zk-SNARKs'in Gelişim Süreci ve Uygulama Araştırmaları

Bir, zk-SNARKs Tarihçesi

Modern zk-SNARKs sistemi, 1985 yılında Goldwasser, Micali ve Rackoff tarafından ortaklaşa yazılan makaleden kaynaklanmaktadır. Bu makale, etkileşimli sistemlerde bir ifadenin doğruluğunu kanıtlamak için gereken bilgi miktarının çok turlu etkileşim yoluyla nasıl değiş tokuş edileceğini araştırmaktadır. Eğer sıfır bilgi değişimi gerçekleştirilebilirse, buna sıfır bilgi kanıtı denir. Bu etkileşimli sistemler matematiksel olarak tamamen kanıtlanamasa da, olasılık anlamında doğrudur.

Etkileşimli sistemlerin sınırlamalarını aşmak için, etkileşim olmayan sistemler ortaya çıktı ve zk-SNARKs için ideal bir seçenek haline geldi. Erken dönem zk-SNARKs sistemlerinin pratiklik açısından yetersizlikleri vardı, ancak son on yılda gelişmeye başladı. Burada, genel, etkileşim olmadan ve sınırlı kanıt boyutuna sahip zk-SNARKs protokollerinin geliştirilmesi, önemli keşif yönlerinden biri haline geldi.

Sıfır Bilgi Kanıtları'nın önemli bir atılımı, Groth'un 2010 yılında önerdiği kısa eşleme etkileşimsiz sıfır bilgi kanıtıdır ve bu, zk-SNARK'ların teorik temelini oluşturmuştur. 2015 yılında, sıfır bilgi kanıtları Zcash projesinde pratik uygulamalara kavuşmuş ve işlem gizliliğinin korunmasını sağlamıştır. Sonrasında, zk-SNARK'ların akıllı sözleşmelerle entegrasyonu, uygulama alanlarını daha da genişletmiştir.

Bu süre zarfında, bazı önemli akademik başarılar şunlardır:

• 2013 yılında Pinocchio protokolü, kanıt ve doğrulama süresini sıkıştırdı.
• 2016'daki Groth16, kanıt boyutunu küçültmüş ve doğrulama verimliliğini artırmıştır.
• 2017'deki Bulletproofs, kısa bir etkileşimsiz zk-SNARKs önerdi.
• 2018'deki zk-STARKs, güvenilir bir ayar gerektirmeyen bir algoritma protokolü önerdi.

Diğerleri, PLONK, Halo2 gibi gelişmeler de zk-SNARKs üzerinde iyileştirmeler yapmıştır.

İki, zk-SNARKs'ın Ana Uygulamaları

zk-SNARKs'in en yaygın iki uygulaması gizlilik koruma ve ölçeklenmedir.

Gizlilik koruma açısından, erken dönem temsilci projeleri arasında Zcash ve Monero gibi projeler bulunmaktadır. Ancak gizli işlemlere duyulan ihtiyaç beklentilerin altında kalınca, bu tür projeler giderek ikinci plana düştü.

Genişleme uygulamalarında, Ethereum'un rollup merkezli bir yola geçişi ile birlikte, ZK serisi sektörde yeniden odak noktası haline geldi. ZK genişlemesi birinci katman ağında gerçekleştirilebilir, örneğin Mina projesi; aynı zamanda ikinci katman ağında, yani zk-rollup'ta da gerçekleştirilebilir.

zk-rollup'un ana rolleri Sequencer ve Aggregator'dır. Sequencer, işlemleri paketlemekten sorumludur, Aggregator ise işlemleri birleştirerek zk-SNARKs üretir ve zincir üzerindeki durumu günceller.

zk-rollup'un avantajları düşük maliyet, hızlı nihai sonuç ve gizlilik korumasıdır; dezavantajları arasında yüksek hesaplama yükü, güvenilir ayarlar gerektirmesi gibi faktörler bulunmaktadır.

Şu anda piyasada rekabetçi zk-rollup projeleri arasında StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez gibi projeler bulunmaktadır. Bu projeler, teknik yol haritalarında SNARK( ve onun geliştirilmiş versiyonları ) ile STARK arasında seçim yapmanın yanı sıra EVM'ye sağladıkları destek seviyesine de odaklanmaktadır.

EVM uyumluluğu önemli bir konudur. Bazı projeler tamamen Solidity opcode'larını desteklemeyi tercih ederken, diğerleri ZK dostluğu ve Solidity uyumluluğunu dengede tutacak yeni sanal makineler tasarlamaktadır. Son yıllarda EVM uyumluluğundaki artış, geliştiricilere daha fazla kolaylık sağlamıştır.

Üç, ZK-SNARK'ların Temel Prensibi

ZK-SNARK'ların tamlık, güvenilirlik ve sıfır bilgi olmak üzere üç özelliği karşılaması gerekir. ZK-SNARK, "sıfır bilgi basit etkileşimsiz bilgi kanıtı" anlamına gelen yaygın olarak kullanılan bir sıfır bilgi kanıtı protokolüdür.

ZK-SNARKs'ın temel adımları şunlardır:

1. Sorunu devreye dönüştürmek
2. Devreyi R1CS biçimine dönüştürmek
3. R1CS'yi QAP biçimine dönüştür
4. Güvenilir bir kurulum oluşturun, kanıt anahtarını ve doğrulama anahtarını oluşturun
5. ZK-SNARK kanıtlarını oluşturma ve doğrulama

ZK-SNARK'ların gelişimi, zero-knowledge proof'un blokzincir alanındaki uygulamaları için bir temel oluşturmuştur. Gelecekte, teknoloji ilerledikçe, zero-knowledge proof'un daha fazla senaryoda önemli bir rol oynaması beklenmektedir.