Application de la technologie de preuve de connaissance zéro

** Qu'est-ce que la preuve de connaissance zéro **

Zero-Knowledge Proof (ZKP) est une partie importante de la cryptographie moderne. Il fait référence à la capacité du prouveur à convaincre le vérificateur qu'une hypothèse est correcte sans fournir au vérificateur aucune information utile.

** La preuve sans connaissance est essentiellement un accord impliquant deux parties ou plus, c'est-à-dire une série d'étapes dont deux parties ou plus ont besoin pour accomplir une tâche. ** Le prouveur prouve au vérificateur et fait croire au vérificateur qu'il connaît ou a un certain message, mais ne divulguera aucune information sur le message prouvé au vérificateur pendant le processus de preuve. En termes simples, le prouveur peut non seulement prouver ce qu'il veut prouver, mais aussi divulguer des informations "zéro" au vérificateur en même temps.

Il existe déjà de nombreux matériaux chinois qui ont introduit plus de concepts de preuves à connaissance zéro, donc je n'entrerai pas dans les détails ici.

La principale application de la preuve de connaissance zéro dans le domaine de la blockchain

Deux caractéristiques importantes de la technologie de preuve à connaissance nulle sont les principaux facteurs de son application dans le domaine de la blockchain :

  1. **La preuve de connaissance zéro peut protéger la confidentialité des données et prouver leur validité sans divulguer les informations sur les données. **
  2. ** La preuve sans connaissance peut prouver une grande quantité de données en générant une petite quantité de preuve, ce qui joue un rôle important dans la compression de la quantité de données et l'amélioration des performances. **

Par conséquent, les deux directions de la preuve de connaissance zéro sont : la protection de la vie privée et l'expansion de la blockchain. Sont respectivement décrits :

la protection de la vie privée

La protection de la vie privée a toujours été un concept extrêmement important dans la blockchain, représentant la capacité de protéger les transactions et les participants dans un réseau distribué.

La blockchain a toujours prôné l'anonymat, les participants n'ont pas besoin d'utiliser leur vrai nom dans la plupart des transactions, mais peuvent réutiliser les hachages de clé publique comme identifiants de transaction pour identifier les opérateurs. Cependant, ces transactions sont pseudonymes plutôt que véritablement anonymes. Par défaut, chaque transaction d'un utilisateur est publique, et une fois l'adresse d'un utilisateur verrouillée, elle peut être utilisée pour examiner la source des fonds, calculer la position de la position et même analyser les activités de l'utilisateur en chaîne.

La technologie de preuve à connaissance zéro peut confirmer la validité des transactions en soumettant des preuves sans révéler aucune information et réaliser l'anonymisation complète des informations de transaction. Au stade de développement du chiffrement qui met l'accent sur les questions de confidentialité, de nombreux développeurs se sont engagés dans l'exploration de chaînes publiques privées. Les capacités de protection de la vie privée et de compression des données de la preuve à connaissance nulle sont les principales raisons de devenir une technologie de composant de chaîne publique. Pendant ce temps, des projets comme Zcash et Monero ont obtenu des résultats exceptionnels. Prenant Zcash comme exemple, Zcash a initialement adopté le protocole Pinocchio et est passé au système de preuve Groth16 en 2019.

Les adresses de portefeuille Zcash sont divisées en adresses cachées et en adresses transparentes. Les transactions entre adresses transparentes ne sont pas différentes des transactions Bitcoin (BTC) : l'expéditeur, le destinataire et le montant de la transaction sont tous visibles publiquement ; les transactions entre adresses masquées apparaissent également sur la blockchain publique, mais l'adresse de la transaction, le montant du fonds et les champs mémo sont cryptés, et zk-SNARK prouvera la validité de la transaction selon les règles de consensus du réseau ; en outre, des transactions peuvent également être effectuées entre des adresses cachées et des adresses transparentes.

Zcash est adapté aux audits et à la réglementation tout en préservant la confidentialité des transactions. L'expéditeur et le destinataire d'une transaction d'adresse masquée peuvent divulguer les détails de la transaction à des tiers à des fins de contrôle, de conformité ou d'audit.

Évolutivité

Le "triangle impossible" est un problème éternel auquel sont confrontées les blockchains L1 telles qu'Ethereum. Différentes chaînes trouvent toujours un équilibre entre décentralisation, sécurité et évolutivité.

Ethereum se concentre davantage sur la décentralisation et la sécurité, il doit donc faire face à des limitations d'évolutivité. Les frais d'essence élevés et les longs délais de confirmation des transactions sur Ethereum ont un impact considérable sur l'expérience utilisateur. Par conséquent, son équipe de développement principale et sa communauté ont exploré diverses solutions d'évolutivité.

