zk-SNARK

Что такое zk-SNARK?

zk-SNARK — это криптографическая система доказательств, которая позволяет одной стороне доказать истинность утверждения, не раскрывая конфиденциальную информацию за этим утверждением.

Полная расшифровка zk-SNARK — Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge.

В криптовалюте zk-SNARK используются для поддержки приватных транзакций, масштабирования блокчейна, проверяемых вычислений, систем идентификации и приложений на основе доказательств.

zk-SNARK может подтвердить, что транзакция следует правилам протокола, не раскрывая публично каждую её деталь.

Это важно, поскольку многие блокчейны прозрачны по умолчанию: активность кошельков, балансы и шаблоны транзакций могут быть видны каждому, кто использует обозреватель блокчейна.

В официальном объяснении Ethereum доказательств с нулевым разглашением zk-SNARK описываются как системы доказательств, способные проверять информацию, не раскрывая саму информацию.

Zcash также объясняет в руководстве по zk-SNARK, что эта технология позволяет человеку доказать владение определённой информацией, не раскрывая её.

Для криптопользователей простое значение заключается в том, что zk-SNARK помогают блокчейнам проверять истинность, не вынуждая пользователей раскрывать лишние данные.

Почему zk-SNARK важны в криптоиндустрии

zk-SNARK важны, поскольку криптосетям необходимы конфиденциальность, масштабируемость и проверка с минимизацией доверия.

Публичный блокчейн полезен, потому что любой может проверить соблюдение правил.

Однако полная прозрачность может создавать проблемы конфиденциальности для пользователей, компаний, трейдеров, доноров, систем выплаты зарплат и децентрализованных приложений.

Если каждый баланс кошелька и путь транзакции видны навсегда, пользователи могут потерять финансовую конфиденциальность, даже не делая ничего неправомерного.

zk-SNARK помогают решить часть этой проблемы, позволяя сети проверять корректность без раскрытия всех чувствительных деталей.

Они также полезны для масштабирования, поскольку блокчейн может проверить компактное доказательство вместо повторного исполнения большого объёма вычислений.

В документации Ethereum о роллапах с нулевым разглашением объясняется, что доказательства валидности подтверждают корректность офчейн-переходов состояния без необходимости повторного исполнения Ethereum каждой транзакции.

Это делает zk-SNARK важными для сетей Layer 2, децентрализованных финансов, платежей, игр, токенизированных активов и других криптоприложений с большим объёмом операций.

Короче говоря, zk-SNARK позволяют криптосистемам стать более конфиденциальными и эффективными, сохраняя сильную верификацию.

Расшифровка термина zk-SNARK

Часть «zk» означает zero-knowledge, или нулевое разглашение.

Нулевое разглашение означает, что доказательство может показать истинность чего-либо, не раскрывая секретные данные, использованные для подтверждения.

«S» означает succinct, или компактный.

Компактность означает, что доказательство имеет небольшой размер и быстро проверяется по сравнению с полным подтверждаемым вычислением.

«N» означает non-interactive, или неинтерактивный.

Неинтерактивность означает, что доказывающая сторона может создать доказательство, которое проверяющая сторона способна проверить без длительного обмена сообщениями.

«ARK» означает Argument of Knowledge.

Argument означает, что доказательство безопасно при вычислительных предположениях.

Knowledge означает, что доказывающая сторона должна знать скрытую информацию, часто называемую свидетелем (witness), которая делает утверждение истинным.

В совокупности эти элементы делают zk-SNARK компактным доказательством, которое можно быстро проверить без раскрытия приватной информации.

Именно поэтому zk-SNARK мощны в блокчейн-системах, где важны стоимость проверки, раскрытие публичных данных и конфиденциальность пользователей.

Как работает zk-SNARK

zk-SNARK обычно включает доказывающую сторону, проверяющую сторону, публичное утверждение и приватный свидетель.

Доказывающая сторона создаёт доказательство.

Проверяющая сторона проверяет доказательство.

Публичное утверждение — это заявление, которое разрешено видеть всем.

Приватный свидетель — скрытая информация, подтверждающая истинность заявления.

