zk-SNARKs: Teoriden Uygulamaya Gelişim Süreci

Bir, zk-SNARKs'ın Tarihsel Bağlamı

Zk-SNARKs sisteminin modern teorik temeli, 1985 yılında ortaya atılan ve 1989 yılında yayımlanan önemli bir makaleden kaynaklanmaktadır. Bu makale, etkileşimli kanıt sistemlerinde, bir beyanın doğruluğunu kanıtlamak için gereken bilgi miktarının çoklu etkileşim yoluyla nasıl değiş tokuş edileceğini araştırmaktadır. Eğer kanıt, herhangi bir ek bilgi sızdırmadan tamamlanabiliyorsa, buna sıfır bilgi kanıtı denir.

Erken dönem zk-SNARKs sistemleri, verimlilik ve pratiklik açısından yetersizlikler göstermekte olup, esasen teorik bir seviyede kalmıştır. Son on yılda, kriptolojinin kripto para alanındaki yükselişi ile birlikte, zk-SNARKs giderek önemli bir araştırma yönü haline gelmiştir. Bunlar arasında, genel, etkileşimsiz ve kanıt boyutu sınırlı zk-SNARKs protokollerinin geliştirilmesi kritik bir hedef olmuştur.

Sıfır Bilgi Kanıtı'nın önemli bir atılımı, Groth'un 2010 yılında yayınladığı makaleden gelmektedir ve zk-SNARK'ların teorik temelini atmıştır. 2015 yılında, Zcash sıfır bilgi kanıtını işlem gizliliği koruma amacıyla uygulamaya koymuş ve daha geniş bir uygulama alanının kapılarını açmıştır.

Bundan sonra, bir dizi önemli akademik sonuç sürekli olarak ortaya çıkmaya başladı:

• 2013 yılında Pinocchio protokolü, kanıt ve doğrulama süresini sıkıştırdı.
• 2016 yılında Groth16 planı, kanıt boyutunu küçültmüş ve doğrulama verimliliğini artırmıştır.
• 2017 yılında önerilen Bulletproofs algoritması, kısa ve etkileşimsiz zk-SNARKs'ı gerçekleştirdi.
• 2018'de önerilen zk-STARKs protokolü güvenilir bir kurulum gerektirmiyor

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

İki, zk-SNARKs'ın Tipik Uygulamaları

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

Gizlilik koruması açısından, ilk olarak Zcash, Monero gibi temsilci projeler ortaya çıktı. Ancak gizli işlemlere olan talep beklenenden düşük olduğu için, bu tür projeler giderek ikinci plana düştü.

Ölçeklenebilirlik açısından, Ethereum'un rollup merkezli bir yöne kaymasıyla birlikte, zk-SNARKs tabanlı ölçeklenme çözümleri yeniden odak noktası haline geldi.

gizli işlemler

Gizli işlemlerin temsilci projeleri şunlardır:

• Zcash: zk-SNARKs kullanıyor
• Monero: Bulletproofs kullanıyor
• Tornado Cash: Ethereum tabanlı karıştırıcı havuz, zk-SNARKs kullanıyor

Zcash'in işlem süreci sistem ayarları, anahtar oluşturma, madencilik, işlem, doğrulama ve alma gibi adımları içerir. Ancak Zcash'in hala bazı sınırlamaları vardır, örneğin UTXO modeline dayalı olması, uygulamaların ölçeklenmesinin zor olması gibi.

Tornado Cash, Ethereum ağına dayanan, daha iyi bir evrensellik sunan tek büyük karıştırma havuzu tasarımını benimsemektedir.

genişleme

zk-SNARKs, birinci katman ağ genişlemesi ( gibi Mina ) için kullanılabilir, ayrıca ikinci katman genişlemesi ( yani zk-rollup ) için de kullanılabilir. zk-rollup'ın temel fikri, çok sayıda işlemi bir araya getirip zk-SNARKs oluşturarak ana zincirde durumu doğrulamaktır.

zk-rollup'un avantajları düşük maliyet, hızlı nihai sonuç, gizlilik koruma gibi özelliklerdir, ancak yüksek hesaplama yükü ve güvenlik gibi zorluklarla da karşı karşıyadır.

Şu anda ana zk-rollup projeleri şunlardır:

• StarkNet(Starkware)
• zkSync(Matter Labs)
• Aztec Connect
• Polygon Hermez ve Miden
• Loopring
• Kaydır

Bu projeler, teknik yollarında esasen SNARK ve STARK olmak üzere iki ana kamp olarak ayrılmakta ve EVM uyumluluğunu destekleyip desteklemeyeceklerine göre şekillenmektedir. EVM uyumluluğu, önemli bir teknik zorluk ve rekabet odak noktasıdır.

Üç, zk-SNARKs'ın Temel Prensibi

zk-SNARK, şu anda en yaygın kullanılan sıfır bilgi kanıtı yöntemlerinden biridir. Tam adı "Sıfır Bilgi Kısa Etkileşimsiz Bilgi Kanıtı".

zk-SNARKs'ın kanıtlama süreci esasen aşağıdaki adımları içerir:

1. Sorunu devreye dönüştür
2. Devreyi R1CS formatına dönüştür
3. R1CS'yi QAP biçimine dönüştür
4. Güvenilir kurulum için rastgele parametrelerin oluşturulması
5. zk-SNARKs oluşturma ve doğrulama

Bu süreç, kanıtın bütünlüğünü, güvenilirliğini ve zk-SNARKs'ını garanti eder.