zk-SNARKs: Ne kadar devrim yaratabilirler?

Yazı: 0xKira

Derleme: Block unicorn

Kriptografi ve blockchain'in sürekli gelişen yapısında, hemen hemen hiçbir yenilik sıfır bilgi (ZK) kanıtları kadar büyük bir ilgi uyandırmamıştır. Sıfır bilgi kanıtları, bir zamanlar bilgisayar bilimi teorisi belgelerinde karmaşık bir akademik kavram olarak yer alıyordu, şimdi ise hızla kâğıt üzerindeki tartışmalardan ana ağa geçerek, bir sonraki nesil kripto altyapısının temel taşı haline gelmiştir.

Sıfır bilgi kanıtının özü, dijital sistemde uzun zamandır var olan bir varsayıma meydan okumaktır: doğrulama, bilgiyi ortaya çıkarmayı gerektirir. Uygulamaya giriş yapmak, kimliği doğrulamak veya işlemi onaylamak olsun, geçmişte güven kazanmak için her zaman belirli bilgileri ortaya çıkarmamız gerekiyordu. Sıfır bilgi kanıtı teknolojisi, temel bilgileri ifşa etmeden kimlik, veri veya hesaplama ile ilgili gerçekleri kanıtlamamıza olanak tanıyarak bu dengeyi bozdu.

Gizlilik korumasının yanı sıra, sıfır bilgi kanıtları dünya genelinde ölçeklenebilirlik, birlikte çalışabilirlik ve güvene dayanmayan doğrulama sağlamak için kullanılabilir. Blok zincirinin verimliliğini artıran ZK rollup'tan, gizliliği koruyan kimlik ve uyum sistemlerine kadar, sıfır bilgi kanıtları kripto alanındaki olasılıkları yeniden tanımlıyor.

Özet

Sıfır Bilgi (ZK) kanıtları, temel verileri ifşa etmeden kimlik, bakiye veya işlem geçerliliği gibi bilgileri doğrulama yeteneğine sahiptir.

Sıfır bilgi kanıtı teknolojisi ilk olarak 1980'lerde ortaya atılmış olmasına rağmen, hesaplama, kriptografi ve blok zinciri teknolojilerindeki ilerlemeler sayesinde ancak son zamanlarda uygulanabilir hale gelmiştir.

ZK kanıtları, özel işlemler, merkeziyetsiz kimlik, DAO oylaması ve çapraz zincir etkileşimini desteklerken, ZK Rollup ile binlerce işlemi tek bir kanıta paketleyerek Ethereum'un ölçeğini genişletir.

ZK rollup algoritması, büyük hesaplama gereksinimlerine rağmen anlık sonluluk, daha düşük maliyetler ve daha güçlü güvenlik sağladığı için Optimistic türü çözümlerden öndedir.

Sıfır bilgi kanıtı nedir?

Sıfır Bilgi (ZK) kanıtı, bir tarafın (kanıtlayıcı) diğer tarafa (doğrulayıcı) bir ifadenin doğru olduğunu, o ifadenin neden doğru olduğunu veya herhangi bir ek bilgi vermeden kanıtlamasını sağlayan bir kriptografi yöntemidir.

Örneğin, Alice Bob'a mağaradaki gizli kapının şifresini bildiğini kanıtlamak istiyor ama ona doğrudan şifreyi söyleyemiyor. Mağaraya giriyor, kapıyı açıyor ve sonra diğer taraftan çıkıyor. Bob, bunun nasıl gerçekleştiğini göremiyor ama kesinlikle şifreyi bildiğini biliyor.

Sıfır Bilgi Kanıtının Klasik Metaforu - Chainlink

Geleneksel olarak, doğrulama bazı bilgilerin ifşasını gerektirir: örneğin kimlik bilgileri, şifre veya veri. Sıfır bilgi kanıtı bu modeli altüst ederek, veriyi kendisi ifşa etmeden kimliği, gerçekliği veya mülkiyeti kanıtlamayı sağlar.

Dijital sistemde bu, şunları yapabileceğinizi ifade eder:

Doğum tarihini açıklamadan 18 yaşında olduğunuzu kanıtlayabilirsiniz.