Например, пользователь может захотеть доказать действительность приватной транзакции, не показывая публике отправителя, получателя или сумму.

zk-SNARK позволяет пользователю доказать соблюдение правил протокола транзакцией, не раскрывая эти выбранные детали.

Во многих системах вычисление сначала должно быть представлено в виде схемы или системы математических ограничений.

Схема определяет правила, которым должно соответствовать доказательство.

Если приватный свидетель удовлетворяет схеме, доказывающая сторона может создать действительное доказательство.

Затем проверяющая сторона проверяет его с помощью ключа верификации или алгоритма проверки.

Если доказательство действительно, проверяющая сторона принимает утверждение как истинное.

Если доказательство недействительно, она его отклоняет.

Этот процесс позволяет блокчейну применять правила, не узнавая всех данных пользователя.

Что делает zk-SNARK компактными?

Компактность — одно из главных преимуществ zk-SNARK.

Компактное доказательство достаточно мало для эффективного хранения, передачи и проверки.

Это важно для блокчейнов, поскольку каждый байт данных и каждый шаг проверки могут стоить денег.

Если доказательство очень велико или проверяется медленно, оно может быть слишком дорогим для ончейн-использования.

zk-SNARK ценны, поскольку часто могут создавать компактные доказательства, проверка которых значительно дешевле исходного вычисления.

Именно поэтому они применяются в системах масштабирования.

Система Layer 2 может обработать множество транзакций офчейн, создать доказательство и отправить его в базовый блокчейн.

Базовому блокчейну необходимо лишь проверить доказательство вместо обработки каждой транзакции отдельно.

Это может снизить перегрузку сети и сделать транзакции доступнее для пользователей.

Компактность также помогает системам конфиденциальности, поскольку небольшое доказательство может подтвердить соблюдение правил без раскрытия приватных деталей транзакции.

Что делает zk-SNARK неинтерактивными?

Неинтерактивность означает, что доказывающая сторона может создать одно доказательство, которое проверяющая сторона проверит позднее.

Это важно для блокчейнов, поскольку смарт-контракты не могут вести длительный приватный диалог с каждым пользователем.

Блокчейну нужны доказательства, которые можно передать как данные и проверить автоматически.

В более ранних интерактивных системах доказательств доказывающей и проверяющей сторонам могло требоваться несколько раундов общения.

Такой дизайн непрактичен для многих криптоприложений, поскольку блокчейн-транзакции должны быть финализированы, публичны и легко проверяемы нодами.

Неинтерактивное доказательство лучше подходит для смарт-контрактов и децентрализованных сетей.

Доказывающая сторона создаёт доказательство офчейн.

Доказательство отправляется в блокчейн или другой проверяющий механизм.

Проверяющая сторона проверяет его в рамках одного процесса верификации.

Такая структура делает zk-SNARK полезными для приватных платежей, роллапов, мостов, доказательств идентификации и систем ончейн-проверки.

zk-SNARK и конфиденциальность

zk-SNARK часто связывают с конфиденциальностью, поскольку они могут скрывать чувствительную информацию, одновременно доказывая действительность транзакции.

В криптоплатеже, ориентированном на конфиденциальность, zk-SNARK может подтвердить, что у отправителя достаточно средств, средства не расходуются дважды и транзакция следует правилам.

Публичный блокчейн может принять транзакцию, не показывая всем её детали.

В документации Zcash объясняется, что Zcash использует защищённые адреса и zk-SNARK для поддержки транзакций с сохранением конфиденциальности в своём базовом руководстве Zcash.

Это не означает, что каждое приложение zk-SNARK конфиденциально по умолчанию.

Некоторые системы используют zk-SNARK главным образом для масштабируемости, а не конфиденциальности.

В таких системах данные транзакций могут оставаться публичными, но доказательство помогает эффективнее проверять корректность.

Пользователям всегда следует проверять, какая информация скрыта, какая публична и какие метаданные всё ещё могут быть видимы.

zk-SNARK — это инструмент конфиденциальности, однако конфиденциальность зависит от реализации инструмента.

zk-SNARK и масштабирование блокчейна

zk-SNARK также важны для масштабирования блокчейна.

Масштабирование означает помощь блокчейну в поддержке большего числа пользователей и транзакций без чрезмерного удорожания или усложнения проверки сети.

