المؤلف: @Jesse_meta، باحث في عقدة التمويل الشامل بجامعة سنغافورة للعلوم الاجتماعية SUSS NiFT؛ @EatonAshton2، باحث في Beosin؛ @kaplannie، باحث أمني في Least Authority
تقدم هذه المقالة سيناريوهات التطبيق ومبادئ العمل وحالة التطوير والاتجاهات المستقبلية لإثبات المعرفة الصفرية من منظور شخص غير تقني، من أجل السماح للقراء الذين ليس لديهم خلفية تقنية بفهم التغييرات الرئيسية التي على وشك إحداثها إثبات المعرفة الصفرية. يحضر.
ملاحظة: هذه المقالة عبارة عن تقرير بحثي لتحالف أمان Blockchain SUSS NiFT
بغض النظر عما إذا كانت المعلومات مخزنة على الإنترنت أو في أرشيفات غير متصلة بالإنترنت، سواء كان ذلك مقصودًا أو عرضيًا، فإن حوادث تسرب المعلومات أصبحت شائعة اليوم ولا داعي للقول. وطالما يتم تخزين المعلومات مركزيًا، هناك دائمًا خطر التعرض لنقطة هجوم واحدة. وطالما أن عملية التحقق تتطلب طرفًا ثالثًا موثوقًا به، فستكون هناك مخاطر أخلاقية وأوجه قصور. الحل لأمن المعلومات أمر بالغ الأهمية وعاجل. تسمح تقنية إثبات المعرفة الصفرية للمستخدمين بإكمال عملية التحقق بشكل أكثر كفاءة وأمانًا مع حماية خصوصيتهم.
إذا كانت عملة البيتكوين هي الاختراع الرئيسي الأول الذي جلبته تقنية blockchain إلى العالم الحقيقي، مما يوفر طريقة جديدة لتخزين القيمة، وكانت عقود Ethereum الذكية هي الحدث الرئيسي الثاني الذي يفتح إمكانات الابتكار، فإن تطبيق إثباتات المعرفة الصفرية هو الحل الأمثل. أكبر ثالث أكبر ابتكار تكنولوجي في تاريخ تطوير blockchain، مما يوفر الخصوصية وقابلية التوسع. وهذا ليس جزءًا مهمًا من نظام Web3 البيئي فحسب، بل إنه أيضًا تقنية أساسية مهمة لديها القدرة على تعزيز التغيير الاجتماعي.
تقدم هذه المقالة سيناريوهات التطبيق ومبادئ العمل وحالة التطوير والاتجاهات المستقبلية لإثبات المعرفة الصفرية من منظور شخص غير تقني، من أجل السماح للقراء الذين ليس لديهم خلفية تقنية بفهم التغييرات الرئيسية التي على وشك إحداثها إثبات المعرفة الصفرية. يحضر. **
1. ما هو إثبات المعرفة الصفرية؟
برهان المعرفة الصفرية (ZKP) هو بروتوكول رياضي تم اقتراحه لأول مرة في ورقة بحثية عام 1985 بعنوان "التعقيد المعرفي للبراهين التفاعلية" التي شارك في تأليفها شافي جولدفاسر وسيلفيو ميكالي وتشارلز راكوف. باستثناء حقيقة معينة يجب إثباتها، سيكون هناك عدم الكشف عن أي معلومات أخرى. لا يستطيع المدقق الوصول إلى المعلومات السرية التي أدت إلى إنشاء الدليل. دعني أعطيك مثالاً لمساعدتك على الفهم: أريد أن أثبت أنني أعرف رقم هاتف شخص ما، كل ما أحتاجه هو أن أتمكن من الاتصال برقم هاتف ذلك الشخص أمام الجميع لإثبات هذه الحقيقة، دون الكشف عن الرقم الحقيقي لذلك الشخص. توفر إثباتات المعرفة الصفرية طريقة فعالة وخالية من المخاطر تقريبًا لمشاركة البيانات. باستخدام أدلة صفر المعرفة، يمكننا الاحتفاظ بملكية البيانات، وتحسين حماية الخصوصية بشكل كبير، ونأمل أن نجعل انتهاكات البيانات شيئًا من الماضي.
يتميز إثبات المعرفة الصفرية بثلاث خصائص:
الاكتمال
إذا كان الادعاء صحيحًا، فسيتم إقناع المتحققين الصادقين من خلال المثبتين الصادقين. أي أن ما هو صواب لا يمكن أن يكون خطأ.
العقلانية
إذا كان الادعاء كاذبًا، ففي الغالبية العظمى من الحالات، لا يستطيع المُثبت المخادع أن يجعل المُحقق الصادق يصدق الادعاء الكاذب. أي أن ما هو خطأ لا يمكن أن يكون صحيحا.
** صفر المعرفة **
إذا كانت العبارة صحيحة، فلن يتمكن المدقق من الحصول على أي معلومات إضافية بخلاف صحة العبارة.
تتمتع براهين المعرفة الصفرية باحتمالية ضئيلة جدًا لإنتاج أخطاء معقولة، أي أن مُبرهن الغش قد يجعل المُحقق يصدق بيانًا خاطئًا. برهان المعرفة الصفرية هو برهان احتمالي، وليس برهانًا حتميًا، لكن يمكننا تقليل الخطأ العقلاني إلى مستوى لا يكاد يذكر من خلال بعض التقنيات.
2. تطبيق إثبات المعرفة الصفرية
أهم سيناريوهين لتطبيق إثبات المعرفة الصفرية هما الخصوصية وقابلية التوسع.
2.1 الخصوصية
تتيح إثباتات المعرفة الصفرية للمستخدمين مشاركة المعلومات الضرورية بشكل آمن للحصول على السلع والخدمات دون الكشف عن التفاصيل الشخصية، وحمايتهم من المتسللين وتسريب معلومات التعريف الشخصية. مع التكامل التدريجي للمجالين الرقمي والمادي، أصبحت وظيفة حماية الخصوصية لإثبات المعرفة الصفرية أمرًا بالغ الأهمية لأمن المعلومات في Web3 وحتى خارج Web3. بدون إثبات المعرفة الصفرية، ستكون معلومات المستخدم موجودة في قاعدة بيانات تابعة لجهة خارجية موثوقة ومن المحتمل أن تكون عرضة لهجمات القراصنة. أول حالة تطبيق لإثبات المعرفة الصفرية في blockchain هي عملة الخصوصية Zcash، والتي تُستخدم لإخفاء تفاصيل المعاملة.
2.1.1 حماية معلومات الهوية والتحقق منها
في الأنشطة عبر الإنترنت، غالبًا ما نحتاج إلى تقديم معلومات مثل الاسم وتاريخ الميلاد والبريد الإلكتروني وكلمات المرور المعقدة لإثبات أننا مستخدمون لديهم أذونات قانونية. ولذلك، فإننا غالبًا ما نترك معلومات حساسة على الإنترنت لا نريد الكشف عنها. في الوقت الحاضر، ليس من غير المألوف تلقي مكالمات احتيالية تنادينا بأسمائنا، مما يدل على أن تسرب المعلومات الشخصية أمر خطير للغاية.
يمكننا استخدام تقنية blockchain لمنح كل شخص معرفًا رقميًا مشفرًا خاصًا يحتوي على بيانات شخصية. يسمح هذا المعرف الرقمي ببناء هوية لا مركزية ومن المستحيل تزويرها أو تغييرها دون علم صاحبها. تسمح الهوية اللامركزية للمستخدمين بالتحكم في الوصول إلى الهويات الشخصية، وإثبات الجنسية دون الكشف عن تفاصيل جواز السفر، وتبسيط عملية المصادقة، وتقليل حدوث فقدان المستخدمين للوصول بسبب كلمات المرور المنسية. يتم إنشاء إثباتات المعرفة الصفرية من البيانات العامة التي يمكنها إثبات هوية المستخدم والبيانات الخاصة من خلال معلومات المستخدم، ويمكن استخدامها للتحقق من الهوية عند وصول المستخدمين إلى الخدمات. وهذا لا يقلل فقط من عملية التحقق المرهقة، ويحسن تجربة المستخدم، ولكنه يتجنب أيضًا التخزين المركزي لمعلومات المستخدم.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام إثباتات المعرفة الصفرية لبناء أنظمة سمعة خاصة، مما يسمح لوكالات الخدمة بالتحقق مما إذا كان المستخدمون يستوفون معايير سمعة معينة دون الكشف عن هويتهم. يمكن للمستخدمين تصدير سمعتهم بشكل مجهول من منصات مثل Facebook وTwitter وGithub مع إخفاء حساب المصدر المحدد.
2.1.2 الدفع المجهول
إن تفاصيل المعاملات المدفوعة بالبطاقات المصرفية تكون عادة مرئية لأطراف متعددة، بما في ذلك مقدمي خدمات الدفع، والبنوك، والحكومات. وهذا يفضح خصوصية المواطنين العاديين إلى حد ما، ويحتاج المستخدمون إلى الثقة في الأطراف ذات الصلة حتى لا ترتكب أي شر.
يمكن أن تسمح العملات المشفرة بإجراء المدفوعات دون أطراف ثالثة، مما يسمح بالمعاملات المباشرة من نظير إلى نظير. ومع ذلك، فإن المعاملات على السلاسل العامة السائدة مرئية حاليًا للعامة، وعلى الرغم من أن عناوين المستخدمين مجهولة، إلا أنه لا يزال من الممكن العثور على هويات العالم الحقيقي من خلال تحليل البيانات للعناوين المرتبطة على السلسلة والبيانات خارج السلسلة مثل تبادل معلومات KYC وTwitter. إذا كنت تعرف عنوان محفظة شخص ما، فيمكنك التحقق من رصيد حسابك المصرفي في أي وقت، مما قد يشكل تهديدًا لهوية المستخدم وممتلكاته.
يمكن أن يوفر إثبات المعرفة الصفرية مدفوعات مجهولة المصدر على ثلاثة مستويات: عملات الخصوصية، وتطبيقات الخصوصية، وسلاسل الخصوصية العامة. تخفي عملة الخصوصية Zcash تفاصيل المعاملة بما في ذلك المرسل وعنوان المستلم ونوع الأصل والكمية والوقت. Tornado Cash هو تطبيق لامركزي على Ethereum يستخدم إثبات المعرفة الصفرية للتعتيم على تفاصيل المعاملات لتوفير التحويلات الخاصة (ولكن غالبًا ما يستخدمه المتسللون لغسل الأموال). Aleo عبارة عن blockchain L1 مصمم لتوفير ميزات الخصوصية للتطبيقات على مستوى البروتوكول.
