zk-SNARKs : l'évolution et les applications

zk-SNARKs de l'évolution historique

Le système moderne des zk-SNARKs est issu de la théorie des systèmes de preuve interactive proposée en 1985 par Goldwasser, Micali et Rackoff. Cette théorie explore combien de connaissances doivent être échangées au cours d'une interaction pour prouver la véracité d'une affirmation et introduit le concept de zk-SNARKs.

Les systèmes de zk-SNARKs des premiers temps présentaient des lacunes en matière d'efficacité et de praticité, restant principalement au niveau théorique. Ce n'est que depuis une dizaine d'années, avec l'essor de la cryptographie dans le domaine des cryptomonnaies, que les zk-SNARKs sont progressivement devenus une direction de recherche importante. Parmi celles-ci, le développement de protocoles de zk-SNARKs généraux, non interactifs et à taille de preuve limitée est devenu l'une des directions d'exploration clés.

Une percée majeure dans les zk-SNARKs a eu lieu en 2010, lorsque Groth a proposé une preuve non interactive à courtes paires qui a établi les bases théoriques des zk-SNARKs. En 2015, les zk-SNARKs ont été appliqués pour la première fois dans le projet Zcash, afin de protéger la confidentialité des transactions. Par la suite, la combinaison des zk-SNARKs avec les contrats intelligents a élargi davantage leurs scénarios d'application.

Dans ce processus, certains résultats académiques importants comprennent :

• Le protocole Pinocchio de 2013 a considérablement amélioré l'efficacité des preuves et des vérifications.
• L'algorithme Groth16 de 2016 a encore réduit la taille des preuves et amélioré l'efficacité de la vérification.
• L'algorithme Bulletproofs de 2017 a introduit des preuves de zéro connaissance non interactives et succinctes.
• Le protocole zk-STARKs de 2018, un nouveau système de preuve à connaissance nulle sans configuration de confiance.

De plus, des solutions émergentes comme PLONK et Halo2 ont également apporté d'importantes améliorations aux zk-SNARKs.

zk-SNARKs des principales applications

Les zk-SNARKs ont de larges applications dans les domaines de la protection de la vie privée et de l'évolutivité.

En matière de protection de la vie privée, les projets de transactions privées comme Zcash et Monero ont suscité un large intérêt au début. Cependant, la nécessité des transactions privées ne s'est pas révélée aussi marquée que prévu par l'industrie, et les projets connexes sont progressivement devenus moins visibles.

En matière d'extensibilité, avec le passage d'Ethereum 2.0 à une approche centrée sur les rollups, les solutions d'extensibilité basées sur zk-SNARKs redeviennent un sujet central. Cela inclut principalement :

• Scalabilité de couche 1 : comme le projet Mina
• Scalabilité des réseaux de deuxième couche : c'est-à-dire le plan zk-rollup

Les zk-rollups impliquent principalement deux types de rôles : le Sequencer qui est responsable de l'emballage des transactions, et l'Aggregator qui est chargé de fusionner les transactions et de générer des zk-SNARKs. Cette solution présente des avantages tels que des frais bas et une finalité rapide, mais elle fait également face à des défis tels qu'une charge de calcul importante et des risques de sécurité potentiels.

Les principaux projets de zk-rollup sur le marché actuel incluent StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez/Miden, Loopring, Scroll, etc. Ces projets choisissent principalement entre SNARK( et ses versions améliorées ) et STARK, ainsi que s'ils supportent la compatibilité EVM.

La compatibilité EVM a toujours été au centre des préoccupations de l'industrie. Les projets initiaux devaient souvent faire des compromis entre l'efficacité des zk-SNARKs et la compatibilité EVM. Ces dernières années, l'évolution rapide de la technologie a rendu possible la réalisation d'une bonne compatibilité EVM tout en garantissant l'efficacité des zk-SNARKs, ce qui aura un impact significatif sur l'écosystème de développement des zk-SNARKs et la dynamique concurrentielle.

Les principes de base des zk-SNARKs

zk-SNARK( est l'un des systèmes de preuves à connaissance nulle les plus largement utilisés aujourd'hui. Son idée centrale est de transformer des problèmes de calcul complexes en problèmes polynomiaux simples, puis de prouver et de vérifier cela par des moyens cryptographiques.

Le processus de mise en œuvre des zk-SNARKs comprend principalement les étapes suivantes :

1. Convertir le problème en circuits arithmétiques
2. Convertir le circuit en système de contraintes de rang 1 R1CS)
3. Convertir R1CS en QAP(Programme Arithmétique Quadratique)
4. Établir une configuration de confiance, générer une clé de preuve et une clé de vérification
5. Générer des zk-SNARKs et les vérifier

Ce processus garantit à la fois la nature sans connaissance de la preuve et réalise la concision et la non-interactivité, établissant ainsi une base pour l'application répandue des zk-SNARKs dans le domaine de la blockchain.