В zkRollup множество транзакций обрабатывается офчейн, а затем подтверждается доказательством валидности.

Базовая сеть проверяет доказательство и принимает обновлённое состояние, если оно действительно.

Этот подход может экономить блоковое пространство, поскольку базовой сети не нужно повторно выполнять каждую транзакцию.

В руководстве Ethereum по zk-роллапам объясняется, что такие системы переносят вычисления и хранение состояния офчейн, публикуя доказательства и выбранные данные на базовом уровне.

zk-SNARK — одна из возможных систем доказательств для такого дизайна масштабирования.

Они могут помочь снизить комиссии, повысить пропускную способность и упростить использование децентрализованных приложений.

Это особенно полезно для приложений, которым требуются частые транзакции, например игр, платежей, свопов, кредитования и ончейн-социальных инструментов.

По мере роста внедрения блокчейна zk-SNARK могут стать важнее, поскольку пользователи ожидают быстрых приложений без отказа от безопасности.

zk-SNARK и доверенная установка

Доверенная установка — один из наиболее обсуждаемых рисков, связанных с некоторыми системами zk-SNARK.

Доверенная установка — это процесс создания криптографических параметров для генерации и проверки доказательств.

Если секретные материалы установки не будут корректно уничтожены, злоумышленник в некоторых системах может получить возможность создавать поддельные доказательства.

Этот секретный материал иногда называют «токсичными отходами».

Более ранние конструкции zk-SNARK часто требовали доверенной установки, создавая для пользователей дополнительные предположения о доверии.

Некоторые системы снижают этот риск с помощью многосторонних церемоний, в которых множество участников вносит случайность.

Идея состоит в том, что установка остаётся безопасной, если хотя бы один честный участник уничтожает свой секретный вклад.

Новые системы доказательств также стремятся сократить или устранить требования к доверенной установке.

Electric Coin Company объясняет, что Halo 2 был разработан как высокопроизводительная реализация zk-SNARK, устраняющая необходимость в доверенной установке.

На странице обновления Zcash NU5 также указано, что обновление перевело Zcash на систему доказательств Halo и устранило необходимость доверенной установки.

Это важно, поскольку показывает, что технология zk-SNARK продолжает развиваться.

Пользователям не следует предполагать, что все zk-SNARK имеют одинаковую модель установки.

Точные предположения о безопасности зависят от системы доказательств, реализации и дизайна протокола.

zk-SNARK и zk-STARK

zk-SNARK и zk-STARK — это системы доказательств с нулевым разглашением, но они предполагают разные компромиссы.

zk-SNARK обычно известны небольшим размером доказательств и эффективной проверкой.

zk-STARK обычно известны прозрачностью, масштабируемостью для крупных вычислений и отсутствием необходимости доверенной установки.

В документации Ethereum о доказательствах с нулевым разглашением отмечается, что zk-STARK обычно создают более крупные доказательства, чем zk-SNARK, что может привести к более высоким накладным расходам на проверку.

Это означает, что zk-SNARK могут быть привлекательны, когда размер доказательства и стоимость ончейн-проверки особенно важны.

Однако многие системы zk-SNARK опираются на криптографические предположения, которые могут быть менее устойчивыми к мощным квантовым компьютерам в будущем, чем системы на основе хеш-функций.

zk-STARK часто называют более устойчивыми к квантовым атакам, поскольку они обычно используют устойчивые к коллизиям хеш-функции.

Это не означает, что одна система всегда лучше другой.

Разработчик может выбрать zk-SNARK для компактных доказательств и зрелых инструментов.

Разработчик может выбрать zk-STARK для прозрачной установки и других долгосрочных предположений о безопасности.

Лучшая система доказательств зависит от потребностей приложения, ограничений стоимости, модели безопасности и целей пользовательского опыта.

zk-SNARK в приватных транзакциях

Приватные транзакции — один из наиболее известных сценариев использования zk-SNARK.

Публичный блокчейн может проверять, что монеты не создаются из ничего и пользователи не совершают двойную трату.

В то же время zk-SNARK могут скрывать выбранные детали транзакции от публичного просмотра.

Это создаёт баланс между проверкой и конфиденциальностью.

