sistem, yalnızca olasılık anlamında doğru olabilir, matematiksel olarak kesin olarak kanıtlanamaz.

Etkileşimli sistemlerin sınırlamalarını aşmak için, etkileşimli olmayan (NP) sistemleri ortaya çıkmış, tamlık özellikleri ile sıfır bilgi kanıtlarının ideal bir seçeneği haline gelmiştir. Erken dönem sıfır bilgi kanıtı sistemleri verimlilik ve uygulanabilirlik açısından yetersizdi ve çoğunlukla teorik düzeyde kalmıştı. Son on yılda, kriptolojinin kripto para alanındaki yükselişi ile birlikte, sıfır bilgi kanıtları hızla gelişerek önemli bir araştırma yönü haline gelmiştir.

Sıfır bilgi kanıtlarının temel atılımı, Groth'un 2010 yılında yayımladığı makaledir ve zk-SNARK'ların teorik temelini oluşturur. 2015 yılında, Zcash sıfır bilgi kanıtı sistemini kullanarak işlem gizliliği koruma sağladı ve uygulama düzeyinde önemli bir ilerleme kaydetti. Ardından zk-SNARK'lar akıllı sözleşmelerle birleştirildi ve uygulama alanları daha da genişledi.

Bu süre zarfında bazı önemli akademik başarılar şunlardır: 2013'teki Pinocchio protokolü, 2016'daki Groth16 algoritması, 2017'deki Bulletproofs, 2018'deki zk-STARKs vb. Bu başarılar, kanıt boyutu, doğrulama verimliliği gibi konularda sürekli olarak optimize edilerek zk-SNARKs'ın gelişimini teşvik etti.

İki, zk-SNARKs'in Ana Uygulamaları

zk-SNARKs'in en yaygın iki uygulaması gizlilik koruma ve ölçeklenmedir. Erken dönemdeki gizli işlem projeleri olan Zcash ve Monero büyük ilgi gördü, ancak gerçek talep beklentilerin altında kaldı. Son yıllarda, Ethereum'un rollup merkezli ölçekleme yoluna geçişiyle birlikte, zk-SNARKs tabanlı ölçekleme çözümleri yeniden odak noktası haline geldi.

gizli işlem

Gizli işlemler için Zcash ve Tornado gibi SNARK kullanan, Monero gibi Bulletproof kullanan birkaç uygulama bulunmaktadır. Zcash örneğinde olduğu gibi, işlem süreci sistem kurulumu, anahtar oluşturma, madencilik, işlem kanıtı oluşturma, doğrulama ve alma gibi adımları içerir. Ancak Zcash'in, UTXO modeline dayalı olarak ölçeklenebilirlik sorunları gibi sınırlamaları da vardır ve gerçek gizli işlem kullanım oranı oldukça düşüktür.

Tornado, Ethereum ağına dayalı tek bir büyük karışık havuz tasarımı kullanır ve daha iyi bir evrensellik sunar. İşlem gizliliği koruma sağlamak için zk-SNARKs kullanır; bu, yalnızca yatırılan coinlerin çekilebileceğini ve coinlerin tekrar tekrar çekilemeyeceğini garanti eder.

ölçeklenebilirlik

Sıfır bilgi kanıtlarının ölçeklenebilirlikteki uygulaması esas olarak zk-rollup'tır. Zk-rollup, Sequencer ve Aggregator olmak üzere iki tür rolden oluşur. Sequencer işlemleri paketlemekten sorumludur, Aggregator ise çok sayıda işlemi birleştirerek rollup oluşturur ve Layer 1 durumunu güncellemek için sıfır bilgi kanıtı oluşturur.

zk-rollup, düşük maliyet, hızlı nihai sonuç gibi avantajlara sahipken, büyük hesaplama yükü ve karmaşık güvenlik ayarları gibi zorluklarla da karşı karşıyadır. Şu anda önde gelen zk-rollup projeleri arasında StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez gibi projeler bulunmaktadır ve bu projeler teknolojik yolları ve EVM uyumluluğu açısından farklı özellikler sunmaktadır.

EVM uyumluluğu, zk-rollup gelişiminin anahtar sorunudur. Projelerin, sıfır bilgi dostluğu ile EVM uyumluluğu arasında bir denge kurması gerekmektedir; bazı projeler tamamen EVM opcode'larıyla uyumlu olmayı seçerken, diğerleri her ikisini bir araya getirmek için yeni sanal makineler tasarlamaktadır. Son dönemdeki teknik ilerlemeler, EVM uyumluluğunu önemli ölçüde artırmış ve geliştirme ekosisteminin gelişimini teşvik etme umudu taşımaktadır.

Üç, ZK-SNARK'ların Temel Prensibi

zk-SNARK(Sıfır Bilgi Kısa Süreli Etkileşimsiz Bilgi Argümanı) yaygın olarak kullanılan bir sıfır bilgi kanıtı protokolüdür. Sıfır bilgi, kısa olma, etkileşimsizlik, güvenilirlik ve bilgi güvenilirliği gibi özelliklere sahiptir.

Groth16 zk-SNARKs'in kanıt süreci esasen aşağıdaki adımları içerir:

1. Sorunu devreye dönüştür
2. Devreyi R1CS( Rank-1 Kısıtlama Sistemi) biçimine dönüştür
3. R1CS'yi QAP(Quadratic Arithmetic Program) biçimine dönüştür
4. Güvenilir bir kurulum oluşturun, kanıt anahtarı ve doğrulama anahtarı oluşturun
5. zk-SNARKs kanıtının üretilmesi ve doğrulanması

Bu süreç, karmaşık matematiksel prensipler ve kriptografi teknikleri içermektedir ve etkili zk-SNARKs'in temelini oluşturur.