Vue d'ensemble de la technologie zk-SNARKs et de ses applications dans le domaine de la Blockchain
Résumé
Les zk-SNARKs ( ZKP ), en tant que percée importante dans le domaine de la cryptographie, ont été largement appliqués ces dernières années dans la technologie Blockchain. Cet article passe en revue le développement de la technologie ZKP au cours des quarante dernières années, en analysant en profondeur les technologies ZKP basées sur des circuits, ZKVM, ZKEVM et d'autres concepts émergents, ainsi que des solutions d'extension Layer 2 telles que ZK Rollup. De plus, l'article explore les directions de recherche de pointe telles que ZKCoprocessor, ZKML, ZKThreads et envisage le potentiel des ZKP pour améliorer l'efficacité, la sécurité et la protection de la vie privée des systèmes Blockchain.
I. Connaissances de base sur les zk-SNARKs
1. Aperçu
Les zk-SNARKs ont été proposés pour la première fois par Goldwasser et al. en 1985. Il s'agit d'un protocole permettant de vérifier la validité d'une proposition sans divulguer d'informations. Il possède trois caractéristiques fondamentales : la complétude, la fiabilité et la propriété de zero-knowledge. Le cœur des zk-SNARKs réside dans la capacité du prouveur à démontrer à un vérificateur qu'il possède une certaine connaissance, sans révéler aucune information sur cette connaissance.
2. Exemples de zk-SNARKs
Voici un exemple simple de zk-SNARKs, comprenant trois étapes : configuration, défi et réponse.
Phase de configuration : le prouveur choisit un nombre secret s, calcule v=gs mod p et l'envoie au vérificateur.
Phase de défi : le validateurs choisissent aléatoirement un bit de défi a et l'envoient au prouveur.
Phase de réponse : le prouveur calcule la réponse g en fonction de la valeur de a, le vérificateur vérifie si g satisfait une équation spécifique.
Grâce à des interactions multiples, le vérificateur peut être certain que le prouveur possède le secret s, sans avoir besoin de connaître la valeur précise de s.
Deux, zk-SNARKs non interactifs
1. Contexte
Les ZKP traditionnels nécessitent généralement plusieurs interactions, ce qui n'est pas pratique dans certains scénarios d'application. La proposition de preuves à connaissance nulle non interactives ( NIZK ) a résolu ce problème.
2. Développement des NIZK
Le concept de NIZK a été introduit pour la première fois par Blum et al. en 1988, avec l'introduction du modèle de chaîne de références publiques (CRS). Par la suite, des méthodes telles que la transformation de Fiat-Shamir ont été proposées pour convertir les ZKP interactifs en non interactifs. Les recherches de Groth et al. ont davantage promu l'application de NIZK dans la cryptographie et la Blockchain.
Trois, zk-SNARKs basés sur les circuits
1. Contexte
Les systèmes ZKP basés sur des circuits montrent des avantages dans le traitement de tâches de calcul complexes, devenant ainsi une direction clé de la recherche ZKP actuelle.
2. Concepts et caractéristiques du modèle de circuit
Le modèle de circuit transforme le processus de calcul en un circuit composé de portes et de connexions, principalement divisé en deux catégories : circuits arithmétiques et circuits logiques. Ce modèle est adapté au traitement parallèle et à des types spécifiques de tâches de calcul.
3. Conception et application des circuits dans les zk-SNARKs
Le processus de conception de circuits comprend des étapes telles que la représentation des problèmes, l'optimisation des circuits et la conversion des représentations polynomiales. Grâce à une conception appropriée, il est possible d'améliorer l'efficacité et la sécurité des systèmes zk-SNARKs.
4. Défaillances et défis potentiels
La complexité des circuits, la difficulté d'optimisation et l'adaptabilité aux tâches spécifiques restent des défis majeurs auxquels sont confrontés les systèmes ZKP basés sur des circuits.
Quatre, zk-SNARKs modèle
Cette section présente plusieurs modèles de ZKP, y compris zk-SNARKs, le modèle de Ben-Sasson, le modèle Pinocchio, Bulletproofs, etc. Ces modèles ont chacun leurs caractéristiques, adaptés à différents scénarios d'application.