2.1.3 السلوك الصادق
يمكن لإثباتات المعرفة الصفرية أن تعزز السلوك الصادق مع الحفاظ على الخصوصية. يمكن أن يطلب البروتوكول من المستخدمين تقديم أدلة المعرفة الصفرية لإثبات سلوكهم الصادق. نظرًا لعقلانية إثباتات المعرفة الصفرية (الخطأ لا يمكن أن يكون صحيحًا)، يجب على المستخدمين التصرف بأمانة وفقًا لمتطلبات البروتوكول قبل أن يتمكنوا من تقديم أدلة صالحة.
MACI (الحد الأدنى من البنية التحتية لمكافحة التواطؤ) هو سيناريو تطبيقي يعزز الصدق ويمنع التواطؤ أثناء التصويت عبر السلسلة أو أشكال أخرى من اتخاذ القرار. يستخدم النظام أزواج المفاتيح وتقنية إثبات المعرفة الصفرية لتحقيق هذا الهدف. في MACI، يقوم المستخدمون بتسجيل مفاتيحهم العامة في عقد ذكي وإرسال أصواتهم إلى العقد عبر رسائل مشفرة. تتيح ميزة مكافحة التواطؤ في MACI للناخبين تغيير مفاتيحهم العامة لمنع الآخرين من معرفة خيارات التصويت الخاصة بهم. يستخدم المنسق إثبات المعرفة الصفرية في نهاية فترة التصويت لإثبات أنه قام بمعالجة جميع الرسائل بشكل صحيح، وتكون نتيجة التصويت النهائية هي مجموع جميع الأصوات الصحيحة. وهذا يضمن نزاهة وعدالة التصويت.
2.1.4 التحقق من المعلومات الشخصية
عندما نريد الحصول على قرض، يمكننا الحصول على شهادة دخل رقمية من الشركة لتقديم طلب للحصول على القرض. يمكن بسهولة التحقق من شرعية هذا الدليل من خلال التشفير. يمكن للبنك استخدام دليل المعرفة الصفرية للتحقق من أن دخلنا يصل إلى الحد الأدنى المطلوب، لكنه لن يحصل على معلومات محددة حساسة.
2.1.5 الجمع بين التعلم الآلي للاستفادة من إمكانات البيانات الخاصة
عند تدريب نماذج التعلم الآلي، عادةً ما تكون هناك حاجة إلى كميات كبيرة من البيانات. باستخدام أدلة المعرفة الصفرية، يمكن لأصحاب البيانات إثبات أن بياناتهم تلبي متطلبات التدريب النموذجي دون الكشف عن البيانات فعليًا. وهذا يساعد على تفعيل البيانات الخاصة وتحقيق الدخل منها.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن لإثباتات المعرفة الصفرية أن تسمح لمنشئي النماذج بإثبات أن نماذجهم تلبي مقاييس أداء معينة دون الكشف عن تفاصيل النموذج لمنع الآخرين من نسخ نماذجهم أو التلاعب بها.
2.2 قابل للتوسعة
مع زيادة عدد مستخدمي blockchain، هناك حاجة إلى قدر كبير من الحسابات على blockchain، مما يسبب ازدحام المعاملات. ستتخذ بعض سلاسل الكتل طريق التوسيع المتمثل في التجزئة، لكن هذا يتطلب عددًا كبيرًا من التعديلات المعقدة على الطبقة الأساسية لسلسلة الكتل، مما قد يهدد أمن سلسلة الكتل. الحل الآخر الأكثر جدوى هو اتباع مسار ZK-Rollup، واستخدام حسابات يمكن التحقق منها، والاستعانة بمصادر خارجية للحسابات لكيانات في سلسلة أخرى للتنفيذ، ثم إرسال دليل المعرفة الصفرية والنتائج القابلة للتحقق إلى السلسلة الرئيسية للتحقق منها. يضمن إثبات المعرفة الصفرية صحة المعاملة. تحتاج السلسلة الرئيسية فقط إلى تحديث النتيجة إلى الحالة. ليست هناك حاجة لتخزين التفاصيل أو إعادة الحسابات، وليست هناك حاجة لانتظار الآخرين لمناقشة صحة المعاملة المعاملات، مما يحسن بشكل كبير الكفاءة وقابلية التوسع. يمكن للمطورين استخدام إثباتات المعرفة الصفرية لتصميم تطبيقات لامركزية للعقدة الخفيفة يمكن تشغيلها على أجهزة شائعة مثل الهواتف المحمولة، وهو ما يساعد بشكل أكبر على وصول Web3 إلى الجماهير.
يمكن تطبيق امتداد إثبات المعرفة الصفرية على كل من شبكة الطبقة الأولى، مثل بروتوكول Mina، ومجموعات ZK لشبكة الطبقة الثانية.
3. كيف يعمل إثبات المعرفة الصفرية
يقسم ديمتري لافيرينوف (2019) هياكل إثبات المعرفة الصفرية إلى تفاعلية وغير تفاعلية.
3.1 إثبات المعرفة الصفرية التفاعلي
يتكون الشكل الأساسي لإثبات المعرفة الصفرية التفاعلي من ثلاث خطوات: الدليل والمتحدي والرد
*الدليل: المعلومة السرية المخفية هي دليل المثبت. يطرح هذا الدليل سلسلة من الأسئلة التي لا يمكن الإجابة عليها بشكل صحيح إلا من قبل شخص يعرف المعلومات. يبدأ المُثبت في اختيار الأسئلة بشكل عشوائي ويرسل الإجابات المحسوبة إلى المدقق للإثبات.
التحدي: يختار المدقق سؤالاً آخر بشكل عشوائي من المجموعة ويطلب من المثبت الإجابة عليه.
الرد: يقبل المثبت السؤال ويحسب الإجابة ويعيد النتيجة إلى المدقق. تمكن استجابة المثبت المدقق من التحقق مما إذا كان المثبت يعرف الدليل.
يمكن تكرار هذه العملية عدة مرات حتى يصبح احتمال تخمين المُثبت للإجابة الصحيحة دون معرفة المعلومات السرية منخفضًا بدرجة كافية. ولإعطاء مثال رياضي مبسط، إذا كان احتمال أن يتمكن المُمثل من تخمين الإجابة الصحيحة دون معرفة المعلومات السرية هو 1/2، وتكرر التفاعل عشر مرات، فإن احتمال إصابة المُمثل في كل مرة هو 9.7 فقط من 10000. إذا كنت تريد التحقق، فإن احتمال قيام شخص ما عن طريق الخطأ بتصديق شهادة مزيفة منخفض للغاية.
3.2 إثبات المعرفة الصفرية غير التفاعلي
هناك حدود لإثباتات المعرفة الصفرية التفاعلية، فمن ناحية، يحتاج المُثبت والمُحقق إلى التواجد في نفس الوقت وإجراء عمليات التحقق المتكررة، ومن ناحية أخرى، تتطلب كل عملية حسابية لبرهان جديد من المُثبت والمُحقق اجتياز اختبار مجموعة من المعلومات. لا يمكن إعادة استخدام الدليل في التحقق المستقل.
من أجل حل القيود المفروضة على براهين المعرفة الصفرية التفاعلية، اقترح مانويل بلوم، وبول فيلدمان، وسيلفيو ميكالي براهين المعرفة الصفرية غير التفاعلية، حيث يتشارك المُبرهن والمتحقق في المفتاح، ولا يلزم سوى جولة واحدة من التحقق. لجعل إثبات المعرفة الصفرية أكثر فعالية. يقوم المُبرِج بحساب المعلومات السرية من خلال خوارزمية خاصة لإنشاء دليل المعرفة الصفرية وإرسالها إلى المتحقق. يستخدم المدقق خوارزمية أخرى للتحقق مما إذا كان المثبت يعرف المعلومات السرية. بمجرد إنشاء دليل المعرفة الصفرية هذا، يمكن لأي شخص لديه المفتاح المشترك وخوارزمية التحقق التحقق منه.
يعد إثبات المعرفة الصفرية غير التفاعلي إنجازًا كبيرًا في تكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية ويعزز تطوير أنظمة إثبات المعرفة الصفرية الحالية. الطرق الرئيسية هي ZK-SNARK وZK-STARK.
4. المسارات التقنية الرئيسية لإثبات المعرفة الصفرية
تقسم Alchemy (2022) المسارات التقنية لإثبات المعرفة الصفرية إلى ZK-SNARK وZK-STARK وZK-SNARK العودية.
4.1 ZK-SNARK
ZK-SNARKs عبارة عن دليل موجز وغير تفاعلي للمعرفة الصفرية.
لكي تضمن السلسلة العامة صحة المعاملات التي يتم تنفيذها على الشبكة، يجب تحقيق ذلك من خلال إعادة تشغيل أجهزة الكمبيوتر (العقد) الأخرى لكل معاملة. ومع ذلك، ستؤدي هذه الطريقة إلى قيام كل عقدة بإعادة تنفيذ كل معاملة، مما سيؤدي إلى إبطاء الشبكة والحد من قابلية التوسع. يجب أن تقوم العقد أيضًا بتخزين بيانات المعاملات، مما يؤدي إلى نمو حجم blockchain بشكل كبير.
لهذه القيود، يأتي دور ZK-SNARK. يمكنه إثبات صحة الحسابات التي يتم إجراؤها خارج السلسلة دون الحاجة إلى إعادة تشغيل العقد لكل خطوة من خطوات الحساب. وهذا يلغي أيضًا الحاجة إلى العقد لتخزين بيانات المعاملات الزائدة عن الحاجة وزيادة إنتاجية الشبكة.
يؤدي استخدام SNARK للتحقق من الحسابات خارج السلسلة إلى تشفير الحساب إلى تعبير رياضي لتشكيل دليل صحة. يتحقق المدقق من صحة الإثبات. إذا نجح الدليل في جميع عمليات التحقق، فإن الحساب الأساسي يعتبر صالحًا. إن حجم إثبات الصلاحية أصغر بعدة مرات من الحساب الذي يتحقق منه، ولهذا السبب نطلق على SNARKs اسم موجز.