Il existe deux manières de faire évoluer une blockchain :

  1. ** Mettre à l'échelle la blockchain L1 elle-même, soit en augmentant la taille du bloc, soit en sharding. **Les nœuds du réseau blockchain sont divisés en plusieurs fragments relativement indépendants.

L'échelle de traitement d'un seul fragment est petite et ne stocke même qu'une partie de l'état du réseau. Mais en théorie, à condition que plusieurs fragments traitent les transactions en parallèle, le débit de l'ensemble du réseau sera amélioré. Cependant, cette approche sacrifie la décentralisation. 2. ** Transférez les transactions sur le réseau L1 vers la couche L2, L2 collecte les transactions, puis les envoie au réseau L1 pour règlement. **De cette façon, vous ne payez l'essence qu'une seule fois par lot de transactions, au lieu de payer l'essence par transaction.

En conséquence, les coûts du gaz sont partagés également entre toutes les transactions, ce qui réduit efficacement le coût par transaction. De cette manière, L1 devient la couche de règlement pour toutes les transactions exécutées sur L2. Les solutions d'évolutivité L2 peuvent résoudre les problèmes d'évolutivité L1 sans sacrifier la décentralisation et la sécurité.

Bien sûr, la solution de mise à l'échelle L2 a également connu l'évolution du canal d'état vers Plasma puis vers Rollup. Actuellement, Rollup est la solution L2 la plus courante et la plus potentielle.

Le cumul fait référence à l'exécution de calculs complexes et à la maintenance de l'état hors de la chaîne d'abord, puis à l'enregistrement des données liées aux changements d'état sur la chaîne en utilisant des CALLDATA moins chers via des appels de contrat, et en résumant et regroupant un grand nombre de transactions en une seule transaction, et enfin améliorer TPS sur le principe d'assurer la disponibilité des données.

Le dénominateur commun des solutions Rollup est l'accent mis sur la disponibilité des données en chaîne. C'est-à-dire que n'importe qui peut restaurer l'état global en fonction des données enregistrées sur la chaîne, éliminant ainsi les risques de sécurité causés par les problèmes de disponibilité des données.

En plus de compresser le montant du calcul sur la chaîne, un autre aspect de la preuve de connaissance zéro est d'assurer l'exactitude des données.

La solution ZK Rollup a démarré au second semestre 2018. La clé de cette solution est ZK. Le changement d'état de chaque solution ZK Rollup nécessite une preuve de connaissance zéro fournie et vérifiée par un contrat sur la chaîne principale.

L'état ne peut être modifié que s'il est vérifié. C'est-à-dire que les changements d'état de ZK Rollup dépendent strictement des preuves cryptographiques. (Remarque : Pour une explication détaillée du principe de ZK Rollup, veuillez vous référer à « A Clear Perspective on Layered and Cross-chain Methods » par Li Hua)

Bien sûr, il existe d'autres solutions de cumul, comme le cumul optimiste formé au second semestre 2019. Il ne nécessite pas de validation rigoureuse de chaque changement d'état.

Il suppose d'abord avec optimisme que chaque modification est correcte, puis conteste la modification dans un certain délai. Si le défi réussit, cela prouve qu'il y a un problème avec la soumission précédente, l'auteur sera puni et l'état sera annulé.

C'est-à-dire que le changement d'état du Rollup optimiste dépend des incitations économiques et des jeux.

Le problème en suspens de ZK Rollup est qu'il est difficile d'atteindre la programmabilité, mais le développement technologique au cours des deux dernières années semble briser ce goulot d'étranglement, et la mise en œuvre de zkEVM peut atteindre la programmabilité ; le problème le plus préoccupant de Rollup optimiste semble être lorsque les fonds reviennent de la couche 2, en raison de retards pendant la période de contestation, des intermédiaires sont disponibles pour fournir des services prépayés.

Par conséquent, la solution de cumul optimiste est plus rapide à mettre en œuvre. Mais zkEVM peut avoir encore plus de potentiel.

Solution d'étoile montante à preuve zéro connaissance

Dans les premiers projets de preuve de connaissance zéro, bien que Zcash et Monero aient obtenu de bons résultats en termes de protection de la vie privée, ils ne peuvent être utilisés que comme moyen de stockage de valeur et il est difficile de coopérer avec d'autres applications.

Comme mentionné ci-dessus, grâce aux efforts de nombreux développeurs, les preuves à connaissance zéro peuvent être utilisées pour l'informatique générale et combinées avec des contrats intelligents pour explorer le plus grand potentiel de la technologie de preuve à connaissance zéro. Ce qui suit présente principalement les deux projets lancés cette année.

