zk-SNARKs تقنية التطوير والتطبيق

التطور التاريخي

نشأت أنظمة zk-SNARKs من الورقة الرائدة التي كتبها Goldwasser وMicali وRackoff في عام 1985. تناقش هذه الورقة إمكانية إثبات صحة الادعاءات من خلال تبادل الحد الأدنى من المعلومات في أنظمة تفاعلية. كانت أنظمة zk-SNARKs المبكرة تفتقر إلى الكفاءة والجدوى، وكانت تقتصر فقط على المستوى النظري. على مدى العقد الماضي، ومع ظهور التشفير في مجال العملات المشفرة، أصبحت zk-SNARKs اتجاهًا بحثيًا رئيسيًا.

تشمل الاختراقات الهامة:

• في عام 2010، قدم Groth إثباتات عدم المعرفة غير التفاعلية قصيرة الإقران
• 2013 بروتوكول بينوكيو ضغط الإثبات ووقت التحقق
• في عام 2016 ، تم تقليل حجم إثبات Groth16 وزيادة كفاءة التحقق
• في عام 2017، تم تقديم Bulletproofs لإثباتات قصيرة دون الحاجة إلى إعداد موثوق.
• بعد طرح zk-STARKs في عام 2018، تم تقديم بروتوكول آمن ضد الكوانتم.

تشمل التقدمات الهامة الأخرى PLONK و Halo2.

التطبيقات الرئيسية

zk-SNARKs تُستخدم بشكل رئيسي في مجال حماية الخصوصية وتوسيع القدرة.

حماية الخصوصية

تمثل المشاريع بما في ذلك:

• Zcash: استخدام zk-SNARKs لتحقيق خصوصية المعاملات
• Monero: تستخدم خوارزمية Bulletproofs
• Tornado Cash: بركة خلط قائمة على الإيثيريوم

تعتبر صفقات الخصوصية منخفضة نسبياً، لكن التطبيق الفعلي لم يصل إلى التوقعات.

توسيع

تستخدم zk-SNARKs على نطاق واسع في توسيع السعة، مثل Mina في تطبيقات الشبكة من الطبقة الأولى، وكذلك في مجموعة ZK-rollup لمختلف الشبكات من الطبقة الثانية.

المبدأ الأساسي لـ ZK-rollup:

1. Sequencer يقوم بتجميع المعاملات
2. Aggregator دمج المعاملات وإنشاء إثبات
3. تقديم الإثبات إلى شبكة من الطبقة الأولى للتحقق وتحديث الحالة

تشمل مشاريع ZK-rollup الرئيسية StarkNet و zkSync و Aztec و Polygon Hermez وغيرها. المسار التكنولوجي يعتمد بشكل أساسي على الاختيار بين SNARK و STARK، بالإضافة إلى درجة التوافق مع EVM.

المبادئ الأساسية

كمثال على zk-SNARKs، تشمل خطوات التنفيذ ما يلي:

1. تحويل المشكلة إلى دائرة
2. تحويل الدائرة إلى شكل R1CS
3. تحويل R1CS إلى شكل QAP
4. إنشاء معلمات إعداد موثوقة
5. إنشاء والتحقق من zk-SNARKs

يجب أن تلبي zk-SNARKs خصائص التكامل والموثوقية والخصوصية.

بشكل عام، تتطور تقنية zk-SNARKs بسرعة، وتظهر إمكانيات هائلة في مجالي الخصوصية والتوسع. من المتوقع أن يتم استخدامها على نطاق واسع في المزيد من المجالات في المستقبل.