zk-SNARKs'in Gelişim Süreci ve Uygulamaları

zk-SNARKs'in Tarihsel Gelişimi

Modern zk-SNARKs sistemi, 1985 yılında Goldwasser, Micali ve Rackoff tarafından önerilen etkileşimli kanıt sistemleri teorisinden kaynaklanmaktadır. Bu teori, bir ifadenin doğruluğunu kanıtlamak için etkileşim sürecinde ne kadar bilginin değiş tokuş edilmesi gerektiğini araştırmakta ve zk-SNARKs kavramını ortaya koymaktadır.

Erken dönemdeki zk-SNARKs sistemleri, verimlilik ve pratiklik açısından yetersizlikler göstermekteydi ve esasen teorik bir düzeyde kalmaktaydı. Son on yıl içinde, kriptolojinin kripto para alanındaki yükselişi ile zk-SNARKs giderek önemli bir araştırma yönü haline geldi. Bununla birlikte, genel, etkileşimsiz ve sınırlı kanıt ölçeğine sahip zk-SNARKs protokollerinin geliştirilmesi, temel keşif yönlerinden biri haline geldi.

Sıfır bilgi kanıtlarındaki büyük bir sıçrama 2010 yılında gerçekleşti, Groth'un önerdiği kısa eşleşme etkileşimsiz sıfır bilgi kanıtı, zk-SNARK'ların teorik temelini oluşturdu. 2015 yılında sıfır bilgi kanıtları ilk kez Zcash projesinde kullanıldı ve işlem gizliliğini korumak için uygulandı. Sonrasında, zk-SNARK'ların akıllı sözleşmelerle birleşimi, uygulama alanlarını daha da genişletti.

Bu süreçte bazı önemli akademik bulgular şunlardır:

• 2013 yılındaki Pinocchio protokolü, kanıtlama ve doğrulama verimliliğini büyük ölçüde artırdı.
• 2016 yılında Groth16 algoritması, kanıt boyutunu daha da küçültmüş ve doğrulama verimliliğini artırmıştır.
• 2017 yılında sunulan Bulletproofs algoritması, kısa bir non-interaktif zk-SNARKs önerdi.
• 2018 yılındaki zk-STARKs protokolü, güvenilir bir kurulum gerektirmeyen yeni nesil zk-SNARKs sistemi

Ayrıca, PLONK, Halo2 gibi yeni ortaya çıkan çözümler de zk-SNARKs üzerinde önemli iyileştirmeler sağlamıştır.

zk-SNARKs'ın Ana Uygulamaları

zk-SNARKs, gizlilik koruma ve ölçeklendirme alanlarında geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir.

Gizlilik koruma açısından, erken dönem Zcash ve Monero gibi gizli işlem projeleri geniş bir ilgi uyandırdı. Ancak, gizli işlemlerin gerekliliği sektörün beklediği kadar belirgin olmadı ve ilgili projeler yavaş yavaş ikinci planda kalmaya başladı.

Ölçeklenebilirlik açısından, Ethereum 2.0'ın rollup merkezli bir yola geçişi ile, zk-SNARKs tabanlı ölçeklenme çözümleri yeniden odak noktası haline geldi. Başlıca şunları içerir:

• Bir katmanlı ağ genişletmesi: Örneğin Mina projesi
• İkinci katman ağ genişlemesi: yani zk-rollup çözümü

zk-rollup, iki tür rolü içerir: Sequencer, işlemleri paketlemekle sorumludur; Aggregator, işlemleri birleştirip zk-SNARKs oluşturmakla sorumludur. Bu çözüm düşük maliyet ve hızlı sonlanma gibi avantajlara sahipken, aynı zamanda büyük hesaplama yükü ve potansiyel güvenlik riskleri gibi zorluklarla da karşı karşıyadır.

Şu anda piyasada öne çıkan zk-rollup projeleri arasında StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez/Miden, Loopring ve Scroll bulunmaktadır. Bu projeler, teknik yol haritalarında esas olarak SNARK( ve onun geliştirilmiş versiyonu ) ile STARK arasında bir seçim yapmakta ve ayrıca EVM uyumluluğunu destekleyip desteklemeyeceklerine karar vermektedir.

EVM uyumluluğu her zaman sektördeki dikkat çekici bir konu olmuştur. Erken dönem projeleri genellikle zk-SNARKs verimliliği ile EVM uyumluluğu arasında bir denge kurmak zorunda kalıyordu. Son yıllarda teknolojinin hızlı evrimi, zk-SNARKs verimliliğini sağlarken iyi bir EVM uyumluluğu elde etmeyi mümkün hale getirdi; bu, zk-SNARKs geliştirme ekosistemine ve rekabet ortamına önemli bir etki yapacaktır.

zk-SNARKs'ın Temel Prensipleri

zk-SNARK( sıfır bilgi basit etkileşimsiz bilgi kanıtı ) şu anda en yaygın kullanılan sıfır bilgi kanıtı sistemlerinden biridir. Temel düşüncesi, karmaşık hesaplama problemlerini basit çok terimli problemlere dönüştürmek ve ardından kriptografik yöntemlerle kanıtlamak ve doğrulamaktır.

zk-SNARKs'ın uygulanma süreci temel olarak aşağıdaki adımları içerir:

1. Soruyu aritmetik devreye dönüştür
2. Devreyi R1CS( Rank 1 Constraint System) biçimine dönüştürmek
3. R1CS'yi QAP(Quadratic Arithmetic Program) biçimine dönüştür
4. Güvenilir ayarları kur, kanıt anahtarı ve doğrulama anahtarı oluştur
5. zk-SNARKs oluşturma ve doğrulama

Bu süreç hem kanıtların sıfır bilgi olmasını garanti etmekte hem de sadelik ve etkileşimsizlik sağlamaktadır, bu da sıfır bilgi kanıtlarının blok zinciri alanındaki yaygın kullanımı için bir temel oluşturmaktadır.