zk-SNARKs تاريخها وتطبيقاتها

أ. تطور zk-SNARKs

نشأت أنظمة الإثبات بدون معرفة لأول مرة في ورقة Goldwasser وMicali وRackoff عام 1985، والتي استكشفت كمية المعرفة اللازمة للتبادل لإثبات الصحة في الأنظمة التفاعلية. إذا كان من الممكن تحقيق تبادل بدون معرفة، يُطلق عليه اسم إثبات بدون معرفة. كانت أنظمة الإثبات بدون معرفة في بدايتها تعاني من كفاءة وملاءمة غير كافيين، وكانت في الغالب على مستوى نظري.

على مدى العقد الماضي، تطورت zk-SNARKs بسرعة وأصبحت اتجاهًا مهمًا في مجال التشفير. من بين ذلك، يُعتبر تطوير بروتوكولات zk-SNARKs العامة وغير التفاعلية ذات حجم إثبات صغير أحد الاتجاهات الاستكشافية الرئيسية. يحتاج zk-SNARKs إلى تحقيق توازن بين سرعة الإثبات وسرعة التحقق وحجم الإثبات.

كانت ورقة غروث لعام 2010 نقطة تحول مهمة في مجال ZKP، حيث وضعت الأساس النظري لـ zk-SNARKs. في عام 2015، استخدمت Zcash إثباتات المعرفة الصفرية لحماية خصوصية المعاملات، مما أطلق الاستخدام الواسع لـ ZKP.

الإنجازات الأكاديمية المهمة الأخرى تشمل:

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

بالإضافة إلى ذلك، فإن PLONK و Halo2 هما أيضًا تقدمين مهمين في مجال zk-SNARKs.

٢. تطبيقات zk-SNARKs

zk-SNARKs تُستخدم بشكل رئيسي في حماية الخصوصية وتوسيع القدرة.

حماية الخصوصية

برزت مشاريع التداول الخاصة المبكرة مثل Zcash وMonero، لكنها أصبحت تدريجياً خارج دائرة الضوء الرئيسية. يستخدم Zcash zk-SNARKs لتحقيق التداول الخاص، وتشمل الخطوات الرئيسية إعداد النظام، توليد المفاتيح، السك، التداول، التحقق، والاستلام.

تستخدم Tornado Cash حوض خلط كبير واحد، يعتمد على شبكة Ethereum، ويستخدم zk-SNARKs لتحقيق الخصوصية. تشمل ميزاته الرئيسية أنه يمكن سحب العملات المودعة فقط، ولا يمكن سحب العملات مرتين، ويتم ربط الإثبات بإشعار الإلغاء.

بالمقارنة مع التوسع، فإن تحقيق حماية الخصوصية أسهل نسبيًا. إذا كانت خطة التوسع ناجحة، فلن تكون حماية الخصوصية مشكلة أساسية.

توسيع

يمكن تنفيذ توسيع ZK على الشبكة من الطبقة الأولى أو الطبقة الثانية. ZK rollup هو حل توسيع مهم من الطبقة الثانية، ويشمل نوعين من الأدوار: Sequencer وAggregator. يقوم Sequencer بتجميع المعاملات، بينما يقوم Aggregator بدمج المعاملات وإنشاء zk-SNARKs وتحديث شجرة حالة الإيثيريوم.

مزايا ZK rollup هي انخفاض التكاليف، والسرعة النهائية، بينما عيوبها هي حجم الحوسبة الكبير، والحاجة إلى إعداد موثوق. المشاريع الرئيسية الحالية لـ ZK rollup تشمل StarkNet، zkSync، Aztec Connect، Polygon Hermez/Miden، Loopring، Scroll وغيرها.

تتركز المسار التقني الرئيسي على اختيار بين SNARK( والإصدار المحسن ) وSTARK، فضلاً عن مستوى دعم EVM. تعتبر التوافقية مع EVM قضية رئيسية تؤثر على بيئة التطوير وترتيب المنافسة.

ثلاثة، المبادئ الأساسية لـ zk-SNARKs

تتميز zk-SNARKs بخصائص التكامل والموثوقية والخصوصية. تشمل المبادئ الأساسية لتنفيذها:

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

سيتم مناقشة تطوير ZK-SNARKs وتطبيقاتها وعلاقتها بـ ZK-STARKs وما إلى ذلك بشكل متعمق في المستقبل.