Phân tích công nghệ zkTLS: Phá vỡ các hòn đảo dữ liệu Web2 và Web3

Gần đây, khi khám phá hướng dự án mới, tôi đã gặp một công nghệ mới - zkTLS. Sau khi nghiên cứu sâu, tôi đã tổng hợp những trải nghiệm học tập của mình như sau, hy vọng có thể chia sẻ với mọi người.

zkTLS là một công nghệ mới kết hợp giữa chứng minh không biết (ZKP) và TLS (Giao thức bảo mật tầng truyền tải). Trong lĩnh vực Web3, nó chủ yếu được sử dụng trong môi trường máy ảo trên chuỗi, có thể xác minh tính xác thực của dữ liệu HTTPS bên ngoài mà không cần tin tưởng vào bên thứ ba. Tính xác thực ở đây bao gồm ba khía cạnh: nguồn dữ liệu thực sự đến từ một tài nguyên HTTPS cụ thể, dữ liệu trả về không bị giả mạo, và tính kịp thời của dữ liệu có thể được đảm bảo. Thông qua cơ chế thực hiện mật mã này, các hợp đồng thông minh trên chuỗi có khả năng truy cập đáng tin cậy vào tài nguyên Web2 HTTPS bên ngoài, từ đó phá vỡ những hòn đảo dữ liệu.

Giới thiệu về giao thức TLS

TLS (Giao thức bảo mật tầng truyền tải) được sử dụng để cung cấp mã hóa, xác thực và toàn vẹn dữ liệu trong giao tiếp mạng, đảm bảo việc truyền tải dữ liệu an toàn giữa khách hàng (chẳng hạn như trình duyệt) và máy chủ (chẳng hạn như trang web). Giao thức HTTPS chính là dựa trên giao thức HTTP với việc sử dụng giao thức TLS để đảm bảo tính riêng tư và toàn vẹn của thông tin truyền tải, đồng thời làm cho tính xác thực của máy chủ trở nên có thể xác minh.

Các vấn đề chính mà giao thức TLS giải quyết bao gồm:

1. Giao tiếp mã hóa: Sử dụng mã hóa đối xứng (như AES, ChaCha20) để bảo vệ dữ liệu, ngăn chặn nghe lén.
2. Xác thực danh tính: Xác minh danh tính của máy chủ thông qua chứng chỉ số được cấp bởi bên thứ ba cho các tổ chức chỉ định (như chứng chỉ X.509), nhằm ngăn chặn các cuộc tấn công của kẻ trung gian.
3. Tính toàn vẹn dữ liệu: Sử dụng HMAC (Mã xác thực tin nhắn băm) hoặc AEAD (Mã hóa xác thực) để đảm bảo dữ liệu không bị giả mạo.

Giao thức HTTPS dựa trên giao thức TLS được chia thành hai giai đoạn trong quá trình trao đổi dữ liệu: giai đoạn bắt tay và giai đoạn truyền dữ liệu. Quy trình cụ thể bao gồm bốn bước: khách hàng gửi ClientHello, máy chủ gửi ServerHello, khách hàng xác thực máy chủ và bắt đầu giao tiếp mã hóa.

Những khó khăn trong việc thu thập dữ liệu trong Web3

Trong phát triển ứng dụng Web3, hợp đồng thông minh trên chuỗi gặp khó khăn khi truy cập dữ liệu ngoài chuỗi. Để đảm bảo tính khả truy xuất của dữ liệu và an toàn cho cơ chế đồng thuận, máy ảo trên chuỗi không mở khả năng gọi dữ liệu bên ngoài. Để giải quyết vấn đề này, một loạt các dự án oracle như Chainlink và Pyth đã ra đời. Các dự án này đóng vai trò như cầu nối giữa dữ liệu trên chuỗi và dữ liệu ngoài chuỗi, nhằm phá vỡ hiện tượng cô lập dữ liệu.

Tuy nhiên, giải pháp thu thập dữ liệu dựa trên Oracle gặp phải hai vấn đề chính:

1. Chi phí quá cao: Để đảm bảo tính xác thực của dữ liệu, Oracle cần dựa vào cơ chế đồng thuận PoS, điều này mang lại chi phí duy trì cao.
2. Hiệu suất quá thấp: Cơ chế PoS yêu cầu một khoảng thời gian nhất định để đạt được sự đồng thuận, dẫn đến độ trễ dữ liệu trên chuỗi, không thuận lợi cho các tình huống truy cập tần suất cao.

Giải pháp zkTLS

Công nghệ zkTLS thông qua việc giới thiệu thuật toán ZKP (bằng chứng không kiến thức) cho phép hợp đồng thông minh trên chuỗi trực tiếp xác minh dữ liệu mà một nút cung cấp như một bên thứ ba, đảm bảo dữ liệu đến từ tài nguyên HTTPS cụ thể và không bị giả mạo. Phương pháp này tránh được chi phí sử dụng cao do thuật toán đồng thuận của Oracle truyền thống.

Ý tưởng cốt lõi của zkTLS là bảo vệ thông qua mật mã, thay thế chi phí cao của cơ chế đồng thuận dựa trên Oracle truyền thống để mang lại khả năng sử dụng cho dữ liệu. Việc thực hiện cụ thể bao gồm:

1. Xử lý dữ liệu nhận được từ yêu cầu tài nguyên HTTPS của nút trung gian ngoài chuỗi.
2. Xử lý thông tin xác thực chứng chỉ CA liên quan
3. Tạo chứng minh tuần tự
4. Chứng minh tính toàn vẹn dữ liệu dựa trên HMAC hoặc AEAD

Bằng cách tính toán để tạo ra Proof và duy trì các thông tin xác thực cần thiết cũng như thuật toán xác thực trên chuỗi, hợp đồng thông minh có thể xác thực tính xác thực, tính thời gian và độ tin cậy của nguồn dữ liệu mà không tiết lộ thông tin quan trọng.

Triển vọng ứng dụng của zkTLS

Công nghệ zkTLS đã giảm chi phí đạt được khả năng sử dụng của tài nguyên HTTPS Web2, kích thích nhiều nhu cầu mới, bao gồm:

1. Giảm chi phí thu thập giá trên chuỗi cho tài sản dài đuôi.
2. Sử dụng các trang web uy tín trong thế giới Web2 để thực hiện KYC trên chuỗi, tối ưu hóa DID
3. Cải thiện thiết kế kiến trúc kỹ thuật của trò chơi Web3

Tuy nhiên, zkTLS đã đặt ra thách thức cho các doanh nghiệp Web3 hiện tại, đặc biệt là các dự án oracle chính thống. Để đối phó với sự thay đổi này, các ông lớn trong ngành như Chainlink, Pyth đang tích cực nghiên cứu các hướng liên quan và khám phá các mô hình kinh doanh mới, chẳng hạn như chuyển từ tính phí theo thời gian sang tính phí theo mức sử dụng, Compute as a service, v.v.

Hiện tại, công nghệ zkTLS đang gặp phải những khó khăn chính tương tự như hầu hết các dự án ZK, đó là làm thế nào để giảm chi phí tính toán, để nó có giá trị thương mại.

Trong thiết kế sản phẩm, việc chú ý đến sự phát triển của zkTLS và tích hợp kịp thời công nghệ này có thể mang lại hướng đi mới cho đổi mới kinh doanh và tối ưu hóa kiến trúc công nghệ. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ, zkTLS có khả năng đóng vai trò quan trọng trong việc phá vỡ các hòn đảo dữ liệu giữa Web2 và Web3, cung cấp những khả năng mới cho sự phát triển của các ứng dụng blockchain.