全览零知识证明赛道：基础设施、网络及应用程序
Tác giả gốc:Jonathan King
Biên soạn gốc: Deep Chao TechFlow
Công nghệ bằng chứng không kiến thức (ZKP) đã trở thành một bước đột phá lớn trong lĩnh vực mật mã. Bài viết này sẽ đi sâu vào các nguyên tắc cốt lõi, ứng dụng thực tế của công nghệ chứng minh không có kiến thức và tác động của nó đối với khả năng mở rộng chuỗi khối, các ứng dụng bảo vệ quyền riêng tư và khả năng tương tác không cần tin cậy. Khi đầu tư vào công nghệ này tiếp tục tăng vào năm 2023, bằng chứng không có kiến thức không chỉ phát triển về mặt lý thuyết mà còn chứng minh triển vọng ứng dụng rộng rãi của nó trong thực tế. Chúng tôi sẽ tiến hành phân tích chuyên sâu về hệ sinh thái bằng chứng không có kiến thức từ ba cấp độ: cơ sở hạ tầng, mạng và ứng dụng, đồng thời tiết lộ cách nó mở ra kỷ nguyên mới của công nghệ blockchain.
Bản tóm tắt
Bằng chứng không kiến thức (ZKP) và các công nghệ phái sinh của nó là một bước đột phá lớn trong mật mã và phần lớn được coi là mục tiêu cuối cùng của khái niệm thiết kế blockchain.
Ngày nay, bằng chứng không kiến thức đang ngày càng nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn cho các vấn đề chưa được giải quyết trong web3, bao gồm khả năng mở rộng chuỗi khối, các ứng dụng bảo vệ quyền riêng tư và khả năng tương tác không cần tin cậy.
Vào năm 2023, hơn 400 triệu USD sẽ được đầu tư vào công nghệ không có kiến thức, chủ yếu tập trung vào khả năng mở rộng của lớp giao thức Ethereum L1/L2, cơ sở hạ tầng mới nổi và các công cụ dành cho nhà phát triển
Lĩnh vực không có kiến thức có thể được chia thành ba cấp độ:
1) Cơ sở hạ tầng, tức là các công cụ/phần cứng để xây dựng các giao thức/ứng dụng dựa trên nền tảng không có kiến thức
2) Mạng, tức là giao thức L1/L2 sử dụng hệ thống chứng minh không có kiến thức
3) Ứng dụng, tức là các sản phẩm dành cho người dùng cuối sử dụng cơ chế không có kiến thức
Mặc dù hệ sinh thái không có kiến thức vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, nhưng sự phát triển nhanh chóng của nó hứa hẹn sẽ mở ra một kỷ nguyên mới về các giải pháp blockchain an toàn, riêng tư và có thể mở rộng.
giới thiệu
Bằng chứng không có kiến thức (ZKP) và các công nghệ phái sinh của chúng phần lớn được coi là mục tiêu cuối cùng của thiết kế blockchain, đặc biệt là cung cấp các giải pháp yêu cầu ít giả định về độ tin cậy khi xác thực thông tin cho các ứng dụng trên chuỗi. Về cốt lõi, bằng chứng không có kiến thức là một kỹ thuật mã hóa cho phép một bên (tức là người chứng minh) cho một bên khác (tức là người xác minh) thấy rằng một tính toán là hợp lệ mà không làm lộ bất kỳ dữ liệu cơ bản nào được sử dụng để tạo ra tính toán. Bắt nguồn từ năm 1985, bằng chứng không có kiến thức đã phát triển từ lý thuyết đến ứng dụng thực tế, vượt qua hàng thập kỷ tụt hậu nhờ những tiến bộ gần đây về công cụ phần mềm và phần cứng.
Ngày nay, bằng chứng không có kiến thức cung cấp các giải pháp đầy hứa hẹn cho những thách thức lớn nhất của Web3, bao gồm:
Khả năng mở rộng chuỗi khối: Một trong những thách thức lớn nhất mà Ethereum L1 phải đối mặt là khả năng mở rộng. Tuy nhiên, sự ra đời của mạng L2 giúp giao dịch nhanh hơn và rẻ hơn mà không ảnh hưởng đến tính bảo mật hoặc phân quyền của Ethereum. Trong khi bản tổng hợp lạc quan duy trì sự thống trị nhờ khả năng tương thích cao với EVM và tính thân thiện với nhà phát triển, việc áp dụng bản tổng hợp ZK đang tăng đều đặn. Bằng chứng không có kiến thức giúp tóm tắt các phép tính phức tạp ngoài chuỗi, từ đó nâng cao thiết kế L2 để xác minh và giải quyết trên chuỗi nhanh chóng và hiệu quả.