تتبع معظم عمليات ZK Rollups التي تستخدم ZK-SNARK الخطوات التالية.
**1. يقوم مستخدمو L2 بالتوقيع على المعاملة وإرسالها إلى المدقق. **
**3. يتحقق العقد الذكي الموجود على سلسلة L1 من شهادة الصلاحية ويحدد ما إذا كانت هذه الدفعة من المعاملات منشورة على السلسلة الرئيسية أم لا. **
ومن الجدير بالذكر أن ZK-SNARK يتطلب إعدادات موثوقة. في هذه المرحلة، يأخذ منشئ المفاتيح برنامجًا ومعلمة سرية لإنشاء مفتاحين عامين قابلين للاستخدام، أحدهما لإنشاء الدليل والآخر للتحقق من الدليل. يحتاج هذان المفتاحان العامان فقط إلى إنشاء معلمات عامة مرة واحدة من خلال حفل إعداد موثوق ويمكن استخدامهما عدة مرات من قبل الأطراف الراغبة في المشاركة في بروتوكول المعرفة الصفرية. يحتاج المستخدمون إلى الثقة في أن المشاركين في طقوس الإعداد الموثوق بهم ليسوا أشرارًا، ولا توجد طريقة لتقييم صدق المشاركين. يمكن أن تؤدي معرفة المعلمات السرية إلى إنشاء أدلة مزيفة وخداع المدقق، لذلك هناك مخاطر أمنية محتملة. يوجد حاليًا باحثون يستكشفون حلول ZK-SNARK التي لا تتطلب افتراضات الثقة.
ميزة
1. الأمن
يعتبر تراكم ZK حلاً توسعيًا أكثر أمانًا من تراكم OP لأن ZK-SNARK يستخدم آلية أمان تشفير متقدمة، مما يجعل من الصعب خداع المتحققين وإجراء سلوكيات ضارة.
2. إنتاجية عالية
تعمل تقنية ZK-SNARK على تقليل حجم العمليات الحسابية في الجزء السفلي من شبكة الإيثريوم، مما يخفف من ازدحام الشبكة الرئيسية. وتتقاسم الحسابات خارج السلسلة تكاليف المعاملات، مما يوفر سرعات معاملات أسرع.
3. حجم إثبات صغير
إن الحجم الصغير لإثباتات SNARK يجعل من السهل التحقق منها على السلسلة الرئيسية، مما يعني أن رسوم الغاز للتحقق من المعاملات خارج السلسلة أقل، مما يقلل التكلفة بالنسبة للمستخدمين.
محددات
1. المركزية النسبية
الاعتماد على إعداد موثوق به في أغلب الأحيان. وهذا يتعارض مع الهدف الأصلي لـ blockchain لإزالة الثقة.
يعد إنشاء إثباتات الصلاحية باستخدام ZK-SNARKs عملية حسابية مكثفة، ويجب على المُثبت الاستثمار في الأجهزة المتخصصة. هذه الأجهزة باهظة الثمن ولا يستطيع سوى عدد قليل من الأشخاص تحمل تكاليفها، لذا فإن عملية إثبات ZK-SNARK مركزية للغاية.
يستخدم ZK-SNARK تشفير المنحنى الإهليلجي (ECC) لتشفير المعلومات المستخدمة لإنشاء أدلة الصلاحية. وهو آمن نسبيا حاليا، ولكن التقدم في الحوسبة الكمومية قد يكسر نموذجه الأمني.
المشاريع باستخدام ZK SNARK
مضلع هرمز
استحوذت شركة Polygon على شركة Hermez مقابل 250 مليون دولار أمريكي في عام 2021، لتصبح أول عملية اندماج واستحواذ شاملة لشبكتين من شبكات blockchain. تقنية وأدوات ZK التي جلبتها Hermez إلى قاعدة مستخدمي Polygon سريعة النمو مكنت Polygon من الحصول على الدعم في تطوير zkEVM. Hermez 1.0 عبارة عن منصة دفع تنفذ مجموعة من المعاملات خارج السلسلة، مما يسمح للمستخدمين بنقل رموز ERC-20 بسهولة من حساب Hermez إلى حساب Hermez آخر، مع ما يصل إلى 2000 معاملة في الثانية.
يعمل Hermez 2.0 بمثابة zkEVM ذو المعرفة الصفرية لتنفيذ معاملات Ethereum بشفافية، بما في ذلك العقود الذكية مع التحقق من المعرفة الصفرية. وهو متوافق تمامًا مع Ethereum ولا يتطلب العديد من التغييرات على رمز العقد الذكي، مما يجعل من السهل على المطورين نشر مشاريع L1 على Polygon Hermez. يستخدم Hermez 1.0 إثباتات SNARK، بينما يستخدم الإصدار 2.0 كلاً من إثباتات SNARK وإثباتات STARK. في الإصدار 2.0، تم استخدام تقنية STARK-proof لإثبات صحة المعاملات خارج السلسلة. ومع ذلك، فإن تكلفة التحقق من مقاومة STARK على السلسلة الرئيسية مرتفعة جدًا، لذلك تم تقديم مقاومة SNARK للتحقق من STARK.
زكسينك
ولا يدعم zkSync 1.0، الذي أطلقته Matter Labs في عام 2020، العقود الذكية ويستخدم بشكل أساسي للمعاملات أو التحويلات. سيتم إطلاق ZkSync 2.0، الذي يدعم العقود الذكية، علنًا على الشبكة الرئيسية في مارس 2023.
تقوم ZkSync بتجميع الكود المصدري للعقد الذكي Solidity على Ethereum في Yul لتحقيق التوافق مع EVM. Yul هي لغة وسيطة يمكن تجميعها في كود بايت لمختلف أجهزة EVM. يمكن إعادة ترجمة كود Yul إلى مجموعة مخصصة ومتوافقة مع الدوائر من الرموز الثانوية المصممة لـ zkSync's zkEVM باستخدام إطار عمل برنامج التحويل البرمجي LLVM. يلغي هذا الأسلوب الحاجة إلى إجراء تجارب zk من خلال تعليمات برمجية عالية المستوى لجميع الخطوات في تنفيذ EVM، مما يسهل تحقيق اللامركزية في عملية الاختبار مع الحفاظ على الأداء العالي. في المستقبل، يمكن إضافة دعم لـ Rust أو Java أو لغات أخرى عن طريق إنشاء واجهات أمامية جديدة للمترجم، مما يزيد من مرونة بنية zkEVM والوصول إلى المزيد من المطورين.
الأزتيك
Aztec هو أول zkRollup مختلط، يتيح تنفيذ العقود الذكية العامة والخاصة في بيئة واحدة. هذه بيئة تنفيذ خالية من المعرفة، وليست zkEVM. يتم تحقيق السرية من خلال دمج عمليات التنفيذ العامة والخاصة في مجموعة مختلطة واحدة، مثل المعاملات الخاصة لـ AMMs العامة، والمحادثات الخاصة في الألعاب العامة، والتصويت الخاص للمنظمات اللامركزية المستقلة العامة، والمزيد.
4.2 زد كيه ستارك
لا يتطلب ZK-STARK إعدادًا موثوقًا به. ZK-STARK هو اختصار لـ Zero-Knowledge Scalable الشفافية الوسيطة للمعرفة. بالمقارنة مع ZK-SNARK، يتمتع ZK-STARK بقابلية توسع وشفافية أفضل.
ميزة
1. فقدان الثقة
يتحقق ZK-STARK علنًا من العشوائية لاستبدال الإعدادات الموثوقة، مما يقلل الاعتماد على المشاركين ويحسن أمان البروتوكول.
2. قدرات توسعة أقوى
على الرغم من زيادة تعقيد الحسابات الأساسية بشكل كبير، إلا أن ZK-STARK لا يزال يحتفظ بأوقات إثبات وتحقق أقل، بدلاً من النمو الخطي مثل ZK-SNARK.
3. ضمان أمان أعلى
يستخدم ZK-STARK قيم تجزئة مقاومة للتصادم للتشفير بدلاً من مخطط المنحنى الإهليلجي المستخدم في ZK-SNARK، المقاوم لهجمات الحوسبة الكمومية.
محددات
1. حجم إثبات أكبر
حجم إثبات ZK-STARK أكبر، مما يجعل عملية التحقق على الشبكة الرئيسية أكثر نجاحًا.
2. انخفاض معدل القبول
ZK-SNARK هو أول تطبيق عملي لإثبات المعرفة الصفرية في blockchain، لذلك تستخدم معظم مجموعات ZK ZK-SNARK، التي تحتوي على أنظمة وأدوات مطورين أكثر نضجًا. على الرغم من أن ZK-STARK مدعوم أيضًا من قبل مؤسسة Ethereum، إلا أن معدل اعتماده غير كافٍ وتحتاج الأدوات الأساسية إلى تحسين.
**ما هي المشاريع التي تستخدم ZK-STARK؟ **
** مضلع ميدن **
يستفيد Polygon Miden، وهو حل قياس قائم على Ethereum L2، من تقنية zk-STARK لدمج عدد كبير من معاملات L2 في معاملة Ethereum واحدة، وبالتالي زيادة قوة المعالجة وتقليل تكاليف المعاملات. بدون التجزئة، يمكن لـ Polygon Miden إنشاء كتلة في 5 ثوانٍ، ويمكن أن يصل عدد TPS الخاص بها إلى أكثر من 1000. بعد التقسيم، يمكن أن يصل عدد TPS إلى 10000. يمكن للمستخدمين سحب الأموال من Polygon Miden إلى Ethereum خلال 15 دقيقة فقط. تتمثل الوظيفة الأساسية لـ Polygon Miden في آلة افتراضية Turing-Complete مبنية على STARK - Miden VM، مما يجعل التحقق الرسمي من العقود أسهل.
** ستارك اكس و ستارك نت **
StarkEx هو إطار عمل لحلول تمديد الترخيص المخصصة لتطبيقات محددة. يمكن للمشاريع استخدام StarkEx لإجراء حسابات خارج السلسلة منخفضة التكلفة وإنشاء أدلة STARK التي تثبت صحة التنفيذ. يحتوي هذا الدليل على ما بين 12000 إلى 500000 معاملة. أخيرًا، يتم إرسال الدليل إلى مدقق STARK الموجود على السلسلة، ويتم قبول تحديث الحالة بعد صحة التحقق. تشمل التطبيقات المنشورة على StarkEx الخيارات الدائمة dYdX وNFT L2 Immutable وسوق تداول البطاقات الرقمية الرياضية Sorare ومجمع DeFi متعدد السلاسل rhino.fi.
