Viết bởi: Kyle Liu, Giám đốc đầu tư tại Bing Ventures

Bài học chính

Ngày càng có nhiều nhóm áp dụng công nghệ chứng minh không có kiến ​​thức trong cơ sở hạ tầng blockchain và dApps. Tuy nhiên, hầu hết các dự án đều được phát triển dựa trên Ethereum. Tuy nhiên, Bitcoin và bằng chứng không có kiến ​​thức thực sự có sự kết hợp tự nhiên của các gen và lĩnh vực này hiện đang thiếu sự quan tâm xứng đáng. Sự kết hợp giữa công nghệ chứng minh không có kiến ​​thức và Bitcoin sẽ mang lại sức mạnh gì cho mạng Bitcoin? Trong bài viết nghiên cứu của Bing Ventures này, chúng ta sẽ khám phá chủ đề này từ góc độ nguyên tắc kỹ thuật và triển vọng ứng dụng.

Bằng chứng không có kiến ​​thức (ZKP) là một phương pháp toán học cho phép một bên (được gọi là người chứng minh) chứng minh một sự thật cho một bên khác (được gọi là người xác minh) ​​mà không cung cấp cho người xác minh bất kỳ thông tin nào về bằng chứng. Cách tiếp cận này rất hiệu quả trong việc bảo vệ quyền riêng tư vì người chứng minh có thể cung cấp bằng chứng cho người xác minh mà không tiết lộ bất kỳ thông tin nào về bản thân bằng chứng đó.

Bitcoin có thể được kết hợp một cách tự nhiên với các bằng chứng không có kiến ​​thức. Bitcoin là một loại tiền ảo phi tập trung sử dụng blockchain để ghi lại các giao dịch và mọi thông tin giao dịch đều được công khai. Tuy nhiên, điều này cũng có nghĩa là bất kỳ ai cũng có thể xem thông tin giao dịch Bitcoin nên có nguy cơ rò rỉ quyền riêng tư. Bằng chứng không có kiến ​​thức có thể giải quyết vấn đề này.

Bằng cách sử dụng bằng chứng không có kiến ​​thức, người dùng Bitcoin có thể mã hóa thông tin giao dịch và chứng minh tính hợp lệ của nó mà không bị rò rỉ thông tin, từ đó đạt được mức độ bảo vệ quyền riêng tư cao hơn. Bằng chứng không có kiến ​​thức cũng có thể cải thiện khả năng mở rộng của Bitcoin. Hiện tại, tốc độ giao dịch của Bitcoin bị giới hạn bởi kích thước của blockchain và tắc nghẽn mạng, điều này hạn chế việc sử dụng nó trong các ứng dụng thương mại quy mô lớn. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng bằng chứng không có kiến ​​thức, người dùng Bitcoin có thể xử lý một lượng lớn thông tin giao dịch và nén kích thước bằng chứng của họ xuống kích thước cực nhỏ, từ đó cải thiện khả năng mở rộng và hiệu quả của Bitcoin.

Nền tảng và lý do

ZK-SNARK và ZK-STARK

ZK-SNARK và ZK-STARK đều là các biến thể của bằng chứng không có kiến ​​thức. Điểm chung của chúng là chứng minh tính hợp lệ của một số dữ liệu hoặc hoạt động nhất định mà không tiết lộ thông tin nhạy cảm. Tuy nhiên, chúng khác nhau về cách triển khai, hiệu suất và phạm vi ứng dụng.

ZK-SNARK và ZK-STARK

ZK-SNARK và ZK-STARK đều là các biến thể của bằng chứng không có kiến ​​thức. Điểm chung của chúng là chứng minh tính hợp lệ của một số dữ liệu hoặc hoạt động nhất định mà không tiết lộ thông tin nhạy cảm. Tuy nhiên, chúng khác nhau về cách triển khai, hiệu suất và phạm vi ứng dụng.

ZK-SNARKs (Đối số kiến ​​thức không tương tác ngắn gọn không có kiến ​​thức) là một công nghệ chứng minh không có kiến ​​thức dựa trên mật mã đường cong elip. Nó có thể biến một bài toán tính toán phức tạp thành một bài chứng minh đơn giản, rất nhỏ và không cần tương tác. Điều này có nghĩa là ZK-SNARK có thể xác minh tính chính xác của phép tính mà không tiết lộ bất kỳ thông tin tính toán nào. Các lĩnh vực ứng dụng của ZK-SNARK chủ yếu bao gồm tiền điện tử và bảo vệ quyền riêng tư.