Например, защищённая транзакция может подтвердить, что отправитель имеет право потратить определённые средства, не показывая публике, какие именно средства расходуются.

Она также может скрывать получателя и сумму в зависимости от дизайна протокола.

Это может защищать пользователей от финансового наблюдения, целевых атак, утечки бизнес-аналитики и нежелательного публичного раскрытия.

Конфиденциальность не означает отсутствия правил в системе.

Хорошо спроектированная система zk-SNARK может обеспечивать соблюдение правил, уменьшая ненужное раскрытие информации.

Поэтому многие сторонники конфиденциальности считают доказательства с нулевым разглашением практичным способом сделать криптовалюту полезнее для обычной финансовой деятельности.

zk-SNARK в децентрализованной идентификации

zk-SNARK также могут поддерживать децентрализованную идентификацию.

В системах идентификации пользователям часто нужно доказать что-либо о себе, не раскрывая все личные сведения.

Например, пользователю может потребоваться доказать, что он достиг определённого возраста, принадлежит к определённой группе или соответствует требованию, не раскрывая полную личность.

zk-SNARK может доказать требуемый факт, сохраняя дополнительные данные конфиденциальными.

Это может помочь уменьшить утечки данных, поскольку приложениям не нужно собирать больше персональной информации, чем необходимо.

В криптоиндустрии это может поддерживать конфиденциальный контроль доступа, проверки соответствия требованиям, системы голосования, инструменты репутации и системы определения права на аирдроп.

Это также может помочь пользователям избежать связывания каждого ончейн-действия с одной публичной личностью.

Ключевая идея — выборочное раскрытие.

Пользователи могут доказать необходимое, не раскрывая всё.

zk-SNARK в подтверждении резервов и аудите

zk-SNARK могут использоваться в системах подтверждения резервов и аудита.

Компания или протокол могут захотеть доказать соответствие финансовому условию, не раскрывая каждый кошелёк, баланс клиента или внутреннюю запись.

Доказательство с нулевым разглашением может помочь подтвердить выбранные факты, сохраняя чувствительные детали конфиденциальными.

Например, система может доказать, что общие активы превышают общие обязательства, не раскрывая публично каждый аккаунт пользователя.

Такой подход может повысить прозрачность и снизить риски конфиденциальности.

Однако доказательства с нулевым разглашением сами по себе не решают все проблемы аудита.

Доказательство должно основываться на корректных данных.

Обязательства должны быть полными.

Активы должны контролироваться организацией, которая делает заявление.

Схема доказательства должна соответствовать заявлению.

Это означает, что аудиты на основе zk-SNARK всё ещё требуют надёжного контроля данных, ясной методологии и независимой проверки.

Доказательство надёжно лишь настолько, насколько надёжно утверждение, которое оно подтверждает.

Преимущества zk-SNARK

Первое ключевое преимущество zk-SNARK — конфиденциальность.

Они могут доказать действительность транзакции или утверждения без раскрытия всей приватной информации.

Второе преимущество — небольшой размер доказательств.

Меньшие доказательства могут снизить затраты на ончейн-хранение и проверку.

Третье преимущество — быстрая проверка.

Проверяющая сторона может проверить доказательство значительно быстрее, чем повторить всё вычисление.

Четвёртое преимущество — масштабируемость.

zk-SNARK могут помочь системам Layer 2 пакетировать множество транзакций и эффективно доказывать их корректность.

Пятое преимущество — гибкий дизайн приложений.

Они могут поддерживать платежи, идентификацию, игры, финансы, управление, мосты и приватные вычисления.

Шестое преимущество — больший контроль пользователей над данными.

Вместо предоставления приложениям полного доступа к чувствительной информации пользователи могут доказывать только необходимое.

Ограничения zk-SNARK

Первое ограничение — сложность.

zk-SNARK сложно проектировать, реализовывать, аудировать и объяснять.

Второе ограничение — риск доверенной установки в некоторых системах доказательств.

Если установка требуется и проведена ненадлежащим образом, система может столкнуться с серьёзными проблемами безопасности.

Третье ограничение — риск схемы.

Если схема неверна, доказательство может корректно подтвердить неверное правило.

Четвёртое ограничение — риск реализации.