StarkNet هي لغة L2 غير مسموح بها حيث يمكن لأي شخص نشر العقود الذكية المطورة بلغة القاهرة. يمكن للعقود المنشورة على StarkNet أن تتفاعل مع بعضها البعض لبناء بروتوكولات جديدة قابلة للتركيب. على عكس StarkEx حيث تكون التطبيقات مسؤولة عن تقديم المعاملات، يقوم مُسلسل StarkNet بتجميع المعاملات وإرسالها للمعالجة وإصدار الشهادات. يعد StarkNet أكثر ملاءمة للبروتوكولات التي تحتاج إلى التفاعل بشكل متزامن مع البروتوكولات الأخرى أو التي تقع خارج نطاق تطبيقات StarkEx. مع تقدم تطوير StarkNet، سيكون من الممكن نقل التطبيقات المستندة إلى StarkNet إلى StarkNet والاستمتاع بالقابلية للتركيب.
مقارنة ZK-SNARK وZK-STARK
4.3 ZK-SNARK التكراري
يمكن لمجموعات ZK العادية معالجة كتلة واحدة فقط من المعاملات، مما يحد من عدد المعاملات التي يمكنها معالجتها. يمكن لـ ZK-SNARK العودية التحقق من أكثر من كتلة معاملة واحدة، ودمج SNARKs التي تم إنشاؤها بواسطة كتل L2 مختلفة في شهادة صلاحية واحدة وإرسالها إلى سلسلة L1. بمجرد أن يقبل عقد L1 على السلسلة الإثبات المقدم، تصبح جميع هذه المعاملات صالحة، مما يزيد بشكل كبير من عدد المعاملات التي يمكن إكمالها في النهاية بإثباتات المعرفة الصفرية.
Plonky2 هي آلية إثبات جديدة من Polygon Zero تستخدم ZK-SNARKs العودية لزيادة المعاملات. تعمل SNARKs العودية على توسيع عملية إنشاء الدليل من خلال تجميع عدة براهين في دليل عودي. يستخدم Plonky2 نفس التقنية لتقليل الوقت اللازم لإنشاء أدلة كتلة جديدة. يقوم Plonky2 بإنشاء أدلة لآلاف المعاملات المتوازية ثم يقوم بتجميعها بشكل متكرر في دليل كتلة، وبالتالي فإن سرعة التوليد سريعة جدًا. تحاول آلية الإثبات العادية إنشاء دليل الكتلة بالكامل مرة واحدة، وهو ما يكون أقل كفاءة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لـ Plonky2 أيضًا إنشاء إثباتات على الأجهزة المخصصة للمستهلكين، مما يحل مشكلة مركزية الأجهزة المرتبطة غالبًا بإثباتات SNARK.
5. مجموعة المعرفة الصفرية مقابل مجموعة البيانات المتفائلة
أصبحت ZK-SNARK وZK-STARK البنية التحتية الأساسية لمشاريع توسيع blockchain، وخاصة حل Zero Knowledge Rollup. يشير Zero-Knowledge Rollup إلى حل توسيع الطبقة الثانية لـ Ethereum الذي يستخدم تقنية إثبات المعرفة الصفرية لنقل جميع الحسابات إلى المعالجة خارج السلسلة لتقليل ازدحام الشبكة. الميزة الرئيسية لـ Zero Knowledge Rollup هي أنه يمكن أن يزيد بشكل كبير من إنتاجية معاملات Ethereum مع الحفاظ على رسوم معاملات منخفضة، وبمجرد تجميع المعاملة في المجموعة، يمكن تحديدها على الفور.
بالإضافة إلى Zero Knowledge Rollup، تتضمن حلول توسيع L2 الحالية لـ Ethereum أيضًا Optimistic Rollup. تعتبر المعاملات التي يتم تشغيلها في Optimistic Rollup صالحة ويتم تنفيذها على الفور بشكل افتراضي. فقط عندما يتم اكتشاف معاملة احتيالية (يقدم شخص ما دليلاً على الاحتيال)، سيتم إلغاء المعاملة. ولذلك، الأمان أقل من Zero Knowledge Rollup. لمنع المعاملات الاحتيالية، تتضمن مجموعة Optimistic Rollup فترة تحدي يجب بعدها إنهاء المعاملة. قد يؤدي ذلك إلى اضطرار المستخدمين إلى الانتظار لبعض الوقت قبل استرداد أموالهم.
عندما تم تصميم EVM في الأصل، لم يتم النظر في استخدام تقنية إثبات المعرفة الصفرية. يعتقد Vitalik، مؤسس Ethereum، أن Zero Knowledge Rollup سيكون معقدًا من الناحية الفنية على المدى القصير، لكنه سيهزم في النهاية Optimistic Rollup في حرب التوسع. فيما يلي مقارنة بين مجموعة المعرفة الصفرية ومجموعة القيمة المتفائل.
المصدر: سوس نيفت، تشات جي بي تي
6. ما هو الآفاق المستقبلية لتكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية؟
يتمتع مجال تكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية بوضع فريد: في السنوات الأخيرة، تم تكريس الكثير من الجهود لتطوير الأبحاث في هذا المجال، وكانت العديد من النتائج جديدة تمامًا في مجال التشفير والاتصالات الآمنة. ولذلك، لا تزال هناك العديد من الأسئلة المثيرة للاهتمام التي يتعين على المجتمع الأكاديمي والمطورين الإجابة عليها. وفي الوقت نفسه، يتم استخدام تقنية إثبات المعرفة الصفرية في العديد من المشاريع، مما يوضح تحديات تكنولوجيا المعرفة الصفرية وتوسيع متطلباتها.
أحد مجالات الاهتمام بتكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية هو مناقشة أمن ما بعد الكم لتكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية. تعد SNARKs التي يمكن التحقق منها علنًا (حجج المعرفة الموجزة غير التفاعلية) عنصرًا رئيسيًا في مجال تقنيات المعرفة الصفرية. ومع ذلك، فإن مخططات SNARK الأكثر استخدامًا والتي يمكن التحقق منها علنًا لا تعتبر آمنة كميًا. تشمل الأمثلة Groth16 وSonic وMarlin وSuperSonic وSpartan. وتعتمد هذه الحلول على مسائل رياضية يمكن حلها بشكل فعال بمساعدة أجهزة الكمبيوتر الكمومية، مما يعرض أمنها للخطر بشكل كبير في عالم ما بعد الكم.
لقد وجدنا أن المجتمع الأكاديمي يبحث بنشاط عن أدلة المعرفة الصفرية الآمنة الكم والتي يمكن استخدامها لمجموعة متنوعة من البيانات دون مرحلة المعالجة المسبقة. تتضمن الأمثلة الحالية لإثباتات المعرفة الصفرية الآمنة الكميًا مخططات مثل Ligero، وAurora، وFractal، وLattice Bulletproofs، وLPK22. تعتمد Ligero وAurora وFractal على وظائف التجزئة، بينما تعتمد Lattice Bulletproofs وLKP22 على وظائف الشبكة. تعتبر كلتا الوظيفتين آمنتين كميًا. وقد أصبح الاتجاه السائد هو الترويج لهذه البرامج وتحسين كفاءتها.
هناك توقع آخر لدينا لمستقبل تكنولوجيا المعرفة الصفرية وهو قدرتها على مقاومة الهجمات ونضج التعليمات البرمجية المتعلقة بالتنفيذ. نظرًا للزيادة في كمية التعليمات البرمجية التي تتم كتابتها، سيكون هناك مكتبات أكثر أمانًا وتم فحصها وأفضل الممارسات لمختلف تقنيات إثبات المعرفة الصفرية. وبطبيعة الحال، سيكون هناك المزيد من الأخطاء الشائعة في المستقبل والتي سيتم اكتشافها والتواصل معها. ونحن نتوقع أن ينضج هذا المجال وأن يصبح معتمداً بشكل كبير، مع بذل الجهود لتوحيد البروتوكولات وضمان قابلية التشغيل البيني بين التطبيقات المختلفة. وقد بدأ بالفعل مشروع يسمى ZKProof في القيام بذلك.
الاتجاه الآخر الذي سيستمر في الوجود في مجتمع تكنولوجيا المعرفة الصفرية هو المزيد من العمل على خوارزميات فعالة وربما أجهزة خاصة. في السنوات الأخيرة، شهدنا انخفاضًا في أحجام الأدلة، كما أصبح المثبتون والمحققون أكثر كفاءة. قد يؤدي التقدم في الخوارزميات والأجهزة الخاصة والتحسين الحسابي إلى تطبيقات أسرع وأكثر قابلية للتطوير.
في حين أن كفاءة الخوارزميات الحالية تفيد المستخدمين المستقبليين لتكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية، فإننا نتوقع أيضًا أن نرى استمرار توسع قدرات إثباتات المعرفة الصفرية. في الماضي، واجهنا العديد من الحالات عند تنفيذ ZK-SNARKs المعالجة مسبقًا. نشهد الآن المزيد والمزيد من مثيلات ZK-SNARK القابلة للتطوير. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام بعض تقنيات إثبات المعرفة الصفرية لبساطتها أكثر من استخدامها لقدرات المعرفة الصفرية.
أخيرًا، هناك اتجاه آخر في تكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية وهو التقاطع بين التعلم الآلي وبرهان المعرفة الصفرية (ZKML). تتطلب الفكرة تدريب نماذج لغوية كبيرة في بيئة متعددة الأطراف واستخدام تقنيات المعرفة الصفرية للتحقق من الحسابات. وهذا مفيد جدًا للذكاء الاصطناعي الحالي. وهناك إمكانية لنشوء مشاريع في هذا المجال.
خاتمة
شارك في كتابة هذه المقالة أعضاء تحالف Blockchain Security Alliance، ومن خلال مقدمة هذه المقالة، يمكننا فهم التطبيق الواسع والمسارات التقنية واتجاهات التطوير وتحديات إثبات المعرفة الصفرية في مجال blockchain. **نحن نؤمن أنه مع تطور تكنولوجيا الأجهزة والتشفير، ستحقق إثباتات المعرفة الصفرية المزيد من الاختراقات في المستقبل، مما يوفر خدمات تطبيقات أسرع وأكثر أمانًا للعالم الرقمي. **
شاهد النسخة الأصلية
قد تحتوي هذه الصفحة على محتوى من جهات خارجية، يتم تقديمه لأغراض إعلامية فقط (وليس كإقرارات/ضمانات)، ولا ينبغي اعتباره موافقة على آرائه من قبل Gate، ولا بمثابة نصيحة مالية أو مهنية. انظر إلى إخلاء المسؤولية للحصول على التفاصيل.