ZK-STARKs (Đối số kiến ​​thức trong suốt có thể mở rộng kiến ​​thức bằng không) là một loại công nghệ chứng minh không có kiến ​​thức mới, linh hoạt và an toàn hơn ZK-SNARK. Việc triển khai ZK-STARK không dựa vào mật mã đường cong elip mà sử dụng các hàm băm và kỹ thuật nội suy đa thức. Điều này làm cho ZK-STARK trở nên đáng tin cậy hơn vì nó không dựa vào các câu đố toán học không thể đoán trước mà dựa vào tính không thể đảo ngược của hàm băm. Ngoài ra, kích thước bằng chứng của ZK-STARK lớn hơn ZK-SNARK, nhưng bằng chứng của nó có khả năng xác minh tốt hơn nên có thể áp dụng cho nhiều lĩnh vực hơn, chẳng hạn như điện toán phân tán và bảo mật IoT.

Khó khăn trong việc sử dụng bằng chứng không có kiến ​​thức về Bitcoin

Lấy Zcash làm ví dụ. Zcash sử dụng ZK-SNARK trong công nghệ chứng minh không có kiến ​​thức. Công nghệ này có thể được sử dụng để ẩn chi tiết giao dịch, bao gồm số tiền giao dịch, danh tính người tham gia, v.v., để đạt được sự bảo vệ quyền riêng tư tốt hơn. Nguyên lý kỹ thuật của Zcash sử dụng ZK-SNARKS đại khái như sau:

Tuy nhiên, công nghệ chứng minh không có kiến ​​thức được Zcash sử dụng cũng có một số hạn chế. Trước hết, Zcash dựa trên UTXO, có nghĩa là thông tin giao dịch không bị che khuất hoàn toàn mà chỉ bị chặn. Do đó, kẻ tấn công có thể suy ra một số thông tin hữu ích bằng cách phân tích các mẫu và lưu lượng thông tin giao dịch. Điều này cũng dẫn đến việc Zcash không hoàn toàn đáng tin cậy về mặt bảo vệ quyền riêng tư.

Thứ hai, Zcash là một mạng độc lập dựa trên Bitcoin, điều này khiến việc tích hợp nó với các ứng dụng khác trở nên khó khăn hơn. Điều này cũng hạn chế khả năng ứng dụng của nó trong phạm vi rộng hơn và cản trở sự phát triển của nó hơn nữa. Mặc dù Zcash thực hiện các giao dịch riêng tư nhưng mức sử dụng thực tế của nó không cao. Một lý do là chi phí của giao dịch riêng tư cao hơn nhiều so với giao dịch công khai, điều này hạn chế phạm vi ứng dụng của nó.

Thứ hai, Zcash là một mạng riêng biệt dựa trên Bitcoin, điều này khiến việc tích hợp nó với các ứng dụng khác trở nên khó khăn hơn. Điều này cũng hạn chế khả năng ứng dụng của nó trong phạm vi rộng hơn và cản trở sự phát triển của nó hơn nữa. Mặc dù Zcash thực hiện các giao dịch riêng tư nhưng mức sử dụng thực tế của nó không cao. Một lý do là chi phí của giao dịch riêng tư cao hơn nhiều so với giao dịch công khai, điều này hạn chế phạm vi ứng dụng của nó.

Ưu điểm kỹ thuật của ZK-STARK

Sử dụng công nghệ ZK-SNARK trên Bitcoin thực sự có thể đạt được tính ẩn danh trong giao dịch và bảo vệ quyền riêng tư, nhưng công nghệ này có một số thiếu sót, chẳng hạn như nhu cầu về cài đặt và thiết bị đáng tin cậy cũng như một lượng lớn tài nguyên máy tính và lưu trữ. Để giải quyết những vấn đề này, một số công nghệ chứng minh không có kiến ​​thức mới, chẳng hạn như công nghệ ZK-STARK, cũng đã xuất hiện.