Cüzdan bakiyesi açıklanmadan fonların yeterli olduğunu kanıtlamak

İşlemin içeriğini ifşa etmeden işlemin geçerliliğini kanıtlamak

Bu “bilgi sızdırmadan kanıt sağlama” yeteneği, gizliliği, güvenliği ve şeffaflığı koruyan sistemlerin temelidir ve sıfır bilgi kanıtları tam olarak bu iki özelliği aynı anda karşılayabilir.

Onlar nasıl çalışıyor?

Sıfır bilgi kanıtları, karmaşık matematiksel yapılar ve kriptografik ilkelere dayanır, ancak kavramsal olarak üç temel niteliğe indirgenebilir:

Tamlık (Completeness): Eğer bu ifade doğruysa, dürüst bir kanıtlayıcı, doğruluğunu doğrulayıcıya kanıtlama yeteneğine sahiptir.

Güvenilirlik (Soundness): Eğer ifade yanlışsa, herhangi bir dolandırıcı kanıtlayıcı, doğrulayıcıyı bu ifadenin yanlış olduğuna inandırmakta başarısız olacaktır.

Sıfır Bilgi (Zero-Knowledge): Doğrulayıcı, bu ifadenin doğru olduğunu bilmenin dışında, başka hiçbir bilgi edinmeyecektir.

Aslında, sıfır bilgi kanıtlarının birkaç türü vardır, ancak şu anda tartışmanın odak noktası esas olarak iki türde yoğunlaşmaktadır: etkileşimli ve etkileşimsiz sıfır bilgi kanıtları.

Erken tasarımlarda, sıfır bilgi kanıtları etkileşimliydi. Kanıtlayıcı ve doğrulayıcı, iki yönlü bir diyalog gerçekleştirir; doğrulayıcı rastgele zorluklar sunar, kanıtlayıcı ise yanıt olarak kanıt sağlar ve bir ifadenin doğruluğuna dair güven inşa ederler. Bu model teorik olarak etkili olsa da, blok zinciri ortamında tarafların genellikle gerçek zamanlı etkileşimde bulunması zor olduğundan, verimlilik çok yüksek değildir.

Pratikliğini artırmak için, kriptograflar etkileşimsiz sıfır bilgi kanıtları (NIZK) geliştirmiştir; bu tür bir kanıt, kanıtlayıcının doğrulayıcıya yalnızca bir mesaj göndermesiyle tamamlanır. En ünlüsü zk-SNARK'lar olup, son derece kompakt kanıtlar üretebilir ve milisaniyeler içinde doğrulama gerçekleştirebilir. Diğer bir varyant ise zk-STARK'lar olup, güvenilir bir kurulum gerektirmez ve post-kuantum güvenlik düzeyi sunar.

zk-SNARKs'ın Çalışma Prensibi — Midnight Network

Esasen, bu sistemler kanıtlayıcıların geçerli hesaplamaların matematiksel “parmak izlerini” oluşturmasına olanak tanır. Doğrulayıcılar daha sonra bu parmak izini kontrol edebilirler, tüm hesaplamayı yeniden yapmadan. Bu, onları blok zinciri ölçeklenmesinde bu kadar güçlü kılan sebeptir: Tek bir kriptografik kanıtı kontrol ederek binlerce işlemi hızlı ve düşük maliyetle doğrulayabilirsiniz.

Sıfır bilgi kanıtı ne zaman icat edildi?

Sıfır bilgi kanıtları, 1980'lerin ortalarına kadar uzanır; o dönemde araştırmacılar Shafi Goldwasser, Silvio Micali ve Charles Rackoff, 1985'teki “Etkileşimli Kanıt Sistemlerinin Bilgi Karmaşıklığı” adlı çığır açıcı makalelerinde bu kavramı tanıttılar.

Erken dönem teorik modelleri, sonraki on yıllardaki kriptografi yeniliklerinin temelini attı, ancak 2010'lu yıllara kadar, hesaplama verimliliğindeki artış ve blok zinciri teknolojisinin yükselişi sayesinde, sıfır bilgi kanıtları pratik hale geldi.

Zcash gibi projeler 2016 yılında piyasaya sürüldü ve sıfır bilgi kanıtlarının büyük ölçekte uygulandığı ilk projelerden biri oldu. Bu projeler, kamu defterinde özel işlemleri gerçekleştirmek için zk-SNARKs kullanıyor. Sonrasında, sıfır bilgi kanıtı teknolojisi önemli bir gelişme kaydetti, daha yüksek verimlilik, daha hızlı kanıt üretim hızı sağladı ve geliştiricilerin daha kolay kullanabilmesi için yeni çerçeveler (örneğin zk-STARKs, Halo ve PLONK) ortaya çıktı, bu da pratik sistemlerin ölçeklenmesine daha uygun hale geldi.