Các ứng dụng bảo vệ quyền riêng tư: Cho đến nay, công việc bảo vệ quyền riêng tư trong blockchain phần lớn chỉ giới hạn ở việc ẩn các giao dịch. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đang dần dần hướng tới việc đạt được tính ẩn danh và bảo mật giao dịch hoàn chỉnh trên các chuỗi khối công khai. Điều quan trọng là các khái niệm bảo vệ quyền riêng tư mới tận dụng ZKP đang nổi lên nhằm phá vỡ sự cân bằng giữa bảo vệ quyền riêng tư của người dùng và đạt được sự tuân thủ (tức là ngăn chặn các hoạt động bất hợp pháp).
Khả năng tương tác không cần tin cậy: Các giao thức tương tác blockchain hiện tại dựa trên các hệ thống đáng tin cậy (ví dụ: bộ xác thực đa chữ ký hoặc được khuyến khích). Bằng chứng không có kiến thức có thể giúp thay thế các giả định về niềm tin kinh tế tiền điện tử bằng các đảm bảo về mật mã, mở đường cho các hoạt động liên lạc xuyên chuỗi an toàn và mạnh mẽ hơn. Tuy nhiên, trong số các ứng dụng chính của ZKP, khả năng tương tác là ứng dụng mới nổi nhất.
Theo dữ liệu từ Messari, hơn 400 triệu USD sẽ được đầu tư vào lĩnh vực chứng minh không có kiến thức vào năm 2023, nhấn mạnh khả năng mở rộng của lớp L1/L2 của Ethereum và cơ sở hạ tầng dành cho nhà phát triển bằng chứng không có kiến thức mới nổi. Mặc dù bằng chứng không có kiến thức còn tương đối mới, nhưng hệ sinh thái đang phát triển nhanh chóng của chúng báo trước sự hội tụ các phương pháp thực hành tốt nhất cho các ứng dụng blockchain an toàn, riêng tư và có thể mở rộng hơn. Với khuôn khổ này, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn thế giới của các bằng chứng không có kiến thức nhiều lớp, khám phá những người chơi chính và các khái niệm mới nổi.
cơ sở hạ tầng
Bất kỳ hình thức chứng minh không có kiến thức nào đều phải được viết bằng ngôn ngữ của các mạch số học, ngôn ngữ này có khả năng diễn đạt hạn chế và rất phức tạp để chuyển đổi hầu hết các hàm blockchain thành dạng mạch. Những hạn chế của các công cụ dành cho nhà phát triển và phần cứng tiên tiến có nghĩa là các trường hợp sử dụng thực tế cho người không có kiến thức chỉ mới bắt đầu phát triển gần đây. Ngày nay, chúng ta đang chứng kiến sự xuất hiện của một loạt hệ thống và công cụ cho phép các nhà phát triển xây dựng các giao thức và ứng dụng trên cơ sở hạ tầng mật mã không có kiến thức.
Các khung và công cụ lập trình: Các ngôn ngữ dành riêng cho miền (DSL), chẳng hạn như Leo, Noir, Cairo và o1.js, được sử dụng để phát triển phần mềm có thể chứng minh được trong các hệ sinh thái L1/L2 cụ thể (ví dụ: Aleo, Aztec, Starkware và Mina, tương ứng) Một khung lập trình cho các chương trình không có kiến thức. Ngoài ra, các khuôn khổ chung như Elusiv và Hinkal đang nổi lên với mục đích cho phép các nhà phát triển xác định các tiêu chí cụ thể để dữ liệu giao dịch có thể được che giấu trên chuỗi nhưng được xác minh bằng bằng chứng không có kiến thức. Việc áp dụng các khuôn khổ này dự kiến sẽ tiếp tục tăng khi nhu cầu từ các nhà phát triển tiềm năng và người dùng cuối đối với các ứng dụng không cần kiến thức ngày càng tăng.
