Forklog
2024-06-14 16:30:00

Ноль масштабирования: как развивается ZKP в 2024 году

Доказательство с нулевым разглашением (Zero-Knowledge Proof, ZKP) — одна из революционных технологий в области криптографии. Концепция предложена еще в середине 1980-х, однако на практике ее реализовали только сейчас. ForkLog предлагает вспомнить, как был совершен этот прорыв, что из себя представляет ZKP в 2024 году и какое будущее у стоящих за его развитием проектов. Что такое ZKP? ZKP — это протокол, с помощью которого одна сторона (доказатель) может подтвердить другой (верификатору), что некое утверждение является истинным, не раскрывая никакой дополнительной информации. Метод совершил прорыв в прикладной криптографии. Его история началась в 1985 году с выходом статьи «Сложность знаний в интерактивных доказательных системах», написанной исследователями из Массачусетского технологического института Шафи Голдвассером, Сильвио Микали и Чарльзом Ракоффом. В 2014 году эту технологию в модифицированном виде начали применять в Zcash. Со временем она стала набирать популярность, обгоняя другие методы криптографии: кольцевые подписи в Monero и перемешивание транзакций в Dash. Процесс доказательства можно объяснить на примере ситуации, когда необходимо подтверждение гражданства (предъявление паспорта), но сторона не хочет жертвовать конфиденциальностью, предоставляя личные данные в централизованные хранилища. В таком случае используется ZKP. Проверяющему достаточно соотнести определенные свойства доказательства и таким образом убедиться в справедливости утверждения. Так человек подтвердит свое гражданство без раскрытия дополнительной информации (налогового идентификатора или паспортных данных).  Этот подход можно применять во многих сферах, где необходимо сохранение тайны: медицина, юриспруденция, государственное управление, журналистика. Кроме того, существует множество вариантов использования протокола в финансовой сфере и криптоиндустрии:    анонимные платежи. Финансовый мониторинг, призванный бороться с преступностью, может угрожать конфиденциальности законопослушных граждан. Проекты вроде Zcash и Monero скрывают детали транзакций, включая адреса отправителя/получателя, тип актива, его объемы и время совершения операции. Кроме того, существуют инструменты повышения анонимности в публичных сетях. Например, Tornado Cash посредством ZKP позволяет проводить приватные транзакции в Ethereum; аутентификация. Многие онлайн-сервисы требуют подтверждения вашей личности и предоставления такой информации, как имя, адрес электронной почты, дата рождения и так далее. Интеграция ZKP в универсальные Web3-идентификаторы наподобие Gitcoin Passport и World ID упрощают аутентификацию не только платформ, но и пользователей;  справедливое голосование на блокчейне. Даже такой метод, как квадратичное финансирование, не защищен от коррупции: транзакции публичны, поэтому дающие взятки могут проверять активность пользователей, которых они подкупили. Решения вроде MACI (Minimum Anti-Collusion Infrastructure) используют ZKP и позволяют «координатору» агрегировать голоса и подводить итоги, не раскрывая, как именно проголосовал каждый участник; масштабируемость блокчейна. Метод проверяемых вычислений используется разработчиками во время передачи данных другому участнику сети. Результат предоставляется вместе с доказательством того, что программа была выполнена правильно. Проверяемые вычисления критически важны для увеличения скорости обработки транзакций, не приводящих к снижению общей безопасности (роллапы, шардинг). Архитектура и механики Основными внедрениями ZKP-механик являются сети второго уровня (L2), помогающие ускорить, упростить и частично анонимизировать транзакции. Но также существуют и L1-решения, создающие собственные блокчейны с модульной архитектурой: ZK-Rollups. Надстройки над основным уровнем блокчейна объединяют множество транзакций в одну и публикуют их в L1-сети вместе с доказательством, подтверждающим правильность вычислений; Validium. Этот вариант сочетает доказательства достоверности с хранением информации вне блокчейна, что повышает масштабируемость. Пруфы по-прежнему публикуются в основной сети, в то время как данные находятся вне ее. Это значительно повышает пропускную способность и снижает затраты на газ. Хотя это гораздо более эффективная и масштабируемая архитектура, чем ZK-Rollups, она не защищает от ситуаций, когда злонамеренные участники делают данные недоступными и пользователи оказываются не в состоянии вывести свои активы. Важно отметить, что в этом случае злоумышленники не могут напрямую украсть средства пользователей; Volitions. Это решение сочетает в себе элементы первых двух и позволяет выбирать между любым из решений для масштабирования. Даже если на уровне Validium произойдет успешная атака, средства все равно останутся в безопасности. Это позволяет участникам, готовым платить более высокие комиссии за повышенные гарантии безопасности (ZK-роллапы), взаимодействовать с участниками, предпочитающими более низкие транзакционные издержки (Volition).  Пруфы, публикуемые в блокчейне, известны как доказательства достоверности. С их помощью можно условно разделить всю экосистему ZKP на два вида: проекты, использующие zk-SNARK, либо zk-STARK.  