Sıfır bilgi kanıtlarının kripto alanındaki uygulamaları nelerdir?

En anlaşılır ve en yaygın bilinen uygulama senaryosu, gizlilik koruma işlemleridir. Sıfır bilgi kanıtı, kullanıcıların halka açık blok zincirinde işlem yapmalarını sağlar, bu esnada işlem miktarı veya işlem karşı tarafı gibi hassas bilgileri ifşa etmeden. Zcash, bu teknolojinin öncüsüdür; kullanıcıların gizliliğini korurken zincir üzerindeki doğrulanabilir bütünlüğü de sağlamaya yönelik “gizli işlemler” (shielded transactions) mekanizmasını tanıtmıştır. Bu temelin üzerine, Tornado Cash, Aztec ve Railgun gibi projeler sıfır bilgi kanıtı teknolojisini Ethereum'a genişleterek gizli akıllı sözleşme etkileşimleri ve gizli DeFi işlemleri gerçekleştirmiştir.

Tornado Cash'ın Çalışma Prensibi - Elliptic

Gizlilik koruma dışında, sıfır bilgi kanıtı dijital kimlik ve düzenleyici uyum alanlarını yeniliyor. Seçici ifşayı destekleyerek, kullanıcıların kişisel verilerini ifşa etmeden belirli gerçekleri kanıtlamalarına olanak tanır. Örneğin, kullanıcılar adını ifşa etmeden KYC doğrulamasını geçtiğini kanıtlayabilir veya kimlik bilgilerini vermeden yaptırım listesinde olmadığını onaylayabilir. Bu ilke, Worldcoin'in kişilik kanıtı, Polygon ID ve zkPass gibi yeni nesil sıfır bilgi kimlik sistemlerinin temelini oluşturur.

Polygon ID: Sıfır Bilgi Kanıtlarını Destekleyen Bir Kimlik Sistemi - Polygon

Sıfır bilgi kanıtları, oylama ve yönetim açısından da güçlü bir uygulama değerine sahiptir. Merkeziyetsiz otonom organizasyonlarda (DAO), anonim ama doğrulanabilir bir oylama sürecini teşvik edebilirler, sonuçların şeffaflığını sağlarken bireysel seçmenlerin kimlik gizliliğini korur. Bu, zorbalık veya intikam riskiyi azaltmaya yardımcı olur, toplu karar verme süreçlerine daha dürüst bir katılımı teşvik eder ve böylece merkeziyetsiz yönetimin demokratik ilkelerini güçlendirir.

Sıfır bilgi kanıtlarının bir diğer avantajı, çoklu zincir ortamında çapraz zincir doğrulama alanında kendini göstermektedir. Geleneksel olarak, farklı blok zincirleri arasında güven tesis etmek için aracılar veya karmaşık köprü mekanizmaları gerekmektedir. Sıfır bilgi kanıtları, daha şık bir çözüm sunar: Bir zincirde üretilen bir kanıt, durumunun geçerliliğini kanıtlayabilirken, diğer bir zincir bu kanıtı bağımsız bir şekilde doğrulayabilir. Bu, merkezi doğrulayıcılara bağımlı olmadan farklı blok zincirlerinin güvenli bir şekilde iletişim kurmasını sağlayarak güvene dayalı bir etkileşimi mümkün kılar.

ZK teknolojisi, Ethereum'un ölçeklenebilirliğini artırmak için ZK Rollup aracılığıyla da kullanılıyor. Binlerce işlemi tek bir kriptografik kanıt halinde paketleyerek, bu Rollup'lar güvenliği sağlarken zincir üzerindeki veri yükünü önemli ölçüde azaltıyor. Sonuç olarak, işlem işleme hızı daha hızlı, maliyetler daha düşük ve verimlilik daha yüksek hale geliyor, bu da Ethereum'un merkeziyetsiz özelliklerini zedelemeden büyük ölçekli uygulamalarla başa çıkabilmesi için bir temel oluşturuyor.