Cinq, aperçu et développement des machines virtuelles à connaissance nulle
1. Contexte
ZKVM en tant que méthode de mise en œuvre d'un système ZKP vise à générer des zk-SNARKs par le biais de programmes de machine virtuelle.
2. Classification actuelle de ZKVM
Principalement divisé en trois catégories : ZKVM de type mainstream, ZKVM équivalent EVM et ZKVM optimisé par zero-knowledge.
3. Paradigmes frontend et backend
Les systèmes ZKP sont généralement divisés en deux parties : le front-end qui s'occupe de la représentation des problèmes, et le back-end qui s'occupe de la génération et de la vérification des preuves.
4. Avantages et inconvénients du paradigme ZKVM
ZKVM a l'avantage d'utiliser l'ensemble d'instructions existant et de prendre en charge plusieurs programmes, mais fait également face à des défis tels que des coûts d'opération élevés et des frais de généralité.
VI. Vue d'ensemble et développement des zk-SNARKs sur la machine virtuelle Ethereum
1. Contexte
ZKEVM est conçu spécifiquement pour Ethereum, afin de vérifier l'exécution correcte des contrats intelligents et de protéger la confidentialité des transactions.
2. Le fonctionnement de ZKEVM
ZKEVM réalise sa fonction en traitant les journaux d'exécution, en générant des preuves zk-SNARKs, en agrégeant des preuves, etc.
3. Le processus de mise en œuvre de ZKEVM
y compris les étapes d'acquisition de données, de traitement de données, de génération de preuves, de preuves récursives et de soumission de preuves.
4. Caractéristiques de ZKEVM
Il comprend principalement des caractéristiques telles que l'amélioration de la capacité de traitement des transactions, la protection de la vie privée et la vérification efficace.
Sept, Aperçu et développement des solutions de réseau de seconde couche zk-SNARKs
1. Contexte
ZK Rollup en tant que solution d'extension Layer 2 d'Ethereum vise à résoudre le problème de l'évolutivité de la Blockchain.
2. Mécanisme de fonctionnement des ZK Rollup
En exécutant des transactions hors chaîne et en générant des preuves de validité, le ZK Rollup peut considérablement améliorer l'efficacité du traitement des transactions.
3. Direction d'optimisation des zk-Rollups
Principalement axé sur l'optimisation des calculs d'algorithmes cryptographiques, le mélange d'Optimistic et de ZK Rollup, le développement d'un ZK EVM dédié et l'optimisation matérielle.
Huit, les directions futures du développement des zk-SNARKs
1. Accélérer le développement de l'environnement de calcul
y compris le développement de technologies telles que ZK-ASIC et ZKCoprocessor.
2. La proposition et le développement de ZKML
ZKML combine ZKP et les technologies d'apprentissage automatique, offrant de nouvelles possibilités pour le calcul protégé par la vie privée.
3. Développements liés aux technologies d'extension zk-SNARKs
La proposition de technologies telles que ZKThreads et ZK Sharding offre de nouvelles perspectives pour l'extension de la Blockchain.
4. Le développement de l'interopérabilité des zk-SNARKs
Les technologies telles que les ZK State Channels et le ZK Omnichain Interoperability Protocol ont favorisé le développement de l'interopérabilité entre chaînes.
Neuf, conclusion
Cet article passe en revue l'évolution de la technologie ZKP et son application dans le domaine du Blockchain, montrant le potentiel énorme du ZKP pour améliorer l'efficacité, la sécurité et la protection de la vie privée des systèmes Blockchain. Avec les progrès technologiques continus, le ZKP devrait jouer un rôle important dans des domaines plus larges.
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AllInAlice
· 07-20 11:42
Cette technologie est vraiment intéressante.
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degenonymous
· 07-20 00:43
Aïe, rien qu'à regarder, ça me donne mal à la tête, c'est vraiment l2 qui va sauver la mise.
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Layer3Dreamer
· 07-20 00:42
théoriquement parlant, la composition récursive de snark est le véritable changement de jeu ici...
