Perkembangan dan Eksplorasi Aplikasi zk-SNARKs

I. Sejarah Perkembangan zk-SNARKs

Sistem zk-SNARKs modern berasal dari makalah yang ditulis bersama oleh Goldwasser, Micali, dan Rackoff pada tahun 1985. Makalah tersebut membahas jumlah pengetahuan yang perlu dipertukarkan untuk membuktikan kebenaran suatu pernyataan melalui interaksi berulang dalam sistem interaktif. Jika pertukaran nol pengetahuan dapat dicapai, maka itu disebut sebagai zk-SNARKs. Meskipun sistem interaktif ini tidak dapat dibuktikan sepenuhnya secara matematis, namun dalam arti probabilistik adalah benar.

Untuk mengatasi keterbatasan sistem interaktif, sistem non-interaktif muncul sebagai pilihan ideal untuk zk-SNARKs. Sistem zk-SNARKs awal memiliki kekurangan dalam hal kegunaan, dan baru dalam sepuluh tahun terakhir mulai berkembang pesat. Di antaranya, mengembangkan protokol zk-SNARKs yang umum, non-interaktif, dan memiliki ukuran bukti yang terbatas menjadi salah satu arah eksplorasi yang kunci.

Terobosan penting dalam zero-knowledge proof adalah pendekatan non-interaktif berbasis pairing pendek yang diajukan oleh Groth pada tahun 2010, yang meletakkan dasar teori untuk zk-SNARKs. Pada tahun 2015, zero-knowledge proof diterapkan secara praktis dalam proyek Zcash, yang mewujudkan perlindungan terhadap privasi transaksi. Sejak itu, kombinasi zk-SNARKs dengan kontrak pintar semakin memperluas skenario penerapannya.

Selama periode ini, beberapa hasil akademis penting termasuk:

• Protokol Pinocchio tahun 2013, mengompresi waktu pembuktian dan verifikasi
• Groth16 tahun 2016, menyederhanakan ukuran bukti dan meningkatkan efisiensi verifikasi
• Bulletproofs tahun 2017, mengusulkan bukti nol pengetahuan non-interaktif yang ringkas
• zk-STARKs tahun 2018, mengusulkan protokol algoritma yang tidak memerlukan pengaturan yang dapat dipercaya.

Perkembangan lain seperti PLONK, Halo2, dan sebagainya juga telah melakukan perbaikan pada zk-SNARKs.

Dua, Aplikasi Utama zk-SNARKs

Dua aplikasi paling luas dari zk-SNARKs adalah perlindungan privasi dan penskalaan.

Dalam hal perlindungan privasi, proyek-proyek perwakilan awal termasuk Zcash dan Monero. Namun, karena kebutuhan transaksi privasi tidak seperti yang diharapkan, proyek-proyek ini secara bertahap mundur ke posisi kedua.

Dalam penerapan skala, seiring Ethereum beralih ke jalur yang berpusat pada rollup, seri ZK kembali menjadi fokus industri. Skalabilitas ZK dapat dicapai di jaringan lapisan satu, seperti proyek Mina; atau dapat dicapai di jaringan lapisan dua, yaitu zk-rollup.

Peran utama zk-rollup termasuk Sequencer dan Aggregator. Sequencer bertanggung jawab untuk mengemas transaksi, Aggregator bertanggung jawab untuk menggabungkan transaksi dan menghasilkan zk-SNARKs, yang digunakan untuk memperbarui status di blockchain.

Keuntungan zk-rollup terletak pada biaya rendah, finalitas cepat, dan perlindungan privasi; kerugian termasuk beban komputasi yang besar dan memerlukan pengaturan yang dapat dipercaya.

Proyek zk-rollup yang kompetitif di pasar saat ini termasuk StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez, dan lain-lain. Proyek-proyek ini terutama memilih antara SNARK( dan versi perbaikannya ) serta STARK dalam hal jalur teknologi, serta tingkat dukungan terhadap EVM.

Kecocokan EVM adalah masalah penting. Beberapa proyek memilih untuk sepenuhnya kompatibel dengan opcode Solidity, sementara yang lain merancang mesin virtual baru untuk mempertimbangkan keramahan ZK dan kecocokan Solidity. Dalam beberapa tahun terakhir, peningkatan kecocokan EVM telah memberikan lebih banyak kenyamanan bagi pengembang.

Tiga, Prinsip Dasar ZK-SNARKs

Bukti nol-pengetahuan harus memenuhi tiga karakteristik: integritas, keandalan, dan nol-pengetahuan. ZK-SNARK adalah protokol bukti nol-pengetahuan yang banyak digunakan, yang merupakan singkatan dari "Bukti Pengetahuan Non-interaktif yang Ringkas dan Nol-pengetahuan".

Langkah dasar dari ZK-SNARKs meliputi:

1. Mengubah masalah menjadi sirkuit
2. Mengubah sirkuit menjadi bentuk R1CS
3. Mengubah R1CS menjadi bentuk QAP
4. Membangun pengaturan yang dapat dipercaya, menghasilkan kunci bukti dan kunci verifikasi
5. Menghasilkan dan memverifikasi bukti zk-SNARKs

Perkembangan ZK-SNARKs telah meletakkan dasar bagi penerapan zero-knowledge proof di bidang blockchain. Di masa depan, seiring dengan kemajuan teknologi, zero-knowledge proof diharapkan dapat memainkan peran penting di lebih banyak skenario.