ZK Rollup Ayrıntılı Açıklama

Tüm sıfır bilgi kanıtlarına dayalı uygulamalar arasında, ZK rollup kesinlikle en devrimci olanıdır. Kripto para alanındaki en büyük zorluklardan birini çözmektedir: blok zincirinin ölçeklenebilirliği.

Blockchain teknolojisinin doğuşundan bu yana, tüm blok zincirleri blok zincirinin üç zorluklarıyla karşı karşıya kalmıştır: yani tüm blok zincirleri yalnızca güvenlik, ölçeklenebilirlik ve merkeziyetsizlik gibi üç ana özellikten ikisini gerçekleştirebilir. Ethereum gibi blok zincirleri güvenli ve merkeziyetsiz olmasına rağmen, hızı hâlâ çok yavaş ve maliyetler pahalıdır. Her işlem, tüm düğümlerin doğrulamasından geçmek zorundadır, bu da bir darboğaz yaratmakta, verimliliği sınırlamakta ve gaz maliyetlerini artırmakta, blok zincirinin kullanılabilirliğini ciddi şekilde azaltmaktadır.

Rollup, işlemleri zincir dışı gerçekleştiren bir Layer-2 çözümüdür ve ardından özet bilgilerini ana zincire veya Layer-1'e (genellikle Ethereum) geri yayınlar. Rollup esasen iki türe ayrılır: Optimistic rollup ve ZK rollup.

ZK Rollup'ta, yüzlerce veya binlerce zincir dışı işlem bir araya paketlenir. Kanıtlayıcı, paketlenen tüm işlemlerin blok zincirinin kurallarına uygun olduğunu gösteren bir sıfır bilgi kanıtı (aynı zamanda geçerlilik kanıtı da denir) oluşturur. Ardından, bu tek kanıt ana zincire sunulur ve ana zincir bunu hızlı ve kesin bir şekilde doğrulayabilir.

ZK Rollup'un çalışma prensibi - Messari

Bu tasarım, Layer-1'in veri miktarını ve hesaplama yükünü önemli ölçüde azaltırken, her bir işlemi ayrı ayrı işlemekle aynı güvenlik garantilerini koruyarak Layer-1'in hız ve ölçek darboğazlarını ortadan kaldırır.

Bazı ZK rollup temsilci projeleri şunlardır:

zkSync Era: Matter Labs tarafından geliştirilen, hızlı kesinlik sağlamak için zk-SNARKs kullanan.

StarkNet: zk-STARKs üzerine inşa edilmiş, ölçeklenebilirlik ve şeffaflığa vurgu yapıyor.

Polygon zkEVM: Ethereum Sanal Makinesi (EVM)'in sıfır bilgi uygulaması, onu Ethereum üzerindeki mevcut akıllı sözleşmelerle tamamen uyumlu hale getirir.

Lighter: Özelleştirilmiş ZK rollup üzerine inşa edilmiş bir sürekli DEX platformu, zk-SNARKs kullanarak, özellikle Plonky2.

ZK Rollup'un avantajları

ZK rollups, binlerce işlemi tek bir kriptografik kanıta sıkıştırarak, Ethereum gibi blok zincirlerinin merkeziyetsizlik veya güvenlikten ödün vermeden daha fazla etkinlik gerçekleştirmesini sağlayarak önemli ölçüde verimliliği artırabilir.

Güvenlik, başka bir anahtar avantajdır. Ekonomik teşviklere ve dolandırıcılığı tespit etmek için bir haftalık bir zorluk dönemine güvenen Optimistic rollup'tan farklı olarak, ZK rollup matematiksel geçerlilik kanıtları kullanarak önceden doğruluğu garanti eder. Bir kez zincir üzerinde kanıt doğrulandığında, temel işlemler nihai ve değiştirilemez hale gelir, böylece gecikme ve belirsizlik ortadan kalkar.

Bu, daha hızlı onay süreleri anlamına geliyor. ZK rollup içindeki işlemler, ilgili kanıtları doğrulandıktan sonra hemen sonuçlandırılır; bu, Optimistic sistemlerde yaygın olan bekleme sürelerine kıyasla, kullanıcıların neredeyse anında nihai sonuçları alabilmesini sağlar.