لماذا أصبح ZK ثالث ابتكار تكنولوجي رئيسي في blockchain في نظر الأشخاص غير التقنيين
المؤلف: @Jesse_meta، باحث في عقدة التمويل الشامل بجامعة سنغافورة للعلوم الاجتماعية SUSS NiFT؛ @EatonAshton2، باحث في Beosin؛ @kaplannie، باحث أمني في Least Authority
تقدم هذه المقالة سيناريوهات التطبيق ومبادئ العمل وحالة التطوير والاتجاهات المستقبلية لإثبات المعرفة الصفرية من منظور شخص غير تقني، من أجل السماح للقراء الذين ليس لديهم خلفية تقنية بفهم التغييرات الرئيسية التي على وشك إحداثها إثبات المعرفة الصفرية. يحضر.
ملاحظة: هذه المقالة عبارة عن تقرير بحثي لتحالف أمان Blockchain SUSS NiFT
بغض النظر عما إذا كانت المعلومات مخزنة على الإنترنت أو في أرشيفات غير متصلة بالإنترنت، سواء كان ذلك مقصودًا أو عرضيًا، فإن حوادث تسرب المعلومات أصبحت شائعة اليوم ولا داعي للقول. وطالما يتم تخزين المعلومات مركزيًا، هناك دائمًا خطر التعرض لنقطة هجوم واحدة. وطالما أن عملية التحقق تتطلب طرفًا ثالثًا موثوقًا به، فستكون هناك مخاطر أخلاقية وأوجه قصور. الحل لأمن المعلومات أمر بالغ الأهمية وعاجل. تسمح تقنية إثبات المعرفة الصفرية للمستخدمين بإكمال عملية التحقق بشكل أكثر كفاءة وأمانًا مع حماية خصوصيتهم.
إذا كانت عملة البيتكوين هي الاختراع الرئيسي الأول الذي جلبته تقنية blockchain إلى العالم الحقيقي، مما يوفر طريقة جديدة لتخزين القيمة، وكانت عقود Ethereum الذكية هي الحدث الرئيسي الثاني الذي يفتح إمكانات الابتكار، فإن تطبيق إثباتات المعرفة الصفرية هو الحل الأمثل. أكبر ثالث أكبر ابتكار تكنولوجي في تاريخ تطوير blockchain، مما يوفر الخصوصية وقابلية التوسع. وهذا ليس جزءًا مهمًا من نظام Web3 البيئي فحسب، بل إنه أيضًا تقنية أساسية مهمة لديها القدرة على تعزيز التغيير الاجتماعي.
تقدم هذه المقالة سيناريوهات التطبيق ومبادئ العمل وحالة التطوير والاتجاهات المستقبلية لإثبات المعرفة الصفرية من منظور شخص غير تقني، من أجل السماح للقراء الذين ليس لديهم خلفية تقنية بفهم التغييرات الرئيسية التي على وشك إحداثها إثبات المعرفة الصفرية. يحضر. **
1. ما هو إثبات المعرفة الصفرية؟
برهان المعرفة الصفرية (ZKP) هو بروتوكول رياضي تم اقتراحه لأول مرة في ورقة بحثية عام 1985 بعنوان "التعقيد المعرفي للبراهين التفاعلية" التي شارك في تأليفها شافي جولدفاسر وسيلفيو ميكالي وتشارلز راكوف. باستثناء حقيقة معينة يجب إثباتها، سيكون هناك عدم الكشف عن أي معلومات أخرى. لا يستطيع المدقق الوصول إلى المعلومات السرية التي أدت إلى إنشاء الدليل. دعني أعطيك مثالاً لمساعدتك على الفهم: أريد أن أثبت أنني أعرف رقم هاتف شخص ما، كل ما أحتاجه هو أن أتمكن من الاتصال برقم هاتف ذلك الشخص أمام الجميع لإثبات هذه الحقيقة، دون الكشف عن الرقم الحقيقي لذلك الشخص. توفر إثباتات المعرفة الصفرية طريقة فعالة وخالية من المخاطر تقريبًا لمشاركة البيانات. باستخدام أدلة صفر المعرفة، يمكننا الاحتفاظ بملكية البيانات، وتحسين حماية الخصوصية بشكل كبير، ونأمل أن نجعل انتهاكات البيانات شيئًا من الماضي.
يتميز إثبات المعرفة الصفرية بثلاث خصائص:
الاكتمال
إذا كان الادعاء صحيحًا، فسيتم إقناع المتحققين الصادقين من خلال المثبتين الصادقين. أي أن ما هو صواب لا يمكن أن يكون خطأ.
العقلانية
إذا كان الادعاء كاذبًا، ففي الغالبية العظمى من الحالات، لا يستطيع المُثبت المخادع أن يجعل المُحقق الصادق يصدق الادعاء الكاذب. أي أن ما هو خطأ لا يمكن أن يكون صحيحا.
** صفر المعرفة **
إذا كانت العبارة صحيحة، فلن يتمكن المدقق من الحصول على أي معلومات إضافية بخلاف صحة العبارة.
تتمتع براهين المعرفة الصفرية باحتمالية ضئيلة جدًا لإنتاج أخطاء معقولة، أي أن مُبرهن الغش قد يجعل المُحقق يصدق بيانًا خاطئًا. برهان المعرفة الصفرية هو برهان احتمالي، وليس برهانًا حتميًا، لكن يمكننا تقليل الخطأ العقلاني إلى مستوى لا يكاد يذكر من خلال بعض التقنيات.
2. تطبيق إثبات المعرفة الصفرية
أهم سيناريوهين لتطبيق إثبات المعرفة الصفرية هما الخصوصية وقابلية التوسع.
2.1 الخصوصية
تتيح إثباتات المعرفة الصفرية للمستخدمين مشاركة المعلومات الضرورية بشكل آمن للحصول على السلع والخدمات دون الكشف عن التفاصيل الشخصية، وحمايتهم من المتسللين وتسريب معلومات التعريف الشخصية. مع التكامل التدريجي للمجالين الرقمي والمادي، أصبحت وظيفة حماية الخصوصية لإثبات المعرفة الصفرية أمرًا بالغ الأهمية لأمن المعلومات في Web3 وحتى خارج Web3. بدون إثبات المعرفة الصفرية، ستكون معلومات المستخدم موجودة في قاعدة بيانات تابعة لجهة خارجية موثوقة ومن المحتمل أن تكون عرضة لهجمات القراصنة. أول حالة تطبيق لإثبات المعرفة الصفرية في blockchain هي عملة الخصوصية Zcash، والتي تُستخدم لإخفاء تفاصيل المعاملة.
2.1.1 حماية معلومات الهوية والتحقق منها
في الأنشطة عبر الإنترنت، غالبًا ما نحتاج إلى تقديم معلومات مثل الاسم وتاريخ الميلاد والبريد الإلكتروني وكلمات المرور المعقدة لإثبات أننا مستخدمون لديهم أذونات قانونية. ولذلك، فإننا غالبًا ما نترك معلومات حساسة على الإنترنت لا نريد الكشف عنها. في الوقت الحاضر، ليس من غير المألوف تلقي مكالمات احتيالية تنادينا بأسمائنا، مما يدل على أن تسرب المعلومات الشخصية أمر خطير للغاية.
يمكننا استخدام تقنية blockchain لمنح كل شخص معرفًا رقميًا مشفرًا خاصًا يحتوي على بيانات شخصية. يسمح هذا المعرف الرقمي ببناء هوية لا مركزية ومن المستحيل تزويرها أو تغييرها دون علم صاحبها. تسمح الهوية اللامركزية للمستخدمين بالتحكم في الوصول إلى الهويات الشخصية، وإثبات الجنسية دون الكشف عن تفاصيل جواز السفر، وتبسيط عملية المصادقة، وتقليل حدوث فقدان المستخدمين للوصول بسبب كلمات المرور المنسية. يتم إنشاء إثباتات المعرفة الصفرية من البيانات العامة التي يمكنها إثبات هوية المستخدم والبيانات الخاصة من خلال معلومات المستخدم، ويمكن استخدامها للتحقق من الهوية عند وصول المستخدمين إلى الخدمات. وهذا لا يقلل فقط من عملية التحقق المرهقة، ويحسن تجربة المستخدم، ولكنه يتجنب أيضًا التخزين المركزي لمعلومات المستخدم.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام إثباتات المعرفة الصفرية لبناء أنظمة سمعة خاصة، مما يسمح لوكالات الخدمة بالتحقق مما إذا كان المستخدمون يستوفون معايير سمعة معينة دون الكشف عن هويتهم. يمكن للمستخدمين تصدير سمعتهم بشكل مجهول من منصات مثل Facebook وTwitter وGithub مع إخفاء حساب المصدر المحدد.
2.1.2 الدفع المجهول
إن تفاصيل المعاملات المدفوعة بالبطاقات المصرفية تكون عادة مرئية لأطراف متعددة، بما في ذلك مقدمي خدمات الدفع، والبنوك، والحكومات. وهذا يفضح خصوصية المواطنين العاديين إلى حد ما، ويحتاج المستخدمون إلى الثقة في الأطراف ذات الصلة حتى لا ترتكب أي شر.
يمكن أن تسمح العملات المشفرة بإجراء المدفوعات دون أطراف ثالثة، مما يسمح بالمعاملات المباشرة من نظير إلى نظير. ومع ذلك، فإن المعاملات على السلاسل العامة السائدة مرئية حاليًا للعامة، وعلى الرغم من أن عناوين المستخدمين مجهولة، إلا أنه لا يزال من الممكن العثور على هويات العالم الحقيقي من خلال تحليل البيانات للعناوين المرتبطة على السلسلة والبيانات خارج السلسلة مثل تبادل معلومات KYC وTwitter. إذا كنت تعرف عنوان محفظة شخص ما، فيمكنك التحقق من رصيد حسابك المصرفي في أي وقت، مما قد يشكل تهديدًا لهوية المستخدم وممتلكاته.