Bộ đồng xử lý không có kiến thức: Bộ đồng xử lý không có kiến thức cung cấp cho các nhà phát triển khả năng tính toán ngoài chuỗi không cần tin cậy và tiết kiệm chi phí, đồng thời loại bỏ nhu cầu các nhà phát triển phải xử lý các thành phần phức tạp liên quan đến không có kiến thức trong ngăn xếp công nghệ. Các nhóm như RiscZero, Axiom và Herodotus cung cấp các nền tảng điện toán có thể xác minh để tạo ra bằng chứng chứng minh việc thực thi và tính hợp lệ của các chương trình tùy ý hoặc cho phép các hợp đồng thông minh lưu trữ, truy cập và xác minh dữ liệu lịch sử trên chuỗi mà không cần thêm các giả định tin cậy bổ sung. Theo thời gian, các bộ đồng xử lý không có kiến thức dự kiến sẽ trở thành một phần cần thiết cho các ứng dụng trên chuỗi ngày càng tiên tiến.
Mạng/Thị trường chứng minh: Ngày nay, hầu hết các mạng và giao thức không có kiến thức đều dựa vào quy trình chứng minh tập trung. Khi việc áp dụng không kiến thức dần dần phát triển, chúng tôi hy vọng các nhóm sẽ tìm cách phân cấp các lớp bằng chứng của họ để tăng tính sống động và khả năng chống kiểm duyệt. Các mạng và thị trường chứng minh mới nổi như =nil; Foundation, RiscZero, Gevulot và Lumoz cung cấp các dịch vụ được thiết kế để cho phép các ứng dụng thuê ngoài cơ chế chứng minh của họ cho các nhà khai thác bên thứ ba, từ đó giảm chi phí vận hành cơ sở hạ tầng chứng minh không có kiến thức.
Tăng tốc phần cứng: Vì việc tạo ra các bằng chứng không có kiến thức đòi hỏi rất nhiều phép toán nên việc này tốn kém và tốn nhiều công sức tính toán. Tuy nhiên, chúng tôi đang chứng kiến sự tiến bộ đáng kể trong việc sử dụng phần cứng chuyên dụng như mảng cổng lập trình trường (FPGA) và mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC) giúp cải thiện thời gian xác minh và tạo bằng chứng. Các nhà cung cấp phần cứng chuyên dụng như Ingonyama, Cysic và Fabric luôn đi đầu trong việc cung cấp FPGA và ASIC cho các hệ thống chứng minh ZK, đồng thời chúng tôi kỳ vọng sự đổi mới và đầu tư vào các thiết kế phần cứng ZK sẽ tiếp tục tăng trong tương lai.
Cơ sở hạ tầng chuỗi ứng dụng: Các nhà cung cấp dịch vụ tổng hợp (RaaS) như Spire, ProtoKit và Lumoz cung cấp cho các nhà phát triển các công cụ mã nguồn ngắn để xây dựng, thử nghiệm và triển khai các ứng dụng chung hoặc cụ thể tận dụng cơ chế chứng minh không có kiến thức. Chuỗi L2/L3 của ứng dụng. Các trình sắp xếp như Espresso, Radius và Madara cung cấp cơ sở hạ tầng để chấp nhận các giao dịch của người dùng, xác định thứ tự của họ và xuất bản các khối lên lớp đồng thuận L1 và tính khả dụng của dữ liệu. Chúng tôi tin rằng thế hệ tiếp theo của khả năng mở rộng Ethereum sẽ được thúc đẩy bởi các ngăn xếp cuộn L2 mô-đun, điều này có thể sẽ tạo ra nhu cầu cho các nhà cung cấp này trong ngắn hạn và trung hạn.
Khả năng tương tác và kết nối: các hệ thống bắc cầu trở nên giảm thiểu độ tin cậy hơn khi sự phụ thuộc vào con người (chẳng hạn như nhiều chữ ký hoặc bộ trình xác thực được khuyến khích) bị giảm bớt và được thay thế bằng mã (như ứng dụng khách nhẹ, chuyển tiếp và bằng chứng không có kiến thức). Các nhóm như Polyhedra, Lambda Class và Polymer Labs đang khám phá chủ đề này. Trong số các ứng dụng chính của bằng chứng không có kiến thức, khả năng tương tác là ứng dụng mới nổi nhất, nhưng khi khả năng tiếp cận các cơ sở không có kiến thức ngày càng tăng, chúng tôi hy vọng sẽ thấy nhiều đổi mới hơn trong các khái niệm thiết kế cầu nối.