Maliyet etkinliği bir diğer ana avantajdır. ZK Rollups, Layer-1 blok zincirine yalnızca çok az veri gönderdiği için, Gas ücretleri önemli ölçüde düşer ve bu da kullanıcılar ve uygulamalar için Ethereum üzerinde işlem yapmanın maliyetini düşürür.

Daha da heyecan verici olan, ZK rollup'ın gizliliği artırmak için kapıları açmasıdır. Kendisi sıfır bilgi kriptografisi üzerine inşa edildiğinden, teorik olarak gizliliği doğrudan rollup'a entegre edebilir ve böylece büyük ölçekli gizli ve doğrulanabilir işlemler gerçekleştirebilir.

Mevcut ana kısıtlama, hesaplama gereksinimleri üzerinedir. Sıfır bilgi kanıtları üretmek hala büyük miktarda kaynak tüketmeyi gerektiriyor, güçlü donanım ve gelişmiş kriptografi teknikleri gerektiriyor. Ancak, özellikle donanım hızlandırma, devre tasarımı ve yinelemeli kanıtlar konusundaki sürekli ilerlemeler, bu maliyetleri istikrarlı bir şekilde düşürmekte ve her nesil ZK rollup'ın verimliliğini artırmaktadır.

Optimistik Rollup ile Karşılaştırma

Optimistik rollup, örneğin Arbitrum ve Optimism, farklı bir ilkeye dayanır. Bunlar, tüm off-chain işlemlerinin geçerli olduğunu varsayar. Sadece biri bu varsayıma itiraz ettiğinde, sistem tartışmayı doğrulamak için “dolandırıcılık kanıtı” sunulmasını talep eder; bu süreç genellikle yaklaşık bir hafta sürer. Bu model pratikte iyi çalışır, ancak işlemlerin son onayının gecikmesine neden olabilir ve katılımcıların geçersiz faaliyetleri tespit edip bildirmelerini teşvik eden bir teşvik mekanizmasına bağımlıdır.

ZK rollup, her bir işlem grubuna bir sıfır bilgi geçerlilik kanıtı ekleyerek ana zincire yazılmadan önce matematiksel olarak doğruluğunu onaylar. Bu, anında nihai sonuç ve daha güçlü güvenlik sağlarken, aynı zamanda daha yüksek teknik karmaşıklık ve daha büyük hesaplama yükü getirir.

Temelde, bu iki model farklı ödünleşimler temsil etmektedir. Optimistik Rollup daha kolay uygulanabilir ve basitliği ile Ethereum Sanal Makinesi (EVM) ile tam uyumluluğu sayesinde şu anda Ethereum'un Layer-2 alanında hakim konumda bulunmaktadır. ZK rollup daha karmaşıktır, daha fazla hesaplama gücü gerektirir, ancak daha hızlı uzlaşma hızı, daha düşük maliyetler ve yerleşik gizlilik potansiyeli sunar.

Sonuç

Sıfır Bilgi Kanıtı, dijital sistemlerde güven, gizlilik ve doğrulama yöntemlerine ilişkin bir paradigma değişimini temsil ediyor. 1980'lerin başında ortaya çıkan soyut kriptografi teorisi, bugün yeni nesil merkeziyetsiz altyapıların gelişimini destekleyen en umut verici teknolojilerden biri haline geldi.

Kripto para alanında, sıfır bilgi kanıtları, özel işlemler, merkeziyetsiz kimlik, çapraz zincir birlikte çalışabilirlik ve en önemlisi Ethereum seviyesinde güvenliği korurken işlem hacmini katlamalı şekilde artırabilen ölçeklenebilir rollup mimarileri için destek sağlamaktadır. Uygulama alanları, blockchain ile sınırlı kalmayıp finans, yapay zeka ve veri doğrulama gibi alanlara da genişlemektedir.

Sıfır bilgi kanıtlarının uygulamaları hala görece erken aşamalarda olsa da, gelişim yolculuğu net bir şekilde görünmektedir. Sıfır bilgi kanıtları, kriptografi alanındaki yenilikçi bir teknoloji olmaktan çıkıp altyapı inşasının kaçınılmaz bir parçası haline gelmektedir. Eğer blockchain, gizliliği ve merkeziyetsizliği sağlarken milyarlarca kullanıcı ölçeğine genişleyecekse, sıfır bilgi kanıtları muhtemelen bu geleceği açan anahtar olacaktır.