Ошибки в ПО доказывающей стороны, контрактах верификатора, кошельках, мостах или криптографических библиотеках могут привести к реальным убыткам.

Пятое ограничение — стоимость создания доказательств.

Генерация доказательств может требовать значительных вычислительных ресурсов, памяти и специализированной инженерной работы.

Шестое ограничение — непонимание со стороны пользователей.

Многие пользователи считают, что «zk» всегда означает полную конфиденциальность, но некоторые zk-системы используют доказательства главным образом для масштабирования.

Седьмое ограничение — утечка метаданных.

Даже если доказательство скрывает основные данные, поведение кошелька, время, информация о сети, депозиты, выводы или шаблоны использования приложений всё ещё могут раскрывать подсказки.

Вопросы безопасности о системе zk-SNARK

Пользователям следует выяснить, требует ли система доказательств доверенной установки.

Им следует уточнить, была ли установка универсальной, обновляемой, специфичной для схемы или полностью устранённой.

Им следует узнать, прошли ли смарт-контракты аудит.

Им следует узнать, проверяли ли схему доказательств независимые эксперты.

Им следует выяснить, скрывает ли система данные транзакций или лишь доказывает корректность исполнения.

Им следует проверить, зависит ли вывод средств от моста, секвенсора, ключа администратора или экстренного комитета.

Им следует узнать, могут ли пользователи безопасно выйти из системы, если оператор отключится.

Им следует узнать, как обеспечивается доступность данных.

Им следует проверить, ясно ли проект объясняет свою модель рисков.

Эти вопросы важны, поскольку zk-SNARK мощны, но не устраняют все риски криптосистемы.

Полная безопасность приложения zk-SNARK зависит от криптографии, программного обеспечения, управления, доступности данных, дизайна хранения активов и поведения пользователей.

Распространённые заблуждения о zk-SNARK

Одно из заблуждений заключается в том, что zk-SNARK автоматически делают каждую транзакцию приватной.

На деле конфиденциальность зависит от дизайна приложения и публикуемых данных.

Другое заблуждение состоит в том, что zk-SNARK полностью устраняют необходимость доверия.

Они уменьшают некоторые предположения о доверии, но пользователям всё ещё может понадобиться доверять качеству кода, дизайну установки, безопасности мостов, механизмам управления и ПО кошелька.

Третье заблуждение — что zk-SNARK полезны только для приватных монет.

Они также полезны для масштабирования, идентификации, игр, аудита и проверяемых вычислений.

Четвёртое заблуждение — что меньшие доказательства всегда означают лучшую систему.

Небольшие доказательства полезны, но также важны предположения о безопасности, стоимость создания доказательств, доступность данных и децентрализация.

Пятое заблуждение — что технология нулевого разглашения предназначена только для экспертов.

Пользователям не нужно понимать каждую математическую деталь, чтобы получать преимущества от приложений с zk-SNARK, но они должны знать базовые риски.

zk-SNARK и разработчики

Разработчики используют zk-SNARK, преобразуя логику приложений в формат, подходящий для доказательств.

Часто это означает написание схем или программ, определяющих, что должно быть доказано.

Схема может проверять балансы, подписи, принадлежность дереву Меркла, действительность транзакции, заявления об идентификации или правила игры.

Затем доказывающая сторона создаёт доказательство удовлетворения схемы.

Проверяющая сторона проверяет доказательство ончейн или офчейн.

Инструменты разработчиков улучшились, но разработка zk-SNARK всё ещё сложнее обычной разработки смарт-контрактов.

Разработчики должны тщательно учитывать ограничения, создание свидетелей, системы доказательств, стоимость проверки и предположения о безопасности.

Им также необходимо тестировать крайние случаи, поскольку небольшая ошибка может сделать приватную систему небезопасной или систему масштабирования некорректной.

Инициатива ZKProof существует для поддержки стандартизации, совместимости и практик безопасности доказательств с нулевым разглашением в индустрии.

Такая стандартизация важна, поскольку zk-SNARK могут защищать большие объёмы криптовалютной стоимости.

zk-SNARK простыми словами

zk-SNARK похож на доказательство того, что вы знаете ответ на головоломку, без показа самого ответа.

Человек, проверяющий доказательство, может убедиться, что вы знаете ответ.

