Perkembangan dan Aplikasi zk-SNARKs

Sejarah Perkembangan zk-SNARKs

Sistem zk-SNARKs modern berasal dari makalah yang ditulis bersama oleh Goldwasser, Micali, dan Rackoff pada tahun 1985. Makalah tersebut membahas jumlah pengetahuan yang perlu ditukar untuk membuktikan kebenaran suatu pernyataan melalui interaksi terbatas dalam sistem interaktif. Jika pertukaran pengetahuan dapat dilakukan dengan cara nol pengetahuan, maka disebut sebagai zk-SNARKs. Sistem interaktif semacam ini hanya dapat mencapai kebenaran dalam arti probabilistik, bukan bukti matematis yang lengkap.

Untuk mengatasi kekurangan ini, sistem non-interaktif muncul, yang memiliki kelengkapan, menjadi pilihan ideal untuk sistem zk-SNARKs. Sistem zk-SNARKs awal memiliki kekurangan dalam hal efisiensi dan kegunaan, sebagian besar masih berada di tingkat teori. Dalam dekade terakhir, seiring dengan kebangkitan kriptografi di bidang cryptocurrency, zk-SNARKs secara bertahap menjadi arah penelitian yang penting.

Terobosan besar dalam zero-knowledge proof adalah teori pembuktian non-interaktif dengan pasangan pendek yang diajukan oleh Groth pada tahun 2010, yang menjadi dasar teori untuk zk-SNARKs. Pada tahun 2015, Zcash menjadi yang pertama menerapkan zero-knowledge proof untuk perlindungan privasi transaksi, membuka jalan bagi penggabungan zk-SNARKs dengan kontrak pintar, yang secara signifikan memperluas skenario aplikasi.

Hasil akademis penting lainnya termasuk: protokol Pinocchio dari tahun 2013, algoritma Groth16 dari tahun 2016, Bulletproofs dari tahun 2017, serta zk-STARKs yang diajukan pada tahun 2018. Kemajuan ini sangat mendorong perkembangan zero-knowledge proofs dari teori ke praktik.

Aplikasi Utama zk-SNARKs

Aplikasi paling luas dari zk-SNARKs saat ini adalah perlindungan privasi dan penskalaan. Transaksi privasi awal mendapat perhatian luas, dengan proyek-proyek perwakilan seperti Zcash dan Monero. Dengan Ethereum beralih ke jalur penskalaan yang berpusat pada rollup, skema penskalaan berbasis zk-SNARKs kembali menjadi sorotan industri.

transaksi privasi

Transaksi privasi telah memiliki beberapa proyek yang sudah berjalan, seperti Zcash dan Tornado yang menggunakan SNARK, serta Monero yang menggunakan Bulletproof. Sebagai contoh Zcash, proses transaksi zk-SNARKs-nya meliputi pengaturan sistem, pembuatan kunci, pencetakan koin, transfer, verifikasi, dan penerimaan, yang mewujudkan perlindungan privasi untuk jumlah transaksi dan alamat.

Namun, proyek seperti Zcash masih memiliki beberapa keterbatasan. Misalnya, Zcash berbasis pada model UTXO, di mana sebagian informasi transaksi hanya disembunyikan dan tidak sepenuhnya tersembunyi. Selain itu, tingkat penggunaannya yang rendah menunjukkan bahwa permintaan untuk transaksi yang bersifat pribadi mungkin tidak sesuai dengan yang diharapkan. Sebaliknya, desain kolam pencampuran besar tunggal yang digunakan oleh Tornado lebih universal dan berbasis pada jaringan Ethereum, menawarkan skalabilitas yang lebih baik.

Aplikasi skalabilitas

Aplikasi zero-knowledge proof dalam skala terutama terwujud dalam zk-rollup. zk-rollup mencakup dua peran, yaitu Sequencer dan Aggregator. Sequencer bertanggung jawab untuk mengemas transaksi, sedangkan Aggregator menggabungkan sejumlah besar transaksi dan menghasilkan zk-SNARKs untuk memperbarui status rantai utama.

Keuntungan zk-rollup terletak pada biaya rendah, finalitas cepat, dan perlindungan privasi, tetapi juga memiliki kekurangan seperti beban komputasi yang besar dan kemungkinan memerlukan pengaturan yang dapat dipercaya. Saat ini, proyek zk-rollup utama di pasar mencakup StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez, yang masing-masing memiliki fokus berbeda dalam hal jalur teknologi dan kompatibilitas EVM.

Kompatibilitas EVM telah menjadi tantangan bagi sistem zero-knowledge. Saat ini, ada dua solusi utama di industri: sepenuhnya kompatibel dengan opcode Solidity, atau merancang mesin virtual yang ramah ZK dan kompatibel dengan Solidity. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi telah berkembang dengan cepat, dan kompatibilitas EVM telah meningkat secara signifikan, yang akan berdampak besar pada ekosistem pengembangan dan lanskap kompetisi zero-knowledge.

Ringkasan Prinsip Implementasi zk-SNARKs

zk-SNARK( zk-SNARK) adalah salah satu skema zero-knowledge proof yang paling banyak digunakan saat ini. Ini memiliki karakteristik zero-knowledge, ringkas, non-interaktif, dapat diandalkan, dan berpengetahuan.

Proses bukti zk-SNARK Groth16 terutama mencakup langkah-langkah berikut:

1. Mengubah masalah menjadi rangkaian
2. Mengubah rangkaian menjadi bentuk R1CS( Sistem Kendala Rank-1 Constraint System)
3. Mengubah R1CS menjadi bentuk QAP( Program Aritmetika Kuadratik)
4. Membangun pengaturan yang terpercaya, menghasilkan kunci bukti dan kunci verifikasi
5. Menghasilkan dan Memverifikasi Bukti zk-SNARKs

Teknologi zk-SNARKs sedang berkembang pesat, dan di masa depan diharapkan dapat memainkan peran penting di lebih banyak bidang. Dengan peningkatan kompatibilitas EVM dan munculnya algoritma baru, kita dapat mengharapkan zk-SNARKs membawa lebih banyak aplikasi inovatif di blockchain dan bidang lainnya.