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PanicSeller
· 07-20 00:38
Ce projet de merde a fait une hausse, ne viens pas dire que je ne t'ai pas prévenu.
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Web3ExplorerLin
· 07-20 00:22
hypothèse : la technologie zk est comme enseigner la physique quantique à un enfant de 5 ans sans révéler les mathématiques...c'est incroyable, pour être honnête.
Vue d'ensemble complète de la technologie des zk-SNARKs : des bases aux applications avancées sur la Blockchain
Vue d'ensemble de la technologie zk-SNARKs et de ses applications dans le domaine de la Blockchain
Résumé
Les zk-SNARKs ( ZKP ), en tant que percée importante dans le domaine de la cryptographie, ont été largement appliqués ces dernières années dans la technologie Blockchain. Cet article passe en revue le développement de la technologie ZKP au cours des quarante dernières années, en analysant en profondeur les technologies ZKP basées sur des circuits, ZKVM, ZKEVM et d'autres concepts émergents, ainsi que des solutions d'extension Layer 2 telles que ZK Rollup. De plus, l'article explore les directions de recherche de pointe telles que ZKCoprocessor, ZKML, ZKThreads et envisage le potentiel des ZKP pour améliorer l'efficacité, la sécurité et la protection de la vie privée des systèmes Blockchain.
I. Connaissances de base sur les zk-SNARKs
1. Aperçu
Les zk-SNARKs ont été proposés pour la première fois par Goldwasser et al. en 1985. Il s'agit d'un protocole permettant de vérifier la validité d'une proposition sans divulguer d'informations. Il possède trois caractéristiques fondamentales : la complétude, la fiabilité et la propriété de zero-knowledge. Le cœur des zk-SNARKs réside dans la capacité du prouveur à démontrer à un vérificateur qu'il possède une certaine connaissance, sans révéler aucune information sur cette connaissance.
2. Exemples de zk-SNARKs
Voici un exemple simple de zk-SNARKs, comprenant trois étapes : configuration, défi et réponse.
Phase de configuration : le prouveur choisit un nombre secret s, calcule v=gs mod p et l'envoie au vérificateur.
Phase de défi : le validateurs choisissent aléatoirement un bit de défi a et l'envoient au prouveur.
Phase de réponse : le prouveur calcule la réponse g en fonction de la valeur de a, le vérificateur vérifie si g satisfait une équation spécifique.
Grâce à des interactions multiples, le vérificateur peut être certain que le prouveur possède le secret s, sans avoir besoin de connaître la valeur précise de s.
Deux, zk-SNARKs non interactifs
1. Contexte
Les ZKP traditionnels nécessitent généralement plusieurs interactions, ce qui n'est pas pratique dans certains scénarios d'application. La proposition de preuves à connaissance nulle non interactives ( NIZK ) a résolu ce problème.
2. Développement des NIZK
Le concept de NIZK a été introduit pour la première fois par Blum et al. en 1988, avec l'introduction du modèle de chaîne de références publiques (CRS). Par la suite, des méthodes telles que la transformation de Fiat-Shamir ont été proposées pour convertir les ZKP interactifs en non interactifs. Les recherches de Groth et al. ont davantage promu l'application de NIZK dans la cryptographie et la Blockchain.
Trois, zk-SNARKs basés sur les circuits
1. Contexte
Les systèmes ZKP basés sur des circuits montrent des avantages dans le traitement de tâches de calcul complexes, devenant ainsi une direction clé de la recherche ZKP actuelle.
2. Concepts et caractéristiques du modèle de circuit
Le modèle de circuit transforme le processus de calcul en un circuit composé de portes et de connexions, principalement divisé en deux catégories : circuits arithmétiques et circuits logiques. Ce modèle est adapté au traitement parallèle et à des types spécifiques de tâches de calcul.
3. Conception et application des circuits dans les zk-SNARKs
Le processus de conception de circuits comprend des étapes telles que la représentation des problèmes, l'optimisation des circuits et la conversion des représentations polynomiales. Grâce à une conception appropriée, il est possible d'améliorer l'efficacité et la sécurité des systèmes zk-SNARKs.
