Perkembangan dan Aplikasi zk-SNARKs

I. Sejarah Perkembangan zk-SNARKs

Konsep modern dari sistem zero-knowledge proof berasal dari makalah yang ditulis bersama oleh Goldwasser, Micali, dan Rackoff pada tahun 1985. Makalah tersebut membahas jumlah pengetahuan yang perlu dipertukarkan untuk membuktikan kebenaran suatu pernyataan melalui interaksi terbatas dalam sistem interaktif. Jika pertukaran zero-knowledge dapat diwujudkan, maka itu disebut sebagai zero-knowledge proof.

Sistem zk-SNARKs awal memiliki kekurangan dalam hal kegunaan, sebagian besar masih berada di tingkat teori. Dalam dekade terakhir, seiring dengan munculnya kriptografi di bidang cryptocurrency, zk-SNARKs secara bertahap menjadi arah penting. Di antaranya, mengembangkan protokol zk-SNARKs yang umum, non-interaktif, dan memiliki ukuran bukti yang terbatas adalah salah satu arah eksplorasi kunci.

Terobosan besar dalam zero-knowledge proof adalah makalah yang diterbitkan oleh Groth pada tahun 2010, yang meletakkan dasar teoritis untuk zk-SNARKs. Di tingkat aplikasi, sistem zero-knowledge proof yang digunakan oleh Zcash pada tahun 2015 mewujudkan perlindungan privasi transaksi, membuka lebih banyak penggunaan zero-knowledge proof.

Sejak itu, serangkaian hasil akademis penting terus bermunculan:

• Protokol Pinocchio tahun 2013 mempercepat waktu pembuktian dan verifikasi.
• Groth16 pada tahun 2016 menyederhanakan ukuran bukti dan meningkatkan efisiensi verifikasi
• Bulletproofs yang diajukan pada tahun 2017 adalah algoritma bukti pendek yang tidak memerlukan pengaturan yang dapat dipercaya.
• Protokol keamanan pasca kuantum zk-STARKs diperkenalkan pada tahun 2018

Selain itu, kemajuan seperti PLONK dan Halo2 juga telah melakukan perbaikan pada zk-SNARKs.

Dua, Aplikasi Utama zk-SNARKs

Aplikasi paling luas dari zk-SNARKs adalah perlindungan privasi dan skala.

Dalam perlindungan privasi, proyek-proyek yang representatif termasuk Zcash, Monero, dan lainnya. Sebagai contoh, Zcash menggunakan zk-SNARKs untuk mencapai transaksi privasi melalui langkah-langkah berikut: pengaturan sistem, generasi kunci, pencetakan koin, transfer, verifikasi, dan penerimaan. Namun, Zcash masih memiliki beberapa keterbatasan, seperti berbasis model UTXO, sulit untuk di skalakan, dan lainnya.

Dalam hal skalabilitas, ZK Rollup adalah aplikasi penting. ZK Rollup terdiri dari dua peran yaitu Sequencer dan Aggregator: Sequencer bertanggung jawab untuk mengemas transaksi, Aggregator bertanggung jawab untuk menggabungkan sejumlah besar transaksi dan menghasilkan bukti. Keunggulan ZK Rollup terletak pada biaya rendah, finalitas cepat, namun juga memiliki kekurangan seperti beban komputasi yang besar dan potensi masalah keamanan.

Saat ini, proyek ZK Rollup utama di pasar termasuk StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez, dan lainnya. Proyek-proyek ini terutama memilih antara SNARK dan STARK dalam jalur teknologi mereka, serta tingkat dukungan untuk EVM.

Tiga, Prinsip Dasar ZK-SNARKs

ZK-SNARK ( zk-SNARKs ) memiliki karakteristik sebagai berikut:

• zk-SNARKs: proses pembuktian tidak mengungkapkan informasi tambahan
• Ringkas: ukuran verifikasi kecil
• Non-interaktif: tidak memerlukan interaksi berulang
• Keandalan: Pembuktian dengan kemampuan terbatas tidak dapat memalsukan
• Pengetahuan: Pembuktian harus mengetahui informasi yang valid

Sebagai contoh Groth16, prinsip pembuktian ZK-SNARKs mencakup:

1. Mengubah masalah menjadi sirkuit
2. Mengubah rangkaian menjadi bentuk R1CS
3. Mengubah R1CS menjadi bentuk QAP
4. Membangun pengaturan yang dapat dipercaya, menghasilkan kunci bukti dan kunci verifikasi
5. Menghasilkan dan Memverifikasi Bukti zk-SNARKs

ZK-SNARKs telah meletakkan dasar untuk aplikasi luas dari zero-knowledge proof, tetapi masih ada beberapa keterbatasan. Di masa depan, perlu ada optimasi dan perbaikan lebih lanjut untuk memenuhi kebutuhan lebih banyak skenario aplikasi.