Nói một cách đơn giản, quy trình ZK-STARKs bao gồm các bước sau:

So với công nghệ ZK-SNARKs, công nghệ ZK-STARKs có những ưu điểm sau:

Sự kết hợp giữa Bitcoin và ZK-STARK

Công nghệ EC-STARK

Công nghệ STARK là công nghệ chứng minh mật mã mới có thể giao tiếp với bên thứ ba bằng cách truyền dữ liệu trong khi vẫn duy trì quyền riêng tư của dữ liệu. Công nghệ này có thể di chuyển việc tính toán và lưu trữ dữ liệu xác minh ra ngoài chuỗi, do đó cải thiện khả năng mở rộng. So với công nghệ ZK-SNARK, công nghệ STARK tiên tiến hơn và có thể chống lại các cuộc tấn công từ máy tính lượng tử.

Công nghệ STARK là công nghệ chứng minh mật mã mới có thể giao tiếp với bên thứ ba bằng cách truyền dữ liệu trong khi vẫn duy trì quyền riêng tư của dữ liệu. Công nghệ này có thể di chuyển việc tính toán và lưu trữ dữ liệu xác minh ra ngoài chuỗi, do đó cải thiện khả năng mở rộng. So với công nghệ ZK-SNARK, công nghệ STARK tiên tiến hơn và có thể chống lại các cuộc tấn công từ máy tính lượng tử.

Công nghệ EC-STARK là thế hệ tiếp theo của công nghệ STARK và được thiết kế để cải thiện khả năng mở rộng và bảo mật của Bitcoin bằng cách thay thế hàm băm bằng các đường cong elip. Công nghệ này có thể làm cho các giải pháp mở rộng đã tồn tại trên Ethereum tương thích với Bitcoin. Sử dụng công nghệ EC-STARK, giao thức Bitcoin có thể chạy ngoài chuỗi và bằng chứng được lưu trữ trong STARK.

Nói tóm lại, Bitcoin có thể được mô phỏng trong STARK, cho phép xây dựng các giao thức rất phức tạp cho các token dựa trên Bitcoin bằng cách sử dụng cùng các khóa đường cong elip. Việc sử dụng công nghệ EC-STARK có thể chạy trong giao thức ngoài chuỗi của Bitcoin trong khi vẫn giữ bằng chứng trong STARK. Cách tiếp cận này không chỉ cải thiện khả năng mở rộng của Bitcoin mà còn cho phép xây dựng các giao thức rất phức tạp trên Bitcoin với mức độ bảo mật cao hơn.

Công nghệ này đưa khả năng mở rộng và quyền riêng tư của Bitcoin lên một tầm cao mới, biến Bitcoin trở thành một nền tảng tốt hơn. Bằng cách này, các nhà phát triển có thể tạo ra các ứng dụng phức tạp hơn trên Bitcoin, giúp vị thế của Bitcoin trên thị trường tiền điện tử ổn định hơn.

Triển vọng ứng dụng của ZK-STARK trong Bitcoin

Ứng dụng của ZK-STARK cũng phù hợp với triết lý thiết kế bảo thủ của Bitcoin và không yêu cầu bộ đáng tin cậy, thay vào đó, nó sử dụng các công nghệ như hàm băm, cây Merkle và đa thức để cải thiện tính minh bạch và bảo mật của Bitcoin. Một lợi thế của EC-STARKS so với Bitcoin là nó cải thiện quyền riêng tư của Bitcoin vì nó không yêu cầu công khai các chi tiết giao dịch. Một ưu điểm khác là nó làm giảm nhu cầu lưu trữ của Bitcoin vì nó nén lượng lớn dữ liệu thành một bằng chứng nhỏ. Một thách thức của EC-STARKS trên Bitcoin là nó đòi hỏi nhiều tài nguyên máy tính hơn vì nó cần thực hiện các phép toán phức tạp. Một thách thức khác là nó đòi hỏi sự phối hợp và tiêu chuẩn hóa nhiều hơn vì nó cần phải tương thích với giao thức và cơ sở hạ tầng hiện có của Bitcoin.