Học máy không có kiến thức (ZKML): ZKML là một lĩnh vực tiên tiến trong mật mã tập trung vào việc sử dụng các bằng chứng không có kiến thức để chứng minh tính chính xác của các suy luận mô hình học máy (ML) trên chuỗi. Bằng cách bổ sung khả năng ML, hợp đồng thông minh có thể trở nên tự chủ và năng động hơn, cho phép họ đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu trên chuỗi thời gian thực và thích ứng với nhiều tình huống khác nhau, bao gồm cả những tình huống có thể không lường trước được khi hợp đồng ban đầu được tạo . Các nhóm như Modulus Labs, Giza và Zama đang tiên phong trong các trường hợp sử dụng ZKML độc đáo có thể mang lại sự cân bằng tổng hợp đầy hứa hẹn ở điểm giao thoa giữa AI và mật mã.
mạng
Một số blockchain gặp phải những hạn chế trong việc xử lý khối lượng giao dịch cao, dẫn đến thời gian giao dịch chậm hơn và chi phí tăng cao trong thời kỳ nhu cầu cao điểm. Ngoài ra, các chuỗi khối phổ biến như Bitcoin, Ethereum và Solana được xây dựng trên sổ cái công khai mở, nhưng việc thiếu quyền riêng tư làm tăng mối lo ngại của những người chơi chính thống về tính bảo mật và ẩn danh hoàn toàn trong giao dịch. Các mạng L1 và L2 mới đang nổi lên sử dụng cơ sở hạ tầng bằng chứng không có kiến thức để giải quyết các vấn đề liên quan đến khả năng mở rộng blockchain và quyền riêng tư trên chuỗi.
L1 tập trung vào quyền riêng tư: Các mạng L1 mới nổi như Aleo, Mina và IronFish cung cấp khả năng hợp đồng thông minh ưu tiên quyền riêng tư dựa trên bằng chứng không có kiến thức để cung cấp quyền riêng tư ở cấp ứng dụng cho các ứng dụng phi tập trung trong hệ sinh thái tương ứng của chúng. Các mạng L1 như Fhenix và Inco sử dụng mã hóa đồng hình hoàn toàn (FHE), cho phép các nhà phát triển viết hợp đồng thông minh riêng tư và thực hiện các tính toán trên dữ liệu được mã hóa, đạt được tính ẩn danh và bảo mật giao dịch hoàn chỉnh. Do nhiều L1 nói trên đang chạy các mạng thử nghiệm được khuyến khích và yêu cầu các nhà phát triển học các ngôn ngữ lập trình mới, dấu hiệu áp dụng đại trà và thu được giá trị có thể mất 1-2 năm.
ZK-EVM: ZK-EVM sử dụng bằng chứng không có kiến thức để chứng minh bằng mật mã việc thực hiện các giao dịch giống như Ethereum. Các loại ZK-EVM khác nhau như zkSync Era, Polygon zkEVM, Linea, Scroll và Taiko có sự cân bằng thiết kế khác nhau giữa khả năng tương thích và hiệu suất của EVM (tức là thời gian xây dựng bằng chứng). Chúng tôi kỳ vọng sự đổi mới liên tục trong không gian này sẽ mở rộng quy mô triển khai ZK dựa trên Ethereum và Ethereum.
ZK-Rollup: Zero-know rollup là một giải pháp mở rộng quy mô L2 giúp di chuyển tính toán ra khỏi chuỗi và sử dụng bằng chứng không có kiến thức để chứng minh những thay đổi trạng thái trên chuỗi. Các công ty ZK-rollup như Aztec cung cấp công cụ bảo mật trên Ethereum được thiết kế để mã hóa dữ liệu giao dịch trong khi vẫn đảm bảo chi phí ở mức thấp. Zeko là một ngăn xếp ZK-rollup sắp ra mắt được xây dựng trên Mina cho phép các ứng dụng xác thực đệ quy và kết hợp với nhau, trong khi ImmutableX và LayerN lần lượt là các bản tổng hợp ZK dành riêng cho ứng dụng nhắm mục tiêu vào các trường hợp chơi game và sử dụng DeFi hiệu suất cao. Mặc dù các bản tổng hợp dựa trên lạc quan chiếm khoảng 90% tổng thị phần L2, nhưng nhu cầu về các bản tổng hợp ZK dự kiến sẽ tăng lên khi công nghệ cơ bản trở nên dễ tiếp cận hơn.
