Обнулевое Знание 101: От Доказательств до Копрограмм

Что такое нулевое знание?

Нулевая доказательство знания (ZKP) — это криптографический метод, который позволяет одной стороне, называемой доказателем, убедить другую сторону, проверяющего, что утверждение истинно, не раскрывая никакой информации, кроме истины самого утверждения. В технических терминах ZKP удовлетворяет трем основным свойствам: полнота, soundness и нулевая знание. Полнота гарантирует, что честные доказатели всегда могут убедить проверяющего, если утверждение истинно. Soundness гарантирует, что нечестные доказатели не могут обмануть проверяющего, заставив его принять ложное утверждение. Нулевая знание означает, что проверяющий не узнает ничего, кроме достоверности утверждения.

Эта концепция не просто теоретическая. Нулевые доказательства уже используются в современных криптографических системах для проверки личностей, валидации транзакций и обеспечения соблюдения политик без раскрытия частной информации. Они особенно хорошо подходят для блокчейн-приложений, где конфиденциальность и децентрализация являются ключевыми.

Почему блокчейны нуждаются в ZK (конфиденциальность + масштабируемость)

Публичные блокчейны, такие как Ethereum и Bitcoin, работают на принципе полной прозрачности. Каждый узел в сети должен повторно выполнять каждую транзакцию для её проверки. Хотя эта модель обеспечивает безопасность и консенсус, она обходится ценой масштабируемости и конфиденциальности. Доказательства с нулевым разглашением решают обе эти проблемы.

Для обеспечения конфиденциальности ZKP позволяют пользователям доказать что-то — например, что транзакция является действительной — не раскрывая содержимое транзакции. Это позволяет проводить конфиденциальные транзакции и использовать частную логику смарт-контрактов при сохранении публичной проверяемости. Для масштабируемости ZKP сжимают вычисления в сжатое доказательство. Это доказательство может быть быстро проверено в сети, даже если оригинальные вычисления были дорогими и времязатратными. Вместо выполнения полной логики на каждом узле, необходимо проверить только доказательство. Это значительно снижает затраты на газ и улучшает пропускную способность.

Технология нулевых знаний позволяет масштабировать блокчейны, не жертвуя доверием, и создавать частные приложения, не вводя централизованные посредники. Поскольку блокчейны становятся все более сложными и принимаются для массового использования, эти возможности становятся необходимыми.

От смарт-контрактов до вычислений вне цепи

Умные контракты преобразовали блокчейны в программируемые платформы. Они позволяют разработчикам создавать децентрализованные приложения, которые автоматически выполняют логику на основе заранее определенных правил. Однако умные контракты ограничены вычислительными возможностями самого блокчейна. Они должны выполняться в сети, где каждая операция является дорогой и публичной.

С увеличением сложности децентрализованных приложений эти ограничения становятся все более проблематичными. Выполнение крупных вычислений или доступ к обширным наборам данных в цепочке является непрактичным. В то же время пользователи все больше требуют конфиденциальности, которую стандартные смарт-контракты не могут обеспечить.

Чтобы решить эту проблему, разработчики начали переносить вычисления вне цепочки, сохраняя доверие с помощью криптографических доказательств. Здесь в игру вступают доказательства с нулевым разглашением. Вместо выполнения всей логики в цепочке, тяжелые вычисления выполняются вне цепочки, и только краткое доказательство результата отправляется в блокчейн. Это обеспечивает безопасность и проверяемость блокчейна при значительном улучшении производительности и конфиденциальности.

Этот переход от логики в блокчейне к оффчейновой верификации знаменует собой значительный сдвиг в архитектуре блокчейна. Он позволяет приложениям масштабироваться за пределами возможностей Ethereum Virtual Machine и поддерживает новые случаи использования, которые в противном случае были бы невозможны.

Представляем ZK Coprocessor: новый модульный уровень

Нулевой доказательство копроцессор - это специализированная оффчейн система, которая выполняет вычисления и генерирует криптографические доказательства их корректности. В отличие от смарт-контрактов, которые работают непосредственно в блокчейне, ZK копроцессор функционирует внешне. Он обрабатывает входные данные, выполняет вычисление с использованием zkVM или пользовательской схемы и производит нулевое доказательство. Это доказательство затем может быть представлено в цепочке для подтверждения того, что вычисление было выполнено корректно.

Идея сопроцессора заимствована из компьютерного оборудования. В традиционных системах сопроцессор — это отдельный процессор, используемый для выполнения специфических задач, таких как графика или арифметика с плавающей запятой. Аналогично, ZK сопроцессор разгружает сложную логику от блокчейна, позволяя основной цепи сосредоточиться на верификации, а не на выполнении.

ZK сопроцессоры вводят модульную среду выполнения. Разработчики могут создавать логику в специализированных внешних средах выполнения, выполнять крупные или частные вычисления там, а затем подтверждать проверенный результат и возвращать его в любую блокчейн-систему. Эта модульность позволяет создавать композируемые решения между цепочками, улучшает производительность и поддерживает более гибкий дизайн приложений.

Как это вписывается в стек блокчейна

В современной архитектуре блокчейна ZK сопроцессоры занимают промежуточный уровень между смарт-контрактами на цепочке и внешними источниками данных или вычислений. В основе находится сам блокчейн, который фиксирует состояние, обеспечивает соблюдение правил и проверяет доказательства. Над ним располагаются смарт-контракты, которые определяют публичную логику приложения и принимают входные данные от пользователей или других контрактов.

ZK сопроцессоры работают параллельно или ниже этих смарт-контрактов. Они получают входные данные — часто в виде calldata или подписанных сообщений — от пользователя или контракта, выполняют логику вне цепочки и генерируют доказательство с нулевым разглашением. Доказательство отправляется обратно в смарт-контракт, который проверяет его с помощью ключа верификатора. Если доказательство действительно, контракт обновляет свое состояние или инициирует ответ.

Эта архитектура становится все более модульной. Копроцессор может обслуживать несколько контрактов или приложений. Точно так же один контракт может работать с несколькими копроцессорами. Система также расширяема через цепочки. ZK копроцессор может вычислять доказательство для данных в одной цепочке и отправлять его в другую, что позволяет осуществлять межцепочечную интероперабельность с надежными гарантиями.