يمكن أن يوفر إثبات المعرفة الصفرية مدفوعات مجهولة المصدر على ثلاثة مستويات: عملات الخصوصية، وتطبيقات الخصوصية، وسلاسل الخصوصية العامة. تخفي عملة الخصوصية Zcash تفاصيل المعاملة بما في ذلك المرسل وعنوان المستلم ونوع الأصل والكمية والوقت. Tornado Cash هو تطبيق لامركزي على Ethereum يستخدم إثبات المعرفة الصفرية للتعتيم على تفاصيل المعاملات لتوفير التحويلات الخاصة (ولكن غالبًا ما يستخدمه المتسللون لغسل الأموال). Aleo عبارة عن blockchain L1 مصمم لتوفير ميزات الخصوصية للتطبيقات على مستوى البروتوكول.
2.1.3 السلوك الصادق
يمكن لإثباتات المعرفة الصفرية أن تعزز السلوك الصادق مع الحفاظ على الخصوصية. يمكن أن يطلب البروتوكول من المستخدمين تقديم أدلة المعرفة الصفرية لإثبات سلوكهم الصادق. نظرًا لعقلانية إثباتات المعرفة الصفرية (الخطأ لا يمكن أن يكون صحيحًا)، يجب على المستخدمين التصرف بأمانة وفقًا لمتطلبات البروتوكول قبل أن يتمكنوا من تقديم أدلة صالحة.
MACI (الحد الأدنى من البنية التحتية لمكافحة التواطؤ) هو سيناريو تطبيقي يعزز الصدق ويمنع التواطؤ أثناء التصويت عبر السلسلة أو أشكال أخرى من اتخاذ القرار. يستخدم النظام أزواج المفاتيح وتقنية إثبات المعرفة الصفرية لتحقيق هذا الهدف. في MACI، يقوم المستخدمون بتسجيل مفاتيحهم العامة في عقد ذكي وإرسال أصواتهم إلى العقد عبر رسائل مشفرة. تتيح ميزة مكافحة التواطؤ في MACI للناخبين تغيير مفاتيحهم العامة لمنع الآخرين من معرفة خيارات التصويت الخاصة بهم. يستخدم المنسق إثبات المعرفة الصفرية في نهاية فترة التصويت لإثبات أنه قام بمعالجة جميع الرسائل بشكل صحيح، وتكون نتيجة التصويت النهائية هي مجموع جميع الأصوات الصحيحة. وهذا يضمن نزاهة وعدالة التصويت.
2.1.4 التحقق من المعلومات الشخصية
عندما نريد الحصول على قرض، يمكننا الحصول على شهادة دخل رقمية من الشركة لتقديم طلب للحصول على القرض. يمكن بسهولة التحقق من شرعية هذا الدليل من خلال التشفير. يمكن للبنك استخدام دليل المعرفة الصفرية للتحقق من أن دخلنا يصل إلى الحد الأدنى المطلوب، لكنه لن يحصل على معلومات محددة حساسة.
2.1.5 الجمع بين التعلم الآلي للاستفادة من إمكانات البيانات الخاصة
عند تدريب نماذج التعلم الآلي، عادةً ما تكون هناك حاجة إلى كميات كبيرة من البيانات. باستخدام أدلة المعرفة الصفرية، يمكن لأصحاب البيانات إثبات أن بياناتهم تلبي متطلبات التدريب النموذجي دون الكشف عن البيانات فعليًا. وهذا يساعد على تفعيل البيانات الخاصة وتحقيق الدخل منها.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن لإثباتات المعرفة الصفرية أن تسمح لمنشئي النماذج بإثبات أن نماذجهم تلبي مقاييس أداء معينة دون الكشف عن تفاصيل النموذج لمنع الآخرين من نسخ نماذجهم أو التلاعب بها.
2.2 قابل للتوسعة
مع زيادة عدد مستخدمي blockchain، هناك حاجة إلى قدر كبير من الحسابات على blockchain، مما يسبب ازدحام المعاملات. ستتخذ بعض سلاسل الكتل طريق التوسيع المتمثل في التجزئة، لكن هذا يتطلب عددًا كبيرًا من التعديلات المعقدة على الطبقة الأساسية لسلسلة الكتل، مما قد يهدد أمن سلسلة الكتل. الحل الآخر الأكثر جدوى هو اتباع مسار ZK-Rollup، واستخدام حسابات يمكن التحقق منها، والاستعانة بمصادر خارجية للحسابات لكيانات في سلسلة أخرى للتنفيذ، ثم إرسال دليل المعرفة الصفرية والنتائج القابلة للتحقق إلى السلسلة الرئيسية للتحقق منها. يضمن إثبات المعرفة الصفرية صحة المعاملة. تحتاج السلسلة الرئيسية فقط إلى تحديث النتيجة إلى الحالة. ليست هناك حاجة لتخزين التفاصيل أو إعادة الحسابات، وليست هناك حاجة لانتظار الآخرين لمناقشة صحة المعاملة المعاملات، مما يحسن بشكل كبير الكفاءة وقابلية التوسع. يمكن للمطورين استخدام إثباتات المعرفة الصفرية لتصميم تطبيقات لامركزية للعقدة الخفيفة يمكن تشغيلها على أجهزة شائعة مثل الهواتف المحمولة، وهو ما يساعد بشكل أكبر على وصول Web3 إلى الجماهير.
يمكن تطبيق امتداد إثبات المعرفة الصفرية على كل من شبكة الطبقة الأولى، مثل بروتوكول Mina، ومجموعات ZK لشبكة الطبقة الثانية.
3. كيف يعمل إثبات المعرفة الصفرية
يقسم ديمتري لافيرينوف (2019) هياكل إثبات المعرفة الصفرية إلى تفاعلية وغير تفاعلية.
3.1 إثبات المعرفة الصفرية التفاعلي
يتكون الشكل الأساسي لإثبات المعرفة الصفرية التفاعلي من ثلاث خطوات: الدليل والمتحدي والرد
*الدليل: المعلومة السرية المخفية هي دليل المثبت. يطرح هذا الدليل سلسلة من الأسئلة التي لا يمكن الإجابة عليها بشكل صحيح إلا من قبل شخص يعرف المعلومات. يبدأ المُثبت في اختيار الأسئلة بشكل عشوائي ويرسل الإجابات المحسوبة إلى المدقق للإثبات.
يمكن تكرار هذه العملية عدة مرات حتى يصبح احتمال تخمين المُثبت للإجابة الصحيحة دون معرفة المعلومات السرية منخفضًا بدرجة كافية. ولإعطاء مثال رياضي مبسط، إذا كان احتمال أن يتمكن المُمثل من تخمين الإجابة الصحيحة دون معرفة المعلومات السرية هو 1/2، وتكرر التفاعل عشر مرات، فإن احتمال إصابة المُمثل في كل مرة هو 9.7 فقط من 10000. إذا كنت تريد التحقق، فإن احتمال قيام شخص ما عن طريق الخطأ بتصديق شهادة مزيفة منخفض للغاية.
3.2 إثبات المعرفة الصفرية غير التفاعلي
هناك حدود لإثباتات المعرفة الصفرية التفاعلية، فمن ناحية، يحتاج المُثبت والمُحقق إلى التواجد في نفس الوقت وإجراء عمليات التحقق المتكررة، ومن ناحية أخرى، تتطلب كل عملية حسابية لبرهان جديد من المُثبت والمُحقق اجتياز اختبار مجموعة من المعلومات. لا يمكن إعادة استخدام الدليل في التحقق المستقل.
من أجل حل القيود المفروضة على براهين المعرفة الصفرية التفاعلية، اقترح مانويل بلوم، وبول فيلدمان، وسيلفيو ميكالي براهين المعرفة الصفرية غير التفاعلية، حيث يتشارك المُبرهن والمتحقق في المفتاح، ولا يلزم سوى جولة واحدة من التحقق. لجعل إثبات المعرفة الصفرية أكثر فعالية. يقوم المُبرِج بحساب المعلومات السرية من خلال خوارزمية خاصة لإنشاء دليل المعرفة الصفرية وإرسالها إلى المتحقق. يستخدم المدقق خوارزمية أخرى للتحقق مما إذا كان المثبت يعرف المعلومات السرية. بمجرد إنشاء دليل المعرفة الصفرية هذا، يمكن لأي شخص لديه المفتاح المشترك وخوارزمية التحقق التحقق منه.
يعد إثبات المعرفة الصفرية غير التفاعلي إنجازًا كبيرًا في تكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية ويعزز تطوير أنظمة إثبات المعرفة الصفرية الحالية. الطرق الرئيسية هي ZK-SNARK وZK-STARK.
4. المسارات التقنية الرئيسية لإثبات المعرفة الصفرية
تقسم Alchemy (2022) المسارات التقنية لإثبات المعرفة الصفرية إلى ZK-SNARK وZK-STARK وZK-SNARK العودية.
4.1 ZK-SNARK
ZK-SNARKs عبارة عن دليل موجز وغير تفاعلي للمعرفة الصفرية.
لكي تضمن السلسلة العامة صحة المعاملات التي يتم تنفيذها على الشبكة، يجب تحقيق ذلك من خلال إعادة تشغيل أجهزة الكمبيوتر (العقد) الأخرى لكل معاملة. ومع ذلك، ستؤدي هذه الطريقة إلى قيام كل عقدة بإعادة تنفيذ كل معاملة، مما سيؤدي إلى إبطاء الشبكة والحد من قابلية التوسع. يجب أن تقوم العقد أيضًا بتخزين بيانات المعاملات، مما يؤدي إلى نمو حجم blockchain بشكل كبير.
لهذه القيود، يأتي دور ZK-SNARK. يمكنه إثبات صحة الحسابات التي يتم إجراؤها خارج السلسلة دون الحاجة إلى إعادة تشغيل العقد لكل خطوة من خطوات الحساب. وهذا يلغي أيضًا الحاجة إلى العقد لتخزين بيانات المعاملات الزائدة عن الحاجة وزيادة إنتاجية الشبكة.
يؤدي استخدام SNARK للتحقق من الحسابات خارج السلسلة إلى تشفير الحساب إلى تعبير رياضي لتشكيل دليل صحة. يتحقق المدقق من صحة الإثبات. إذا نجح الدليل في جميع عمليات التحقق، فإن الحساب الأساسي يعتبر صالحًا. إن حجم إثبات الصلاحية أصغر بعدة مرات من الحساب الذي يتحقق منه، ولهذا السبب نطلق على SNARKs اسم موجز.