ứng dụng
Ngoài cơ sở hạ tầng và lớp mạng ZK, một số ứng dụng của người dùng cuối đã xuất hiện tận dụng bằng chứng không có kiến thức cho thanh toán trực tuyến, xác minh danh tính, DeFi riêng tư nhưng tuân thủ các trường hợp sử dụng của người tiêu dùng.
Các nhóm như Elusiv cung cấp giao diện thân thiện với người dùng cho các khoản thanh toán riêng tư và giao dịch DeFi, đồng thời làm như vậy bằng cách che giấu địa chỉ, đồng thời sử dụng các cơ chế tuân thủ để giải mã các giao dịch từ các tác nhân bất hợp pháp đã được xác định. Khi nói đến xác thực, zCloak, ZKPass và zkp-ID sử dụng bằng chứng không có kiến thức để cho phép người dùng chứng minh dữ liệu có thể xác minh được cho bên thứ ba mà không để lộ thông tin cá nhân.
Các giao thức DeFi như Lumina và Panther tập trung vào việc xây dựng các sàn giao dịch phi tập trung riêng tư nhưng tuân thủ. Renegade kết hợp tính toán nhiều bên (MPC) và công nghệ ZK để cung cấp giao dịch nhóm tối, một địa điểm giao dịch trên chuỗi giúp ẩn sổ lệnh và cho phép các tổ chức lớn hoặc nhà giao dịch khối lượng lớn giao dịch mà không để lộ hoạt động của họ ra thị trường rộng lớn hơn. một lệnh thi hành.
Các ứng dụng dành cho người tiêu dùng như Sealcaster và Dark Forest tận dụng bằng chứng không có kiến thức trong các ứng dụng xã hội và trò chơi để bảo vệ danh tính người dùng và chiến lược chơi trò chơi khỏi những người tham gia trực tuyến khác.
Tương lai của ZK
Tương lai của ZK liên quan đến việc ưu tiên tốc độ, giảm yêu cầu phần cứng, cải tiến các công cụ phát triển và hỗ trợ các thiết kế bằng chứng không có kiến thức mới hỗ trợ tạo bằng chứng phi tập trung. Mặc dù cả hai giải pháp mở rộng quy mô không có kiến thức và lạc quan đều được sử dụng để xác minh các giao dịch tổng hợp, nhưng mỗi giải pháp đều có sự cân bằng trong thiết kế liên quan về mặt bảo mật, độ trễ và hiệu quả tính toán. Chúng tôi thấy hai nhóm công nghệ này hội tụ trong trung và dài hạn để đáp ứng nhiều ứng dụng trên chuỗi. Cuối cùng, lớp ứng dụng không có kiến thức hiện đang ở giai đoạn sơ khai nhưng dự kiến sẽ phát triển trong tương lai khi nhu cầu của người dùng cuối về bảo vệ quyền riêng tư trên các chuỗi khối công khai tăng lên. Hơn nữa, điều đáng chú ý là nghiên cứu không có kiến thức chủ yếu được khám phá trong bối cảnh Ethereum. Tuy nhiên, các khái niệm mới nổi như sáng kiến Token 22 của Solana với Chuyển khoản bí mật, một tính năng bảo mật sử dụng bằng chứng không có kiến thức để mã hóa số dư và số tiền chuyển mã thông báo SPL, chứng minh khả năng thích ứng và tiềm năng của không có kiến thức ngoài các hệ sinh thái cụ thể.
Tóm lại, tiềm năng biến đổi của không có kiến thức đang mở ra, báo hiệu một tương lai nơi các giải pháp blockchain thậm chí còn quan trọng hơn về mặt bảo mật, quyền riêng tư và khả năng mở rộng.
Lưu ý: Các dự án do Coinbase Ventures đầu tư xuất hiện trong danh sách bằng chứng không có kiến thức ở trên: Aleo, Anoma, Aztec, Consensys, Espresso, Elusiv, Mina, Polygon, Polymer Labs, Starkware, Sunscreen, zCloak, zkLink, zkSync