Aleo : chaîne publique d'informatique de confidentialité générale

Le projet Aleo a été officiellement créé en 2019 et ses membres comprennent des cryptographes, des ingénieurs, des concepteurs et des opérateurs de classe mondiale d'entreprises telles que Google, Amazon et Facebook, ainsi que des universités de recherche telles que UC Berkeley, Johns Hopkins, NYU, et Cornell.

Aleo a construit le système zkCloud pour protéger les identités et les transactions, et les identités protégées peuvent interagir directement les unes avec les autres (comme les transferts d'actifs) ou être programmées via des contrats intelligents. Dans une blockchain publique typique, les programmes sont exécutés sur une "machine virtuelle" (VM) globale exécutée par chaque nœud du réseau. Par conséquent, chaque nœud du réseau doit recalculer (et approuver collectivement) chaque étape d'un programme donné, ce qui est inefficace, ralentit et augmente les coûts pour les utilisateurs. zkCloud résout ces limitations en séparant l'exécution de l'application de la maintenance de l'état de la blockchain (en chaîne + hors chaîne), combinée à des preuves récursives à connaissance nulle, permettant à Aleo d'obtenir une programmabilité complète et une protection de la vie privée, et avec une transaction plus élevée débit.

Aleo a créé un langage de programmation appelé Leo, qui est plus convivial et offre un meilleur environnement pour les développeurs d'applications sans connaissance. Leo est un langage de programmation typé statiquement inspiré de Rust, conçu pour écrire des applications intimes.

À l'heure actuelle, le réseau Aleo a traversé trois séries de tests et guide actuellement activement le développement de l'écologie, encourageant la communauté à participer à la construction d'applications écologiques à travers des points. Aleo est une chaîne publique, et son prouveur participe à la construction du réseau grâce à la preuve de connaissance zéro. Au début du test 3, il y avait plus de 400 000 cartes graphiques participant au test. En tant que réseau de test, il s'agit d'une très grande échelle. Aleo avait initialement prévu d'être en ligne au troisième trimestre de cette année. Selon la situation actuelle, on estime qu'il pourrait être en ligne à la fin du troisième ou du quatrième trimestre. Une attention soutenue.

Scroll : solution native zk d'EVM

Scroll Tech vise à construire un zk-Rollup compatible avec Ethereum et à construire un réseau de preuve solide. Après des mois d'exploration, ils ont fait d'importants progrès techniques.

Les objectifs de Scroll incluent :

  1. Créez un zk-Rollup entièrement compatible avec EVM. Prend en charge la vérification directe des blocs Ethereum en vérifiant la cohérence et l'intégrité de chaque opcode lors de l'exécution d'EVM. De cette manière, les contrats intelligents L1 peuvent être migrés de manière transparente vers Scroll sans aucune modification.
  2. Réaliser et normaliser l'externalisation de la certification Layer 2. Scroll conçoit un puissant mécanisme d'externalisation qui incite les vérificateurs à générer pour eux des preuves à connaissance nulle. L'équipe Scroll prévoit de normaliser ce schéma pour le domaine plus large de l'informatique hors chaîne. Cela ouvrira un nouveau marché de la preuve. Les développeurs peuvent déployer des contrats complexes dans Scroll sans tenir compte de la limite de gaz. De nombreuses nouvelles applications peuvent être mises en œuvre hors chaîne et les preuves soumises en chaîne. À cette fin, l'équipe a également construit le testeur GPU et ASIC le plus rapide au monde. L'objectif à long terme est de parvenir à une décentralisation complète et de réduire l'impact du MEV.
  3. Passez à un nouveau système de preuve. Scroll prévoit d'utiliser un nouveau système de preuve de connaissance zéro en couches. La première couche est une couche de génération de preuve efficace avec une optimisation de circuit personnalisée et des algorithmes de preuve efficaces sur le plan matériel. La deuxième couche est une couche de vérification efficace avec des preuves concises et des algorithmes de vérification compatibles avec EVM. Par rapport aux solutions existantes, le système a le potentiel de prendre en charge des programmes plus importants et plus de fonctions que l'EVM, telles que la protection de la vie privée.

Ces avancées de Scroll Tech sont importantes dans le domaine des solutions de mise à l'échelle zk-Rollup et Layer 2, démontrant leur engagement en matière de compatibilité, d'efficacité et de décentralisation.

Dans son test Alpha, Scroll a déjà connecté un grand nombre d'applications, réalisant sa promesse que les applications EVM peuvent être directement portées sur Scroll. Le réseau principal Scroll devrait être lancé d'ici 3 mois. Après le lancement du réseau principal Scroll, un réseau Prover décentralisé sera réalisé, ce qui donnera à chacun plus d'opportunités de participer.

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