Какие бывают ZKP  Возможности интерактивных доказательств были ограничены необходимостью постоянного взаимодействия между сторонами. Даже если проверяющий уверен в честности доказывающего, пруф оставался недоступным для независимой проверки. Следующим прорывом стали неинтерактивные доказательства с нулевым разглашением (zk-SNARK). Их разработала команда Zcash, затем он появился в обновлении Ethereum и был модифицирован сотрудниками JPMorgan для защиты данных клиентов банка. Новый подход не требовал непосредственной коммуникации между верификатором и доказывающим. Первый может проверять подлинность утверждения постфактум. Верификаторы генерируют специальный секрет, который уничтожается сразу после доверенной установки. Если он продолжит существовать, то данные в сети можно будет подделать, тем самым нивелируя преимущества протокола. Неинтерактивные доказательства стали прорывом для ZKP и стимулировали создание систем, используемых сегодня. Среди проектов, работающих на zk-SNARK, можно выделить следующие: Loopring (LRC). Первый ZK-роллап, запущенный в 2017 году с фокусом на создание DEX. Он позволяет торговать напрямую из кошельков, обеспечивая полную некастодиальность и анонимность транзакций, что делает операции более безопасными и приватным. Одним из dapps на базе Loopring является DEX DeGate. Scroll. Проект, основанный на zkEVM, запустил свою основную сеть в октябре 2023 года. Работа мейннета началась после фазы тестирования, длившейся более 15 месяцев и включавший обширные аудиты. В скором времени ожидается аирдроп токена проекта. Linea. Запущенная в марте 2023 года тестовая сеть от создателей кошелька MetaMask — компании ConsenSys. Она позволяет разрабатывать масштабируемые dapps и переносить существующие без необходимости менять код и переписывать смарт-контракты. На данном этапе идет подготовка к запуску основной сети с активностями в виде заработка поинтов — Linea Voyage XP. Taiko (TAIKO). После финального шестого тестнета под названием Katla (Alpha-6), запущенного в январе 2024 года, анонсирована основная сеть ZK-роллапа. Этому предшествовал двухлетний период разработки. Taiko использует Based Contestable Rollup — настраиваемый дизайн роллапов с несколькими доказательствами. Mina Protocol (MINA). Предоставляет возможность развертывания dapps c ZKP-анонимностью, используя один из самых легких блокчейнов с размером блока всего 22 Кб. Для обеспечения масштабируемости и высокой пропускной способности Mina задействует механизм консенсуса Ouroboros Samasika на модифицированном PoS-консенсусе. На следующем уровне Mina использует усовершенствованный SNARK и систему доказательств Kimchi. Он устроен следующим образом: валидаторы SNARK открывают SnarketPlace, в котором публикуют доказательства, а блок-продюсеры делают ставки. Самое конкурентоспособное предложение выигрывает аукцион и делится частью вознаграждения за блок, произведенный с валидаторами.  Dusk Network (DUSK). L1-сеть с фокусом на конфиденциальность, цифровые активы и RWA. Блокчейн поддерживает стандарт Confidential Security Contract для использования в финансовых приложениях, основанных на конфиденциальных смарт-контрактах с применением ZKP. Dusk Network можно применять в разных сферах: в торговле ценными бумагами и другими активами, управлении цепочками поставок для отслеживания и проверки происхождения и подлинности товаров, обеспечения безопасных и конфиденциальных внутриигровых транзакций в GameFi-сегменте.  Для стимулирования участия в сети Dusk Network используется механизм консенсуса под названием Segregated Byzantine Agreement, предназначенный для обеспечения быстрых и безопасных подтверждений блоков. Кроме того, держатели токенов должны блокировать свои активы. За участие в валидации блоков и управлении пользователи получают дополнительные DUSK. Aztec Network. Достаточно крупный стартап, привлекший на ранних стадиях более $100 млн инвестиций. Разрабатываемый его сотрудниками стандарт под названием PLONK делает возможной двухуровневую систему обработки транзакций, совершенствуя zk-SNARK. Решение обеспечивает «проверяемую конфиденциальность», скрывая данные отправителя, получателя и сумму транзакции. В марте 2023 года проект сообщил о закрытии L2-сети Aztec Connect, оставив код в открытом доступе. Представители компании сообщили о планах дальнейшего развития нового варианта протокола — Noir на базе одноименного языка программирования. На июнь 2024 года проект предлагает разработчикам тестовую сеть Aztec с усовершенствованным фреймворком для написания смарт-контрактов Aztec.nr. ZKsync (ZK). Один из крупнейших разработчиков в сфере ZKP представляет собой первое EVM-совместимое L2-решение на базе ZK-роллапов, построенное поверх блокчейна Ethereum. Реализация основана на технологии zkEVM, предназначенной для масштабирования смарт-контрактов путем объединения ZKP и возможностей виртуальной машины Ethereum. Для удобства интеграции и создания ZKP-решений в других проектах разработчики компании Matter Labs реализовали функцию ZK Stack. На ее базе уже создаются такие проекты, как DeSoc-площадка Lens Protocol, DEX нового поколения GRVT, приложения PlayChain, Sophon и Space and Time. Также о намерении присоединиться к экосистеме заявил блокчейн Cosmos.  