Từ góc độ triển khai kỹ thuật, ứng dụng ZK-STARK có thể được chia thành các nút nhẹ, nút đầy đủ và phương pháp xác minh. Các nút nhẹ có thể sử dụng stark để chứng minh trạng thái tiêu đề khối và đạt được sự đồng bộ hóa nhanh chóng. Các nút đầy đủ có thể đạt được bằng chứng hợp lệ thông qua trạng thái UTXO và sử dụng công nghệ utreexo để thể hiện trạng thái UTXO ở định dạng mới, loại bỏ nhu cầu xem toàn bộ trạng thái UTXO. Về phương thức xác minh, bạn chỉ cần cung cấp utreexo root + trạng thái cuối cùng để bắt đầu xác minh khối đến.

Ngoài ra, còn có nhiều hướng tiềm năng cho việc ứng dụng ZK-STARK. Ví dụ: việc kết hợp với giao thức Taro làm cho Bitcoin trở thành một tài sản linh hoạt hơn, mở rộng hơn nữa các kịch bản ứng dụng của Bitcoin. Bằng cách kết hợp ZK-STARK với TARO, khả năng mở rộng của giao thức TARO có thể được cải thiện để cho phép nó xử lý nhiều giao dịch hơn và hỗ trợ cho các ứng dụng quy mô lớn hơn sẽ mở ra cơ hội triển khai giao thức TARO trên nhiều chuỗi. Ngoài ra, quyền riêng tư của Bitcoin luôn là một vấn đề và việc áp dụng công nghệ ZK-STARK có thể cải thiện đáng kể quyền riêng tư của Bitcoin. Bằng cách sử dụng công nghệ ZK-STARKs, toàn bộ lịch sử giao dịch có thể được nén thành một giao dịch duy nhất, ẩn thông tin giao dịch của người dùng một cách hiệu quả.

Xem gì trong tương lai

Xem gì trong tương lai

Hơn nữa, ZK-STARK có thể được sử dụng để xác minh các giao dịch Bitcoin, bao gồm tuần tự hóa các giao dịch Bitcoin, tính toán SHA kép, hoạt động secp256k1, v.v. Những hoạt động này là cốt lõi của việc xác minh giao dịch Bitcoin. Việc sử dụng ZK-STARK có thể đảm bảo rằng quá trình xác minh các giao dịch Bitcoin có độ an toàn và độ tin cậy cao. ZK-STARK cũng có thể được sử dụng để xác minh chức năng tích hợp Cairo được tăng tốc của Bitcoin. Cairo là một hệ thống chứng minh không có kiến ​​thức hiệu quả, khi kết hợp với chức năng tích hợp Cairo được tăng tốc của Bitcoin, cho phép xác minh và bảo mật giao dịch Bitcoin hiệu quả.

ZK-STARK cũng có thể được sử dụng để triển khai tuần tự hóa TLV tài sản và nguyên thủy Taro, cũng như triển khai và xác minh MS-SMT, v.v. Các hoạt động này có thể bảo vệ hiệu quả quyền riêng tư và bảo mật của các giao dịch Bitcoin, đồng thời cải thiện hơn nữa độ tin cậy và độ tin cậy của các giao dịch Bitcoin. Là giải pháp lớp thứ hai cho các giao dịch Bitcoin, Lightning Network có thể đạt được các giao dịch Bitcoin hiệu quả hơn và an toàn hơn bằng cách kết hợp công nghệ ZK-STARK. Sử dụng công nghệ ZK-STARKs, các giao dịch Bitcoin trên Lightning Network có thể được xác minh nhanh chóng mà không ảnh hưởng đến quyền riêng tư của giao dịch.

Chúng tôi đang chứng kiến ​​ngày càng nhiều nhóm áp dụng công nghệ chứng minh không có kiến ​​thức trong cơ sở hạ tầng blockchain và dApps. Một số kế hoạch mới này có thể có khả năng đẩy nhanh việc áp dụng bằng chứng không có kiến ​​thức trong không gian blockchain và hỗ trợ quyền riêng tư cũng như khả năng mở rộng theo cách tốt hơn. Tuy nhiên, hầu hết các dự án đều được phát triển dựa trên Ethereum, trong khi Bitcoin thiếu sự quan tâm đúng mức trong lĩnh vực bằng chứng không có kiến ​​thức. Tệ hơn nữa, thực hành kỹ thuật theo một nghĩa nào đó đã không theo kịp thành tích học tập. Chúng ta cần triển khai và khám phá nhiều hơn trong lĩnh vực này, đồng thời cần dành nhiều sự quan tâm và hỗ trợ hơn cho lĩnh vực này.