تتبع معظم عمليات ZK Rollups التي تستخدم ZK-SNARK الخطوات التالية.
**1. يقوم مستخدمو L2 بالتوقيع على المعاملة وإرسالها إلى المدقق. **
**2. يستخدم المدقق التشفير لضغط المعاملات المتعددة لإنشاء شهادات الصلاحية المقابلة (SNARKs). **
**3. يتحقق العقد الذكي الموجود على سلسلة L1 من شهادة الصلاحية ويحدد ما إذا كانت هذه الدفعة من المعاملات منشورة على السلسلة الرئيسية أم لا. **
ومن الجدير بالذكر أن ZK-SNARK يتطلب إعدادات موثوقة. في هذه المرحلة، يأخذ منشئ المفاتيح برنامجًا ومعلمة سرية لإنشاء مفتاحين عامين قابلين للاستخدام، أحدهما لإنشاء الدليل والآخر للتحقق من الدليل. يحتاج هذان المفتاحان العامان فقط إلى إنشاء معلمات عامة مرة واحدة من خلال حفل إعداد موثوق ويمكن استخدامهما عدة مرات من قبل الأطراف الراغبة في المشاركة في بروتوكول المعرفة الصفرية. يحتاج المستخدمون إلى الثقة في أن المشاركين في طقوس الإعداد الموثوق بهم ليسوا أشرارًا، ولا توجد طريقة لتقييم صدق المشاركين. يمكن أن تؤدي معرفة المعلمات السرية إلى إنشاء أدلة مزيفة وخداع المدقق، لذلك هناك مخاطر أمنية محتملة. يوجد حاليًا باحثون يستكشفون حلول ZK-SNARK التي لا تتطلب افتراضات الثقة.
1. الأمن
يعتبر تراكم ZK حلاً توسعيًا أكثر أمانًا من تراكم OP لأن ZK-SNARK يستخدم آلية أمان تشفير متقدمة، مما يجعل من الصعب خداع المتحققين وإجراء سلوكيات ضارة.
2. إنتاجية عالية
تعمل تقنية ZK-SNARK على تقليل حجم العمليات الحسابية في الجزء السفلي من شبكة الإيثريوم، مما يخفف من ازدحام الشبكة الرئيسية. وتتقاسم الحسابات خارج السلسلة تكاليف المعاملات، مما يوفر سرعات معاملات أسرع.
3. حجم إثبات صغير
إن الحجم الصغير لإثباتات SNARK يجعل من السهل التحقق منها على السلسلة الرئيسية، مما يعني أن رسوم الغاز للتحقق من المعاملات خارج السلسلة أقل، مما يقلل التكلفة بالنسبة للمستخدمين.
1. المركزية النسبية
الاعتماد على إعداد موثوق به في أغلب الأحيان. وهذا يتعارض مع الهدف الأصلي لـ blockchain لإزالة الثقة.
يعد إنشاء إثباتات الصلاحية باستخدام ZK-SNARKs عملية حسابية مكثفة، ويجب على المُثبت الاستثمار في الأجهزة المتخصصة. هذه الأجهزة باهظة الثمن ولا يستطيع سوى عدد قليل من الأشخاص تحمل تكاليفها، لذا فإن عملية إثبات ZK-SNARK مركزية للغاية.
المشاريع باستخدام ZK SNARK
استحوذت شركة Polygon على شركة Hermez مقابل 250 مليون دولار أمريكي في عام 2021، لتصبح أول عملية اندماج واستحواذ شاملة لشبكتين من شبكات blockchain. تقنية وأدوات ZK التي جلبتها Hermez إلى قاعدة مستخدمي Polygon سريعة النمو مكنت Polygon من الحصول على الدعم في تطوير zkEVM. Hermez 1.0 عبارة عن منصة دفع تنفذ مجموعة من المعاملات خارج السلسلة، مما يسمح للمستخدمين بنقل رموز ERC-20 بسهولة من حساب Hermez إلى حساب Hermez آخر، مع ما يصل إلى 2000 معاملة في الثانية.
يعمل Hermez 2.0 بمثابة zkEVM ذو المعرفة الصفرية لتنفيذ معاملات Ethereum بشفافية، بما في ذلك العقود الذكية مع التحقق من المعرفة الصفرية. وهو متوافق تمامًا مع Ethereum ولا يتطلب العديد من التغييرات على رمز العقد الذكي، مما يجعل من السهل على المطورين نشر مشاريع L1 على Polygon Hermez. يستخدم Hermez 1.0 إثباتات SNARK، بينما يستخدم الإصدار 2.0 كلاً من إثباتات SNARK وإثباتات STARK. في الإصدار 2.0، تم استخدام تقنية STARK-proof لإثبات صحة المعاملات خارج السلسلة. ومع ذلك، فإن تكلفة التحقق من مقاومة STARK على السلسلة الرئيسية مرتفعة جدًا، لذلك تم تقديم مقاومة SNARK للتحقق من STARK.
ولا يدعم zkSync 1.0، الذي أطلقته Matter Labs في عام 2020، العقود الذكية ويستخدم بشكل أساسي للمعاملات أو التحويلات. سيتم إطلاق ZkSync 2.0، الذي يدعم العقود الذكية، علنًا على الشبكة الرئيسية في مارس 2023.
تقوم ZkSync بتجميع الكود المصدري للعقد الذكي Solidity على Ethereum في Yul لتحقيق التوافق مع EVM. Yul هي لغة وسيطة يمكن تجميعها في كود بايت لمختلف أجهزة EVM. يمكن إعادة ترجمة كود Yul إلى مجموعة مخصصة ومتوافقة مع الدوائر من الرموز الثانوية المصممة لـ zkSync's zkEVM باستخدام إطار عمل برنامج التحويل البرمجي LLVM. يلغي هذا الأسلوب الحاجة إلى إجراء تجارب zk من خلال تعليمات برمجية عالية المستوى لجميع الخطوات في تنفيذ EVM، مما يسهل تحقيق اللامركزية في عملية الاختبار مع الحفاظ على الأداء العالي. في المستقبل، يمكن إضافة دعم لـ Rust أو Java أو لغات أخرى عن طريق إنشاء واجهات أمامية جديدة للمترجم، مما يزيد من مرونة بنية zkEVM والوصول إلى المزيد من المطورين.
Aztec هو أول zkRollup مختلط، يتيح تنفيذ العقود الذكية العامة والخاصة في بيئة واحدة. هذه بيئة تنفيذ خالية من المعرفة، وليست zkEVM. يتم تحقيق السرية من خلال دمج عمليات التنفيذ العامة والخاصة في مجموعة مختلطة واحدة، مثل المعاملات الخاصة لـ AMMs العامة، والمحادثات الخاصة في الألعاب العامة، والتصويت الخاص للمنظمات اللامركزية المستقلة العامة، والمزيد.
4.2 زد كيه ستارك
لا يتطلب ZK-STARK إعدادًا موثوقًا به. ZK-STARK هو اختصار لـ Zero-Knowledge Scalable الشفافية الوسيطة للمعرفة. بالمقارنة مع ZK-SNARK، يتمتع ZK-STARK بقابلية توسع وشفافية أفضل.
ميزة
1. فقدان الثقة
يتحقق ZK-STARK علنًا من العشوائية لاستبدال الإعدادات الموثوقة، مما يقلل الاعتماد على المشاركين ويحسن أمان البروتوكول.
2. قدرات توسعة أقوى
على الرغم من زيادة تعقيد الحسابات الأساسية بشكل كبير، إلا أن ZK-STARK لا يزال يحتفظ بأوقات إثبات وتحقق أقل، بدلاً من النمو الخطي مثل ZK-SNARK.
3. ضمان أمان أعلى
يستخدم ZK-STARK قيم تجزئة مقاومة للتصادم للتشفير بدلاً من مخطط المنحنى الإهليلجي المستخدم في ZK-SNARK، المقاوم لهجمات الحوسبة الكمومية.
محددات
1. حجم إثبات أكبر
حجم إثبات ZK-STARK أكبر، مما يجعل عملية التحقق على الشبكة الرئيسية أكثر نجاحًا.
2. انخفاض معدل القبول
ZK-SNARK هو أول تطبيق عملي لإثبات المعرفة الصفرية في blockchain، لذلك تستخدم معظم مجموعات ZK ZK-SNARK، التي تحتوي على أنظمة وأدوات مطورين أكثر نضجًا. على الرغم من أن ZK-STARK مدعوم أيضًا من قبل مؤسسة Ethereum، إلا أن معدل اعتماده غير كافٍ وتحتاج الأدوات الأساسية إلى تحسين.
**ما هي المشاريع التي تستخدم ZK-STARK؟ **
يستفيد Polygon Miden، وهو حل قياس قائم على Ethereum L2، من تقنية zk-STARK لدمج عدد كبير من معاملات L2 في معاملة Ethereum واحدة، وبالتالي زيادة قوة المعالجة وتقليل تكاليف المعاملات. بدون التجزئة، يمكن لـ Polygon Miden إنشاء كتلة في 5 ثوانٍ، ويمكن أن يصل عدد TPS الخاص بها إلى أكثر من 1000. بعد التقسيم، يمكن أن يصل عدد TPS إلى 10000. يمكن للمستخدمين سحب الأموال من Polygon Miden إلى Ethereum خلال 15 دقيقة فقط. تتمثل الوظيفة الأساسية لـ Polygon Miden في آلة افتراضية Turing-Complete مبنية على STARK - Miden VM، مما يجعل التحقق الرسمي من العقود أسهل.
StarkEx هو إطار عمل لحلول تمديد الترخيص المخصصة لتطبيقات محددة. يمكن للمشاريع استخدام StarkEx لإجراء حسابات خارج السلسلة منخفضة التكلفة وإنشاء أدلة STARK التي تثبت صحة التنفيذ. يحتوي هذا الدليل على ما بين 12000 إلى 500000 معاملة. أخيرًا، يتم إرسال الدليل إلى مدقق STARK الموجود على السلسلة، ويتم قبول تحديث الحالة بعد صحة التحقق. تشمل التطبيقات المنشورة على StarkEx الخيارات الدائمة dYdX وNFT L2 Immutable وسوق تداول البطاقات الرقمية الرياضية Sorare ومجمع DeFi متعدد السلاسل rhino.fi.
