zk-SNARKs: Perkembangan dari Teori ke Praktik

zk-SNARKs(ZKP) sebagai teknologi yang menjadi sorotan di industri blockchain, telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir. Artikel ini akan meninjau sejarah perkembangan ZKP, membahas prinsip dasar dan aplikasi utamanya, serta memberikan pemahaman yang lebih jelas tentang kompleksitas bidang ini kepada pembaca.

Satu, perkembangan zk-SNARKs

Sistem modern zk-SNARKs berasal dari makalah yang ditulis oleh Goldwasser, Micali, dan Rackoff pada tahun 1985. Makalah ini membahas tentang bagaimana membuktikan kebenaran suatu pernyataan melalui interaksi multi-langkah dalam sistem interaktif, tanpa mengungkapkan informasi tambahan. Meskipun sistem interaktif ini benar secara probabilitas, tetapi tidak sempurna.

Kemunculan sistem non-interaktif (NP) membuat zk-SNARKs menjadi lebih sempurna. Namun, sistem zk-SNARKs awal masih memiliki kekurangan dalam hal efisiensi dan kegunaan, terutama masih berada di tingkat teoritis. Hanya dalam sepuluh tahun terakhir, dengan bangkitnya kriptografi di bidang cryptocurrency, zk-SNARKs benar-benar memasuki tahap praktis.

Makalah Groth tahun 2010 menjadi dasar teoretis untuk zk-SNARKs, yang merupakan tonggak penting dalam pengembangan ZKP. Pada tahun 2015, mata uang privasi Z-cash untuk pertama kalinya menerapkan zero-knowledge proof dalam perlindungan privasi transaksi, membuka aplikasi luas ZKP.

Sejak itu, serangkaian hasil akademis mendorong perkembangan ZKP:

• Protokol Pinocchio 2013 mengompresi waktu pembuktian dan verifikasi
• Pada tahun 2016, Groth16 menyederhanakan ukuran bukti dan meningkatkan efisiensi verifikasi.
• Pada tahun 2017, Bulletproofs memperkenalkan zk-SNARKs yang ringkas dan efisien.
• Pada tahun 2018, zk-STARKs berhasil mewujudkan protokol ZKP tanpa pengaturan yang dapat dipercaya.

Teknologi lain seperti PLONK, Halo2, dan sebagainya juga telah memberikan perbaikan penting bagi zk-SNARK.

Dua, Aplikasi Utama zk-SNARKs

Dua aplikasi ZKP yang paling luas saat ini adalah perlindungan privasi dan skalabilitas.

Perlindungan Privasi

Proyek transaksi privasi awal seperti Z-cash dan Monero mendorong penerapan ZKP di bidang perlindungan privasi. Sebagai contoh Z-cash, yang menggunakan zk-SNARKs untuk mewujudkan privasi transaksi:

1. Menghasilkan kunci bukti dan kunci verifikasi pada tahap pengaturan sistem
2. Menghasilkan koin baru dan mencatat alamat publik serta komitmen koin
3. Menghasilkan bukti zk-SNARKs
4. Verifier memverifikasi kebenaran transaksi
5. Penerima menerima koin, jika perlu gunakan ulang langkah-langkah di atas.

Namun, tingkat penggunaan transaksi privasi dari proyek seperti Z-cash cukup rendah, menunjukkan bahwa kebutuhan privasi tidak sesuai dengan harapan. Sebaliknya, desain kolam pencampuran besar tunggal yang diterapkan oleh Tornado Cash lebih umum.

skalabilitas

Aplikasi ZKP dalam skalabilitas terutama adalah zk-rollup. zk-rollup memiliki dua jenis peran:

• Sequencer: bertanggung jawab untuk mengemas transaksi
• Aggregator: Menggabungkan banyak transaksi dan menghasilkan bukti ZKP

Keuntungan zk-rollup terletak pada biaya yang rendah, kecepatan transaksi yang cepat, dan perlindungan privasi. Namun, ada juga kekurangan seperti beban komputasi yang besar dan kebutuhan akan pengaturan yang dapat dipercaya.

Saat ini, proyek zk-rollup yang populer termasuk StarkNet, zkSync, Aztec, Polygon Hermez, dan lain-lain, yang dalam jalur teknologi utama memilih antara SNARK dan STARK, serta apakah mendukung EVM.

Kecocokan EVM adalah masalah penting. Beberapa proyek memilih untuk sepenuhnya kompatibel dengan opcode Solidity, sementara yang lain merancang mesin virtual baru yang kompatibel dengan Solidity. Peningkatan kecocokan EVM akan mempengaruhi ekosistem pengembangan ZK dan lanskap kompetisi.

Tiga, Prinsip Dasar zk-SNARKs

zk-SNARKs adalah salah satu solusi ZKP yang paling banyak digunakan saat ini. Ini memiliki karakteristik berikut:

• Zero Knowledge: Proses pembuktian tidak mengungkap informasi tambahan
• Singkat: ukuran bukti kecil
• Non-interactive: non-interaktif
• Argumen: memiliki keandalan komputasi
• of Knowledge: Pembuktian harus mengetahui informasi yang valid

Langkah-langkah dasar implementasi zk-SNARK adalah:

1. Mengubah masalah menjadi sirkuit
2. Mengonversi sirkuit ke bentuk R1CS
3. Mengubah R1CS menjadi bentuk QAP
4. Menghasilkan parameter acak untuk pengaturan tepercaya
5. Menghasilkan dan Memverifikasi Bukti zk-SNARKs

zk-SNARKs sebagai teknologi terdepan, sedang berkembang pesat baik di tingkat teori maupun aplikasi. Dengan semakin banyaknya proyek yang diluncurkan, ZKP diharapkan dapat memainkan peran yang lebih besar di bidang blockchain.