zk-SNARKs: Prinsip Dasar dan Aplikasi Industri

I. Perkembangan zk-SNARKs

Sistem bukti nol pengetahuan modern berasal dari makalah perintis Goldwasser, Micali, dan Rackoff pada tahun 1985. Makalah tersebut membahas jumlah pengetahuan yang perlu dipertukarkan untuk membuktikan kebenaran suatu klaim melalui interaksi multi-langkah dalam sistem interaktif. Jika bukti dapat diselesaikan tanpa pertukaran pengetahuan apapun, itu disebut sebagai bukti nol pengetahuan. Meskipun sistem interaktif ini secara probabilistik benar, tetapi tidak sempurna.

Munculnya sistem non-interaktif ( NP ) telah membuat zk-SNARKs lebih lengkap. Namun, sistem zk-SNARKs awal memiliki kekurangan dalam efisiensi dan kegunaan, hanya berada pada tingkat teori. Hingga dekade terakhir, dengan bangkitnya kriptografi di bidang cryptocurrency, zk-SNARKs baru benar-benar menuju aplikasi.

Salah satu tujuan kunci dari zk-SNARKs adalah mengembangkan protokol yang umum, non-interaktif, dengan ukuran bukti yang terbatas. Ini memerlukan kompromi antara kecepatan bukti, kecepatan verifikasi, dan ukuran bukti.

Makalah Groth tahun 2010 adalah salah satu terobosan terpenting dalam zk-SNARKs, yang meletakkan dasar teori untuknya. Pada tahun 2015, Zcash menerapkan zk-SNARKs untuk melindungi privasi transaksi, membuka era baru penggabungan zk-SNARKs dengan kontrak pintar.

Hasil akademik penting lainnya termasuk: protokol Pinocchio pada tahun 2013, algoritma Groth16 pada tahun 2016, algoritma Bulletproofs pada tahun 2017, dan protokol zk-STARKs pada tahun 2018. Penelitian ini mendorong kemajuan terus-menerus dalam efisiensi dan lingkup aplikasi zero-knowledge proof.

Dua, Aplikasi Utama zk-SNARKs

Dua bidang aplikasi utama dari zk-SNARKs saat ini adalah perlindungan privasi dan skalabilitas.

Dalam hal perlindungan privasi, proyek-proyek perwakilan awal termasuk Zcash dan Monero. Meskipun kebutuhan untuk transaksi privasi tidak sejelas yang diharapkan, proyek-proyek semacam ini masih terus berkembang.

Dalam hal skalabilitas, dengan Ethereum beralih ke rute skalabilitas yang berfokus pada rollup, solusi skalabilitas berbasis zk-SNARKs kembali menjadi sorotan. Terdapat dua cara implementasi utama: skalabilitas jaringan lapisan satu ( seperti Mina ) dan skalabilitas jaringan lapisan dua ( yaitu zk-rollup ).

Peran inti dari zk-rollup meliputi Sequencer dan Aggregator. Sequencer bertanggung jawab untuk mengemas transaksi, dan Aggregator menggabungkan sejumlah besar transaksi dan menghasilkan bukti zero-knowledge yang digunakan untuk memperbarui status rantai utama.

Keuntungan zk-rollup terletak pada biaya rendah, finalitas cepat, dan perlindungan privasi. Namun, juga terdapat tantangan seperti beban komputasi yang besar dan kebutuhan akan pengaturan yang tepercaya.

Proyek zk-rollup utama di pasar saat ini termasuk StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez/Miden, Loopring, Scroll, dan lainnya. Proyek-proyek ini pada dasarnya memilih antara SNARK( dan versi-versi perbaikannya ) serta STARK, serta tingkat dukungan terhadap EVM.

Kompatibilitas EVM adalah masalah penting. Beberapa proyek memilih untuk sepenuhnya kompatibel dengan opcode Solidity, sementara yang lain merancang mesin virtual baru untuk mempertimbangkan keakraban ZK dan kompatibilitas Solidity. Kemajuan cepat dalam kompatibilitas EVM dalam beberapa tahun terakhir diharapkan dapat mewujudkan migrasi tanpa hambatan bagi pengembang dari rantai utama Ethereum ke zk-rollup.

Tiga, Prinsip Dasar zk-SNARKs

zk-SNARK adalah singkatan dari zero-knowledge Succinct Non-interactive ARguments of Knowledge, dengan karakteristik berikut:

• Zero Knowledge: proses pembuktian tidak mengungkapkan informasi yang berlebihan
• Singkat: volume verifikasi kecil
• Non-interaktif:非交互式
• Argumen: Menghitung Keandalan
• of Knowledge: Pembuktian membutuhkan informasi yang valid

Proses pembuktian zk-SNARKs Groth16 terutama mencakup:

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

Teknologi zk-SNARKs sedang berkembang pesat, dan di masa depan diharapkan dapat memainkan peran penting di lebih banyak bidang.