zk-SNARKs: La evolución de la teoría a la práctica

zk-SNARKs(ZKP) tecnología ha avanzado rápidamente en la industria de blockchain en los últimos años, especialmente en aplicaciones de escalabilidad y protección de la privacidad. Dado que ZKP implica principios matemáticos complejos, es bastante difícil de entender para los entusiastas de las criptomonedas comunes. Este artículo abordará la historia del desarrollo de ZKP, ejemplos de aplicación y principios básicos, explorando su impacto y valor en la industria de criptomonedas.

I. La evolución de zk-SNARKs

El sistema moderno de zk-SNARKs se originó en 1985 con el artículo "Complejidad del conocimiento en sistemas de prueba interactivos" publicado por Goldwasser, Micali y Rackoff. Este artículo explora la cantidad de conocimiento que se necesita intercambiar para probar la validez de una afirmación a través de interacciones múltiples en un sistema interactivo. Si la cantidad de conocimiento intercambiado es cero, se denomina zk-SNARKs.

Los sistemas de zk-SNARKs de primera generación tenían deficiencias en términos de eficiencia y practicidad, permaneciendo principalmente en el ámbito teórico. En la última década, con el auge de la criptografía en el campo de las criptomonedas, los zk-SNARKs han pasado a ser una dirección de investigación importante. Entre ellos, desarrollar protocolos de zk-SNARKs generales, no interactivos y con un tamaño de prueba pequeño es uno de los objetivos clave.

El gran avance en las pruebas de conocimiento cero fue el artículo de Groth publicado en 2010 titulado "Pruebas de conocimiento cero cortas no interactivas basadas en emparejamiento", que sentó las bases teóricas para zk-SNARKs. En el ámbito de las aplicaciones, el sistema de prueba de conocimiento cero utilizado por Zcash en 2015 logró proteger la privacidad de las transacciones, impulsando la combinación de zk-SNARKs con contratos inteligentes y ampliando los escenarios de aplicación.

Otros logros académicos importantes incluyen:

• Protocolo Pinocchio de 2013
• Algoritmo Groth16 de 2016
• El algoritmo Bulletproofs de 2017
• El protocolo zk-STARKs de 2018

Además, los nuevos avances como PLONK y Halo2 también han mejorado zk-SNARKs.

Dos, las principales aplicaciones de zk-SNARKs

protección de la privacidad

Las transacciones privadas son una de las primeras aplicaciones de zk-SNARKs. Los proyectos representativos incluyen Zcash y Tornado Cash, que utilizan SNARK, y Monero, que utiliza Bulletproof. Tomando como ejemplo a Zcash, los pasos de transacción que aplican zk-SNARKs incluyen: configuración del sistema, generación de claves, acuñación, volcado, verificación y recepción.

Sin embargo, la demanda real de transacciones privadas no ha sido tan fuerte como se esperaba. En cambio, la necesidad de escalabilidad se ha vuelto cada vez más prominente.

plan de escalado

Con la transición de Ethereum 2.0 hacia una ruta centrada en rollups, las soluciones de escalabilidad basadas en zk-SNARKs han vuelto a convertirse en el foco de atención de la industria. ZK rollup tiene dos roles principales: el Sequencer, que se encarga de empaquetar las transacciones, y el Aggregator, que se encarga de combinar las transacciones y generar pruebas.

Actualmente, los proyectos ZK rollup competitivos en el mercado incluyen: StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez/Miden, Loopring, Scroll, entre otros. Estos proyectos se centran principalmente en la elección de SNARK( y sus versiones mejoradas ) y STARK, así como en el grado de soporte para EVM.

La compatibilidad del sistema ZK con EVM siempre ha sido un punto difícil. Los proyectos a menudo tienen que equilibrar entre enfatizar las características ZK y la compatibilidad con EVM. En los últimos años, la rápida iteración de la tecnología ha mejorado significativamente la compatibilidad con EVM, lo que afectará el ecosistema de desarrollo y el panorama competitivo de ZK.

Tres, el principio básico de ZK-SNARKs

ZK-SNARK significa "zk-SNARKs", que tiene las siguientes características:

• zk-SNARKs: el proceso de prueba no revela información adicional
• Sencillo: tamaño de verificación pequeño
• No interactivo: No se requieren múltiples interacciones
• Fiabilidad: los demostradores con capacidad de cálculo limitada no pueden falsificar pruebas
• Conocimiento: el probador debe conocer la información válida para construir la prueba

Tomando como ejemplo el zk-SNARK de Groth16, su principio de prueba incluye los siguientes pasos:

1. Convertir el problema en un circuito
2. Convertir el circuito a la forma R1CS
3. Conversión de R1CS a forma QAP
4. Establecer la configuración confiable y generar parámetros aleatorios
5. Generación y verificación de pruebas zk-SNARKs

La tecnología de zk-SNARKs está pasando de la teoría a la práctica, desempeñando un papel cada vez más importante en el ámbito de la blockchain. Se espera que en el futuro traiga más aplicaciones innovadoras en áreas como la protección de la privacidad y la escalabilidad.