zk-SNARKs'ın Gelişimi ve Uygulamaları

Bir, zk-SNARKs'ın Tarihsel Gelişimi

Sıfır bilgi kanıtı sistemi ilk olarak 1985'te Goldwasser, Micali ve Rackoff'un öncü makalesinden kaynaklanmaktadır. Bu makale, etkileşimli sistemlerde bir ifadenin doğruluğunu kanıtlamak için gereken en az bilgi miktarını, çoklu etkileşimler aracılığıyla değiştirmeyi incelemektedir. Eğer sıfır bilgi değişimi gerçekleştirilebiliyorsa, buna sıfır bilgi kanıtı denir. Erken dönem sıfır bilgi kanıtı sistemleri verimlilik ve pratiklik sorunları yaşamış ve esasen teorik düzeyde kalmıştır.

Son on yılda, kriptografinin kripto para alanındaki yaygın kullanımıyla birlikte, zk-SNARKs büyük bir gelişme kaydetti. Bu süreçte, genel, etkileşimsiz ve sınırlı boyutlu zk-SNARKs protokollerinin geliştirilmesi önemli keşif yönlerinden biri haline geldi. zk-SNARKs'in temel zorluğu, kanıtlama hızı, doğrulama hızı ve kanıt boyutu arasındaki dengeyi sağlamaktır.

2010 yılında Groth'un yayımladığı makale, zk-SNARKs'in teorik temelini oluşturmuş ve sıfır bilgi kanıtları alanında önemli bir sıçrama yaratmıştır. 2015 yılında Zcash, sıfır bilgi kanıtlarını işlem gizliliğini korumak için uygulamış ve sıfır bilgi kanıtlarının geniş bir uygulama alanının kapılarını açmıştır.

Bundan sonra, bir dizi akademik başarı, zk-SNARKs'in gelişimini teşvik etti:

• 2013 yılındaki Pinocchio protokolü, kanıt ve doğrulama süresini sıkıştırdı.
• 2016 yılındaki Groth16 algoritması, kanıt boyutunu küçültmüş ve doğrulama verimliliğini artırmıştır.
• 2017 yılında önerilen Bulletproofs, güvenilir bir kurulum gerektirmeyen kısa kanıtlar sağlamaktadır.
• 2018'de zk-STARKs protokolü güvenilir bir kurulum gerektirmiyor, başka bir önemli gelişim yönü haline geldi.

Diğer önemli gelişmeler arasında zk-SNARKs üzerinde daha fazla iyileştirme yapılmış olan PLONK, Halo2 gibi projeler bulunmaktadır.

İkincisi, zk-SNARKs'ın Ana Uygulamaları

zk-SNARKs şu anda en yaygın iki uygulama alanı gizlilik koruma ve ölçeklenebilirliktir.

Gizlilik koruma açısından, erken dönemde Zcash, Monero gibi gizli işlem projeleri ortaya çıktı. Ancak gizli işlemlere olan gerçek ihtiyaç beklentilerin altında kaldığı için, bu tür projeler giderek ikinci plana düştü.

Ölçeklenebilirlik açısından, Ethereum'un rollup merkezli ölçeklenme yoluna geçişi ile birlikte, sıfır bilgi kanıtlarına dayalı ölçeklenme çözümleri sektördeki odak noktası haline geldi.

gizli işlem

Gizli işlem temsilci projeleri şunlardır:

• SNARK kullanan Zcash ve Tornado
• Bulletproof kullanılan Monero

Zcash örneğinde, zk-SNARKs işlem süreci şunları içerir: sistem ayarları, anahtar üretimi, madencilik, transfer, doğrulama ve alma gibi adımlar.

Zcash, işlem gizliliğini sağlasa da, hala bazı sınırlamaları bulunmaktadır:

• UTXO modeline dayalı olarak, bazı işlem bilgileri tamamen gizlenmemiştir, sadece engellenmiştir.
• Diğer uygulamalarla entegrasyonu zor
• Gizlilik işlemleri kullanım oranı %10'un altında

Buna karşın, Tornado tek bir büyük karıştırma havuzu kullanarak daha iyi bir çok yönlülük sunmaktadır. Tornado Cash, Groth16 tabanlı olarak şu özellikleri sağlayabilir:

• Sadece yatırılan paralar çekilebilir
• Her bir coin yalnızca bir kez çekilebilir.
• İspat süreci, paranın iptal bildirimine bağlanır.
• 126 bit güvenliğe sahip

genişletme

Sıfır bilgi kanıtlarının ölçeklendirme alanındaki uygulamaları esasen zk-rollup'tır. zk-rollup, iki anahtar rol türünü içerir:

• Sequencer, işlemleri paketlemekten sorumludur.
• Agregatör, işlemleri birleştirip zk-SNARKs oluşturmakla sorumludur.

zk-rollup'un avantajları arasında: düşük maliyet, hızlı nihai sonuç, gizliliği koruma gibi özellikler bulunmaktadır. Dezavantajları arasında: kanıt oluşturma hesaplama yükü, SNARK'ın güvenilir bir kurulum gerektirmesi gibi durumlar yer almaktadır.

Şu anda piyasada önde gelen zk-rollup projeleri şunlardır:

• StarkWare'nin StarkNet'i
• Matter Labs'ın zkSync
• Aztec'in Aztec Connect'i
• Polygon'un Hermez ve Miden
• Loopring
• Kaydır

Bu projelerin teknik yol haritalarındaki ana fark, SNARK mı yoksa STARK mı kullanıldığı ve EVM desteği seviyesidir.

EVM uyumluluğu zk-rollup'ın karşılaştığı büyük bir zorluktur. Şu anda sektörde iki ana yaklaşım bulunmaktadır:

1. Solidity opcode ile tamamen uyumlu
2. Yeni bir sanal makine tasarlamak, aynı zamanda ZK dostu olmasını ve Solidity uyumluluğunu sağlamak.

Son zamanlarda EVM uyumluluğunda önemli ilerlemeler kaydedildi, geliştiricilerin Ethereum ana zincirinden zk-rollup'a kesintisiz geçiş yapması bekleniyor, bu da ZK ekosisteminde önemli bir etki yaratacak.

Üç, ZK-SNARK'ların Temel İlkesi

zk-SNARK, "sıfır bilgi, kısa, etkileşimsiz bilgi kanıtı" anlamına gelir ve aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• Sıfır Bilgi: Kanıt süreci ek bilgi sızdırmaz.
• Kısa: Doğrulama ölçeği küçük
• Etkileşimli olmayan:非交互式
• Argümanlar: Hesaplama güvenilirliği
• Bilgi: Kanıtlayıcı geçerli bilgiyi bilmelidir.

Groth16'nın zk-SNARK kanıtlama süreci temel olarak şunları içerir:

1. Sorunu devreye dönüştür
2. Devreyi R1CS biçimine dönüştür
3. R1CS'yi QAP biçimine dönüştür
4. Güvenilir ayar parametreleri oluşturma
5. zk-SNARKs kanıtı oluşturma ve doğrulama

zk-SNARKs teknolojisi hala hızla gelişiyor, gelecekte gizlilik koruma, ölçeklenebilirlik gibi daha fazla alanda önemli bir rol oynaması bekleniyor.