zk-SNARKs: Evolusi dari Teori ke Praktik

zk-SNARKs(ZKP) teknologi telah berkembang pesat dalam industri blockchain dalam beberapa tahun terakhir, terutama dalam hal penerapan untuk skalabilitas dan perlindungan privasi yang mendapatkan perhatian besar. Karena ZKP melibatkan prinsip matematika yang kompleks, sulit bagi penggemar kripto biasa untuk memahaminya. Artikel ini akan menguraikan dari tiga aspek yaitu sejarah perkembangan ZKP, contoh aplikasi, dan prinsip dasar, serta membahas dampak dan nilai ZKP terhadap industri mata uang kripto.

Satu, perkembangan zk-SNARKs

Sistem bukti tanpa pengetahuan modern berasal dari makalah yang diterbitkan pada tahun 1985 oleh Goldwasser, Micali, dan Rackoff yang berjudul "Kompleksitas Pengetahuan dari Sistem Bukti Interaktif". Makalah tersebut membahas jumlah pengetahuan yang perlu dipertukarkan untuk membuktikan kebenaran suatu pernyataan melalui interaksi berulang dalam sistem interaktif. Jika jumlah pengetahuan yang dipertukarkan adalah nol, itu disebut bukti tanpa pengetahuan (zk-SNARKs).

Sistem zk-SNARKs awal memiliki kekurangan dalam efisiensi dan praktis, terutama masih berada di tingkat teori. Dalam sepuluh tahun terakhir, dengan munculnya kriptografi di bidang cryptocurrency, zk-SNARKs secara bertahap menjadi arah penelitian yang penting. Di antaranya, mengembangkan protokol zk-SNARKs yang umum, non-interaktif, dan dengan ukuran bukti yang kecil adalah salah satu tujuan kunci.

Terobosan besar dalam zero-knowledge proof adalah makalah Groth yang diterbitkan pada tahun 2010 berjudul "Short Non-Interactive Zero-Knowledge Proofs for a Class of Group Signature Schemes", yang meletakkan dasar teori untuk zk-SNARKs. Di sisi aplikasi, sistem zero-knowledge proof yang digunakan oleh Zcash pada tahun 2015 mewujudkan perlindungan privasi transaksi, mendorong penggabungan zk-SNARKs dengan kontrak pintar, dan memperluas skenario aplikasi.

Hasil akademis penting lainnya termasuk:

• Protokol Pinocchio tahun 2013
• Algoritma Groth16 tahun 2016
• Algoritma Bulletproofs tahun 2017
• Protokol zk-STARKs tahun 2018

Selain itu, kemajuan baru seperti PLONK dan Halo2 juga telah memberikan perbaikan pada zk-SNARK.

Dua, Aplikasi Utama zk-SNARKs

Perlindungan Privasi

Transaksi privasi adalah salah satu aplikasi paling awal dari zk-SNARKs. Proyek-proyek representatif termasuk Zcash dan Tornado Cash yang menggunakan SNARK, serta Monero yang menggunakan Bulletproof. Sebagai contoh, langkah-langkah transaksi Zcash yang menggunakan zk-SNARKs mencakup: pengaturan sistem, generasi kunci, pencetakan, pembuangan, verifikasi, dan penerimaan.

Namun, permintaan untuk transaksi privat tidak sekuat yang diharapkan. Sebaliknya, kebutuhan akan skalabilitas semakin menonjol.

rencana perluasan

Dengan transisi Ethereum 2.0 ke arah yang berfokus pada rollup, solusi skalabilitas berbasis zk-SNARKs kembali menjadi sorotan industri. ZK rollup memiliki dua peran utama: Sequencer bertanggung jawab untuk mengemas transaksi, Aggregator bertanggung jawab untuk menggabungkan transaksi dan menghasilkan bukti.

Proyek ZK rollup yang kompetitif di pasar saat ini termasuk: StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez/Miden, Loopring, Scroll, dan lainnya. Proyek-proyek ini terutama berfokus pada pemilihan SNARK( dan versi perbaikannya ) serta STARK, serta tingkat dukungan terhadap EVM.

Kesesuaian sistem ZK dengan EVM selalu menjadi tantangan. Proyek biasanya menekankan trade-off antara fitur ZK dan kompatibilitas EVM. Dalam beberapa tahun terakhir, iterasi teknologi telah berkembang pesat, dan kompatibilitas EVM telah meningkat secara signifikan, yang akan mempengaruhi ekosistem pengembangan ZK dan lanskap persaingan.

Tiga, Prinsip Dasar ZK-SNARKs

ZK-SNARK mewakili "zk-SNARKs", yang memiliki karakteristik berikut:

• zk-SNARKs: proses pembuktian tidak mengungkapkan informasi tambahan
• Ringkas: ukuran verifikasi kecil
• Non-interaktif: Tidak perlu interaksi berulang
• Keandalan: pembuktian dari penyedia yang memiliki kemampuan komputasi terbatas tidak dapat dipalsukan
• Pengetahuan: Pembuktian harus mengetahui informasi yang valid untuk membangun bukti

Sebagai contoh zk-SNARKs Groth16, prinsip pembuktiannya mencakup langkah-langkah berikut:

1. Mengubah masalah menjadi sirkuit
2. Mengonversi sirkuit ke bentuk R1CS
3. Mengonversi R1CS ke bentuk QAP
4. Membangun pengaturan yang dapat dipercaya, menghasilkan parameter acak
5. Menghasilkan dan memverifikasi bukti zk-SNARKs

Teknologi zk-SNARKs sedang bergerak dari teori menuju praktik, memainkan peran yang semakin penting di bidang blockchain. Di masa depan, diharapkan akan membawa lebih banyak aplikasi inovatif dalam perlindungan privasi, skalabilitas, dan lainnya.