StarkNet هي لغة L2 غير مسموح بها حيث يمكن لأي شخص نشر العقود الذكية المطورة بلغة القاهرة. يمكن للعقود المنشورة على StarkNet أن تتفاعل مع بعضها البعض لبناء بروتوكولات جديدة قابلة للتركيب. على عكس StarkEx حيث تكون التطبيقات مسؤولة عن تقديم المعاملات، يقوم مُسلسل StarkNet بتجميع المعاملات وإرسالها للمعالجة وإصدار الشهادات. يعد StarkNet أكثر ملاءمة للبروتوكولات التي تحتاج إلى التفاعل بشكل متزامن مع البروتوكولات الأخرى أو التي تقع خارج نطاق تطبيقات StarkEx. مع تقدم تطوير StarkNet، سيكون من الممكن نقل التطبيقات المستندة إلى StarkNet إلى StarkNet والاستمتاع بالقابلية للتركيب.
مقارنة ZK-SNARK وZK-STARK
4.3 ZK-SNARK التكراري
يمكن لمجموعات ZK العادية معالجة كتلة واحدة فقط من المعاملات، مما يحد من عدد المعاملات التي يمكنها معالجتها. يمكن لـ ZK-SNARK العودية التحقق من أكثر من كتلة معاملة واحدة، ودمج SNARKs التي تم إنشاؤها بواسطة كتل L2 مختلفة في شهادة صلاحية واحدة وإرسالها إلى سلسلة L1. بمجرد أن يقبل عقد L1 على السلسلة الإثبات المقدم، تصبح جميع هذه المعاملات صالحة، مما يزيد بشكل كبير من عدد المعاملات التي يمكن إكمالها في النهاية بإثباتات المعرفة الصفرية.
Plonky2 هي آلية إثبات جديدة من Polygon Zero تستخدم ZK-SNARKs العودية لزيادة المعاملات. تعمل SNARKs العودية على توسيع عملية إنشاء الدليل من خلال تجميع عدة براهين في دليل عودي. يستخدم Plonky2 نفس التقنية لتقليل الوقت اللازم لإنشاء أدلة كتلة جديدة. يقوم Plonky2 بإنشاء أدلة لآلاف المعاملات المتوازية ثم يقوم بتجميعها بشكل متكرر في دليل كتلة، وبالتالي فإن سرعة التوليد سريعة جدًا. تحاول آلية الإثبات العادية إنشاء دليل الكتلة بالكامل مرة واحدة، وهو ما يكون أقل كفاءة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لـ Plonky2 أيضًا إنشاء إثباتات على الأجهزة المخصصة للمستهلكين، مما يحل مشكلة مركزية الأجهزة المرتبطة غالبًا بإثباتات SNARK.
5. مجموعة المعرفة الصفرية مقابل مجموعة البيانات المتفائلة
أصبحت ZK-SNARK وZK-STARK البنية التحتية الأساسية لمشاريع توسيع blockchain، وخاصة حل Zero Knowledge Rollup. يشير Zero-Knowledge Rollup إلى حل توسيع الطبقة الثانية لـ Ethereum الذي يستخدم تقنية إثبات المعرفة الصفرية لنقل جميع الحسابات إلى المعالجة خارج السلسلة لتقليل ازدحام الشبكة. الميزة الرئيسية لـ Zero Knowledge Rollup هي أنه يمكن أن يزيد بشكل كبير من إنتاجية معاملات Ethereum مع الحفاظ على رسوم معاملات منخفضة، وبمجرد تجميع المعاملة في المجموعة، يمكن تحديدها على الفور.
بالإضافة إلى Zero Knowledge Rollup، تتضمن حلول توسيع L2 الحالية لـ Ethereum أيضًا Optimistic Rollup. تعتبر المعاملات التي يتم تشغيلها في Optimistic Rollup صالحة ويتم تنفيذها على الفور بشكل افتراضي. فقط عندما يتم اكتشاف معاملة احتيالية (يقدم شخص ما دليلاً على الاحتيال)، سيتم إلغاء المعاملة. ولذلك، الأمان أقل من Zero Knowledge Rollup. لمنع المعاملات الاحتيالية، تتضمن مجموعة Optimistic Rollup فترة تحدي يجب بعدها إنهاء المعاملة. قد يؤدي ذلك إلى اضطرار المستخدمين إلى الانتظار لبعض الوقت قبل استرداد أموالهم.
عندما تم تصميم EVM في الأصل، لم يتم النظر في استخدام تقنية إثبات المعرفة الصفرية. يعتقد Vitalik، مؤسس Ethereum، أن Zero Knowledge Rollup سيكون معقدًا من الناحية الفنية على المدى القصير، لكنه سيهزم في النهاية Optimistic Rollup في حرب التوسع. فيما يلي مقارنة بين مجموعة المعرفة الصفرية ومجموعة القيمة المتفائل.
المصدر: سوس نيفت، تشات جي بي تي
6. ما هو الآفاق المستقبلية لتكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية؟
يتمتع مجال تكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية بوضع فريد: في السنوات الأخيرة، تم تكريس الكثير من الجهود لتطوير الأبحاث في هذا المجال، وكانت العديد من النتائج جديدة تمامًا في مجال التشفير والاتصالات الآمنة. ولذلك، لا تزال هناك العديد من الأسئلة المثيرة للاهتمام التي يتعين على المجتمع الأكاديمي والمطورين الإجابة عليها. وفي الوقت نفسه، يتم استخدام تقنية إثبات المعرفة الصفرية في العديد من المشاريع، مما يوضح تحديات تكنولوجيا المعرفة الصفرية وتوسيع متطلباتها.
أحد مجالات الاهتمام بتكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية هو مناقشة أمن ما بعد الكم لتكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية. تعد SNARKs التي يمكن التحقق منها علنًا (حجج المعرفة الموجزة غير التفاعلية) عنصرًا رئيسيًا في مجال تقنيات المعرفة الصفرية. ومع ذلك، فإن مخططات SNARK الأكثر استخدامًا والتي يمكن التحقق منها علنًا لا تعتبر آمنة كميًا. تشمل الأمثلة Groth16 وSonic وMarlin وSuperSonic وSpartan. وتعتمد هذه الحلول على مسائل رياضية يمكن حلها بشكل فعال بمساعدة أجهزة الكمبيوتر الكمومية، مما يعرض أمنها للخطر بشكل كبير في عالم ما بعد الكم.
لقد وجدنا أن المجتمع الأكاديمي يبحث بنشاط عن أدلة المعرفة الصفرية الآمنة الكم والتي يمكن استخدامها لمجموعة متنوعة من البيانات دون مرحلة المعالجة المسبقة. تتضمن الأمثلة الحالية لإثباتات المعرفة الصفرية الآمنة الكميًا مخططات مثل Ligero، وAurora، وFractal، وLattice Bulletproofs، وLPK22. تعتمد Ligero وAurora وFractal على وظائف التجزئة، بينما تعتمد Lattice Bulletproofs وLKP22 على وظائف الشبكة. تعتبر كلتا الوظيفتين آمنتين كميًا. وقد أصبح الاتجاه السائد هو الترويج لهذه البرامج وتحسين كفاءتها.
هناك توقع آخر لدينا لمستقبل تكنولوجيا المعرفة الصفرية وهو قدرتها على مقاومة الهجمات ونضج التعليمات البرمجية المتعلقة بالتنفيذ. نظرًا للزيادة في كمية التعليمات البرمجية التي تتم كتابتها، سيكون هناك مكتبات أكثر أمانًا وتم فحصها وأفضل الممارسات لمختلف تقنيات إثبات المعرفة الصفرية. وبطبيعة الحال، سيكون هناك المزيد من الأخطاء الشائعة في المستقبل والتي سيتم اكتشافها والتواصل معها. ونحن نتوقع أن ينضج هذا المجال وأن يصبح معتمداً بشكل كبير، مع بذل الجهود لتوحيد البروتوكولات وضمان قابلية التشغيل البيني بين التطبيقات المختلفة. وقد بدأ بالفعل مشروع يسمى ZKProof في القيام بذلك.
الاتجاه الآخر الذي سيستمر في الوجود في مجتمع تكنولوجيا المعرفة الصفرية هو المزيد من العمل على خوارزميات فعالة وربما أجهزة خاصة. في السنوات الأخيرة، شهدنا انخفاضًا في أحجام الأدلة، كما أصبح المثبتون والمحققون أكثر كفاءة. قد يؤدي التقدم في الخوارزميات والأجهزة الخاصة والتحسين الحسابي إلى تطبيقات أسرع وأكثر قابلية للتطوير.
في حين أن كفاءة الخوارزميات الحالية تفيد المستخدمين المستقبليين لتكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية، فإننا نتوقع أيضًا أن نرى استمرار توسع قدرات إثباتات المعرفة الصفرية. في الماضي، واجهنا العديد من الحالات عند تنفيذ ZK-SNARKs المعالجة مسبقًا. نشهد الآن المزيد والمزيد من مثيلات ZK-SNARK القابلة للتطوير. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام بعض تقنيات إثبات المعرفة الصفرية لبساطتها أكثر من استخدامها لقدرات المعرفة الصفرية.
أخيرًا، هناك اتجاه آخر في تكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية وهو التقاطع بين التعلم الآلي وبرهان المعرفة الصفرية (ZKML). تتطلب الفكرة تدريب نماذج لغوية كبيرة في بيئة متعددة الأطراف واستخدام تقنيات المعرفة الصفرية للتحقق من الحسابات. وهذا مفيد جدًا للذكاء الاصطناعي الحالي. وهناك إمكانية لنشوء مشاريع في هذا المجال.
خاتمة
شارك في كتابة هذه المقالة أعضاء تحالف Blockchain Security Alliance، ومن خلال مقدمة هذه المقالة، يمكننا فهم التطبيق الواسع والمسارات التقنية واتجاهات التطوير وتحديات إثبات المعرفة الصفرية في مجال blockchain. **نحن نؤمن أنه مع تطور تكنولوجيا الأجهزة والتشفير، ستحقق إثباتات المعرفة الصفرية المزيد من الاختراقات في المستقبل، مما يوفر خدمات تطبيقات أسرع وأكثر أمانًا للعالم الرقمي. **