4. Défaillances et défis potentiels
La complexité des circuits, la difficulté d'optimisation et l'adaptabilité aux tâches spécifiques restent des défis majeurs auxquels sont confrontés les systèmes ZKP basés sur des circuits.
Quatre, zk-SNARKs modèle
Cette section présente plusieurs modèles de ZKP, y compris zk-SNARKs, le modèle de Ben-Sasson, le modèle Pinocchio, Bulletproofs, etc. Ces modèles ont chacun leurs caractéristiques, adaptés à différents scénarios d'application.
Cinq, aperçu et développement des machines virtuelles à connaissance nulle
1. Contexte
ZKVM en tant que méthode de mise en œuvre d'un système ZKP vise à générer des zk-SNARKs par le biais de programmes de machine virtuelle.
2. Classification actuelle de ZKVM
Principalement divisé en trois catégories : ZKVM de type mainstream, ZKVM équivalent EVM et ZKVM optimisé par zero-knowledge.
3. Paradigmes frontend et backend
Les systèmes ZKP sont généralement divisés en deux parties : le front-end qui s'occupe de la représentation des problèmes, et le back-end qui s'occupe de la génération et de la vérification des preuves.
4. Avantages et inconvénients du paradigme ZKVM
ZKVM a l'avantage d'utiliser l'ensemble d'instructions existant et de prendre en charge plusieurs programmes, mais fait également face à des défis tels que des coûts d'opération élevés et des frais de généralité.
VI. Vue d'ensemble et développement des zk-SNARKs sur la machine virtuelle Ethereum
1. Contexte
ZKEVM est conçu spécifiquement pour Ethereum, afin de vérifier l'exécution correcte des contrats intelligents et de protéger la confidentialité des transactions.
2. Le fonctionnement de ZKEVM
ZKEVM réalise sa fonction en traitant les journaux d'exécution, en générant des preuves zk-SNARKs, en agrégeant des preuves, etc.
3. Le processus de mise en œuvre de ZKEVM
y compris les étapes d'acquisition de données, de traitement de données, de génération de preuves, de preuves récursives et de soumission de preuves.
4. Caractéristiques de ZKEVM
Il comprend principalement des caractéristiques telles que l'amélioration de la capacité de traitement des transactions, la protection de la vie privée et la vérification efficace.
Sept, Aperçu et développement des solutions de réseau de seconde couche zk-SNARKs
1. Contexte
ZK Rollup en tant que solution d'extension Layer 2 d'Ethereum vise à résoudre le problème de l'évolutivité de la Blockchain.
2. Mécanisme de fonctionnement des ZK Rollup
En exécutant des transactions hors chaîne et en générant des preuves de validité, le ZK Rollup peut considérablement améliorer l'efficacité du traitement des transactions.
3. Direction d'optimisation des zk-Rollups
Principalement axé sur l'optimisation des calculs d'algorithmes cryptographiques, le mélange d'Optimistic et de ZK Rollup, le développement d'un ZK EVM dédié et l'optimisation matérielle.
Huit, les directions futures du développement des zk-SNARKs
1. Accélérer le développement de l'environnement de calcul
y compris le développement de technologies telles que ZK-ASIC et ZKCoprocessor.
2. La proposition et le développement de ZKML
ZKML combine ZKP et les technologies d'apprentissage automatique, offrant de nouvelles possibilités pour le calcul protégé par la vie privée.
3. Développements liés aux technologies d'extension zk-SNARKs
La proposition de technologies telles que ZKThreads et ZK Sharding offre de nouvelles perspectives pour l'extension de la Blockchain.
4. Le développement de l'interopérabilité des zk-SNARKs
Les technologies telles que les ZK State Channels et le ZK Omnichain Interoperability Protocol ont favorisé le développement de l'interopérabilité entre chaînes.
Neuf, conclusion
Cet article passe en revue l'évolution de la technologie ZKP et son application dans le domaine du Blockchain, montrant le potentiel énorme du ZKP pour améliorer l'efficacité, la sécurité et la protection de la vie privée des systèmes Blockchain. Avec les progrès technologiques continus, le ZKP devrait jouer un rôle important dans des domaines plus larges.