Ему не нужно видеть ответ.

Ему также не нужно наблюдать, как вы решаете всю головоломку с самого начала.

В криптоиндустрии головоломкой может быть транзакция, проверка баланса, приватное заявление об идентификации или пакет активности Layer 2.

zk-SNARK доказывает соблюдение правил.

Блокчейн может быстро проверить доказательство.

Именно поэтому zk-SNARK полезны и для конфиденциальности, и для масштабируемости.

Они позволяют блокчейнам проверять больше, раскрывая меньше.

FAQ

Как расшифровывается zk-SNARK?

zk-SNARK расшифровывается как Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge.

Для чего zk-SNARK используется в криптоиндустрии?

zk-SNARK используется для подтверждения действительности транзакции, вычисления или приватного утверждения без раскрытия всей исходной информации.

zk-SNARK используются только для конфиденциальности?

Нет. zk-SNARK применяются для конфиденциальности, а также для масштабирования, идентификации, аудита, игр и проверяемых вычислений.

Почему доказательства zk-SNARK называют компактными?

Их называют компактными, поскольку доказательства имеют небольшой размер и могут быстро проверяться по сравнению с полным вычислением.

Что означает неинтерактивность в zk-SNARK?

Неинтерактивность означает, что доказывающая сторона может создать доказательство, которое проверяющая сторона сможет проверить без множества раундов общения.

Всем ли zk-SNARK нужна доверенная установка?

Нет. Некоторые системы zk-SNARK требуют доверенной установки, тогда как новые конструкции и реализации могут уменьшать или устранять это требование.

В чём разница между zk-SNARK и zk-STARK?

zk-SNARK обычно имеют более компактные доказательства и быструю проверку, тогда как zk-STARK обычно не требуют доверенной установки и используют другие предположения о безопасности.

Могут ли zk-SNARK снизить комиссии в блокчейне?

Да. В системах масштабирования zk-SNARK могут снижать комиссии, позволяя подтверждать множество транзакций совместно вместо их поочерёдного исполнения в базовой сети.

Безопасны ли zk-SNARK?

zk-SNARK могут быть безопасны, если система доказательств, схема, реализация, установка, смарт-контракты и модель управления тщательно спроектированы и проверены аудитом.

Скрывают ли zk-SNARK адреса кошельков?

Они могут скрывать адреса кошельков в некоторых системах, ориентированных на конфиденциальность, однако это зависит от дизайна протокола и публикуемых ончейн-данных.

Могут ли новички использовать приложения на базе zk-SNARK?

Да, новички могут использовать приложения на базе zk-SNARK, но им всё равно следует понимать базовые риски, такие как риски мостов, смарт-контрактов и утечки метаданных.

Почему zk-SNARK важны для Web3?

zk-SNARK важны для Web3, поскольку помогают приложениям проверять истинность, защищать пользовательские данные и эффективнее масштабировать активность блокчейна.

Заключение

zk-SNARK — один из важнейших криптографических инструментов в современной криптовалюте.

Он позволяет пользователю, приложению или сети доказывать истинность чего-либо без раскрытия всей конфиденциальной информации за доказательством.

Это делает zk-SNARK полезными для приватных транзакций, масштабирования Layer 2, децентрализованной идентификации, подтверждения резервов, игр, управления и проверяемых вычислений.

Главные сильные стороны zk-SNARK — компактный размер доказательств, быстрая проверка, защита конфиденциальности и высокая полезность для масштабирования блокчейна.

К основным рискам относятся предположения о доверенной установке в некоторых системах, ошибки схем, ошибки реализации, затраты на создание доказательств, утечка метаданных и непонимание со стороны пользователей.

Для криптопользователей главный вывод состоит в том, что zk-SNARK могут сделать блокчейны более конфиденциальными и эффективными, но не делают автоматически каждое приложение безопасным или анонимным.

Полная безопасность системы zk-SNARK зависит от дизайна доказательств, доступности данных, смарт-контрактов, управления, кошельков, мостов и аудитов.

По мере развития криптоприложений zk-SNARK, вероятно, останутся центральной частью будущей масштабируемой и сохраняющей конфиденциальность блокчейн-инфраструктуры.