Polygon zkEVM (MATIC). Это L2-решение, разработанное компанией Polygon и использующее технологию ZK-роллапов. Виртуальная машина развернута поверх основного слоя Polygon PoS и обеспечивает безопасность и децентрализацию Ethereum. Технология zkEVM предоставляет совместимость с существующими смарт-контрактами и dapps в сети Ethereum. Это позволяет разворачивать приложения в экосистеме без необходимости в значительных изменениях кода.  zk-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Arguments of Knowledge). Протокол доказательства достоверности, работающий как усовершенствованная версия SNARK — более масштабируемый и не требующий процедуры доверенной установки. Этот криптографический механизм разработала израильская компания StarkWare Industries, создавшая ZK-роллап второго уровня StarkNet. Среди основателей проекта — криптограф Эли Бен-Сассон, соавтор технологии STARK, который также ранее участвовал в создании Zсash. В феврале 2024 года команда провела аирдроп токена STRK. В том же месяце разработчики StarkNet из Herodotus в партнерстве со StarkWare представили Cairo Verifier — систему проверки криптографических доказательств для масштабирования L3-сетей на собственном языке Cairo.  В марте 2024 года компания объявила о запуске нового средства для проверки ZKP под названием Stwo. Оно представляет собой реализацию протокола Circle STARK.    StarkWare разработала схожий с ZK Stack уровень для масштабирования и анонимности dapps — StarkEx. На нем уже запущены следующие проекты: dYdX, rhino.fi, Sorare, Immutable zkEVM, ApeX, Canvas. Инфраструктурные решения Расширение ZKP-экосистемы подразумевает удобство и понимание технологии не только разработчиками, но и обычными пользователями. Сегодня множество проектов вносят реальный вклад в развитие и улучшение пользовательского опыта, также помогая бизнесу адаптироваться к анонимному Web3 с помощью DePIN, кроссчейн-мостов, децентрализованных облачных сервисов и слоев доступности данных.  Среди них стоит выделить следующие проекты: Ankr (ANKR), Marlin (POND), PolyHedra Network (ZKJ), Avail (AVAIL), Snarkify, Dmail, zkBNB Chain, ENS. Недостатки ZKP Несмотря на очевидные достоинства, технология ZKP и развивающие ее проекты имеют негативные стороны: затраты на проверку доказательств. Этот процесс требует сложных вычислений и увеличивает расходы на газ для разработчиков; аппаратные затраты. Генерация доказательств с нулевым разглашением включает очень сложные вычисления, которые лучше всего выполняются на специализированных машинах. Так как эти аппараты дороги, они доступны только для коммерческих целей; угрозы со стороны квантовых вычислений. zk-SNARK использует эллиптическую кривую для криптографии, но развитие квантовых компьютеров может в будущем нарушить эту модель безопасности. zk-STARK считается защищенным от подобных угроз, так как он полагается только на устойчивые к коллизиям хеш-функции, которые сложнее взломать; допущения о доверии. В zk-SNARK публичные параметры создаются через церемонию доверенной установки, участники которой считаются честными. Однако нет реального способа это проверить. В то же время исследователи работают над недоверенными настройками для данного протокола, чтобы повысить безопасность механизмов доказательств. Заключение Вместе с блокчейнами первого уровня, ZK-роллапами и архитектурными решениями ZKP готовы преобразовать блокчейн-индустрию, позволяя проектам создавать высокомасштабируемые, экономичные и передовые dapps, но сохраняя при этом конфиденциальность пользователей. Кроме того, скрывая информацию, они также могут способствовать незаконной деятельности, создавая трудности в области регулирования и соответствия законодательству. Несмотря на то, что существуют другие решения второго уровня, которые могут предложить лучшую архитектуру для определенных приложений, ZK-роллапы, Validiums и Volitions будут привлекать большое количество пользователей среди частных лиц и предприятий по мере того как индустрия движется к массовому принятию. По данным CoinGecko, на 14 июня 2024 года общая капитализация категории ZK достигла $18 млрд. Текст: Сергей Голубенко 

Get Crypto Newsletter
Read the Disclaimer : All content provided herein our website, hyperlinked sites, associated applications, forums, blogs, social media accounts and other platforms (“Site”) is for your general information only, procured from third party sources. We make no warranties of any kind in relation to our content, including but not limited to accuracy and updatedness. No part of the content that we provide constitutes financial advice, legal advice or any other form of advice meant for your specific reliance for any purpose. Any use or reliance on our content is solely at your own risk and discretion. You should conduct your own research, review, analyse and verify our content before relying on them. Trading is a highly risky activity that can lead to major losses, please therefore consult your financial advisor before making any decision. No content on our Site is meant to be a solicitation or offer.