Chứng minh không kiến thức(ZKP) và zkps: Làm thế nào để cân bằng giữa quyền riêng tư và an toàn trong blockchain

Trong kỷ nguyên Web3, một mâu thuẫn cốt lõi ngày càng trở nên nổi bật: chúng ta cần xác minh blockchain minh bạch, nhưng chúng ta cần khẩn trương bảo vệ quyền riêng tư cá nhân. Công nghệ bằng chứng không kiến thức là chìa khóa cho câu đố này. Hãy tưởng tượng bạn đang vay tiền tại ngân hàng và cần chứng minh rằng bạn có đủ tài sản mà không tiết lộ số dư ngân hàng cụ thể của mình - zkps (hệ thống bằng chứng không kiến thức) có thể làm điều này. Nó mang lại cho người xác thực niềm tin rằng sự thật là chính xác, nhưng họ không bao giờ có thể rình mò chi tiết.

Logic cốt lõi của chứng minh zero-knowledge: đừng nói dối, chỉ ẩn nấp

Bằng chứng không kiến thức(ZKP)Về cơ bản, nó là một giao thức mật mã. Trong xác minh danh tính truyền thống, bạn cần giao hộ chiếu hoặc bằng lái xe để chứng minh danh tính của mình; Với công nghệ zkps, bạn chỉ cần tạo ra một bằng chứng toán học rằng bạn có một tài liệu hợp lệ mà không cần phải xuất trình bản gốc.

Bộ cơ chế này bao gồm ba vai trò chính:

• Người chứng nhận: một người cần chứng minh điều gì đó (chẳng hạn như bạn)
• Trình xác thực: Bên kia kiểm tra và chứng minh tính xác thực
• Bản thân bằng chứng: Một chuỗi dữ liệu được mã hóa chứa tất cả các thông tin cần thiết mà không bị rò rỉ chi tiết

Hoạt động của zkps tuân theo một nguyên tắc đơn giản: thông qua các phép toán phức tạp, người chứng minh được phép tạo ra một chứng minh “không thể phủ nhận” nhưng “không thể đảo ngược”. Người xác thực có thể xác minh tính hợp lệ của chúng, nhưng ngay cả khi họ nhận được tất cả dữ liệu bằng chứng, họ không thể đẩy lùi thông tin gốc ẩn - đó là ý nghĩa thực sự của “zero-knowledge”.

Ví dụ: trong các giao dịch tiền điện tử, zkps có thể xác minh rằng “giao dịch đã xảy ra”, “số tiền hợp pháp” và “người gửi có đủ tiền”, nhưng che giấu hoàn toàn thông tin nhạy cảm như số tiền giao dịch và danh tính của những người tham gia.

ZK Rollups: Cuộc cách mạng về khả năng mở rộng blockchain

Một trong những lĩnh vực hứa hẹn nhất cho bằng chứng không kiến thức là các giải pháp mở rộng quy mô Layer-2, đặc biệt là công nghệ ZK Rollups.

Tình thế tiến thoái lưỡng nan mà các blockchain truyền thống phải đối mặt là rõ ràng: Ethereum chỉ có thể xử lý khoảng 15 giao dịch mỗi giây, trong khi Visa có thể xử lý hàng nghìn giao dịch mỗi giây. Công nghệ zkps xác định lại tình trạng này với ZK Rollups.

Nguyên tắc rất khéo léo: Thay vì lưu trữ mọi giao dịch trên chuỗi, ZK Rollups đóng gói hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn giao dịch ngoài chuỗi theo lô và sau đó tạo bằng chứng không kiến thức để gửi đến mạng chính Ethereum. Mạng chính xác minh bằng chứng này, đảm bảo rằng tất cả các giao dịch là hợp pháp và không bị giả mạo mà không kiểm tra chi tiết giao dịch cụ thể.

Điều này mang lại lợi ích gì?

• Tốc độ giao dịch tăng hơn 100 lần: Off-chain batching nhanh hơn nhiều so với transaction-by-chain on-chain
• Phí giảm 90%: Giảm gánh nặng mainnet và giảm đáng kể phí gas
• Quyền riêng tư được tăng cường: Chi tiết giao dịch bị ẩn khỏi công khai
• Tính phi tập trung vẫn được duy trì: Cơ quan xác minh được phân cấp và không dựa vào một nút duy nhất

Sau khi kích hoạt ZK Rollups do ZKPS cung cấp, về mặt lý thuyết, Ethereum có thể đạt được khả năng xử lý hàng triệu giao dịch mỗi giây.

Bản đồ ứng dụng đa chiều của công nghệ zkps

Cuộc cách mạng về quyền riêng tư trong tài chính

Trong hệ sinh thái DeFi, zkps đang cách mạng hóa trải nghiệm người dùng. Hãy tưởng tượng tình huống sau:

• Cho vay ngầm: Người dùng có thể chứng minh rằng họ đáp ứng các tiêu chuẩn cho vay (chẳng hạn như đáp ứng điểm tín dụng) trong các giao thức DeFi mà không cần tiết lộ phân bổ tài sản cụ thể hoặc lịch sử cho vay
• Thanh toán ẩn danh: Chứng minh rằng bạn có đủ tiền khi mua hàng mà không tiết lộ tài khoản ngân hàng hoặc lịch sử giao dịch của mình
• Quyền riêng tư khi bỏ phiếu:D thành viên AO duy trì tính ẩn danh trong bỏ phiếu quản trị, cả tham gia vào việc ra quyết định và duy trì quyền riêng tư

Zcash là công ty tiên phong trong lĩnh vực này, sử dụng công nghệ zk-SNARK để che giấu hoàn toàn số tiền giao dịch và danh tính người tham gia. Ở một số quốc gia có mối quan tâm cao về quyền riêng tư, tỷ lệ chấp nhận của Zcash vượt xa Bitcoin.

Ứng dụng doanh nghiệp và chính phủ

Việc áp dụng zkps trong các kịch bản B2B cũng mang tính cách mạng không kém:

• Xác minh chuỗi cung ứng: Doanh nghiệp có thể chứng minh tính xác thực và nguồn gốc hàng hóa mà không cần lộ danh sách nhà cung cấp hoặc chi phí sản xuất
• Quyền riêng tư y tế: Bệnh nhân có thể chia sẻ hồ sơ bệnh án để nghiên cứu khoa học mà vẫn đảm bảo danh tính cá nhân và hồ sơ bệnh án được bảo mật hoàn toàn
• Các vấn đề chính phủ: Công dân có thể xác minh rằng họ đủ điều kiện nhận trợ cấp mà không cần gửi dữ liệu cá nhân đầy đủ

Kiểm soát danh tính và truy cập

Xác thực không cần mật khẩu là một hướng đi đặc biệt hứa hẹn:

• Người dùng không cần ghi nhớ mật khẩu, họ chỉ cần tạo zkps để chứng minh rằng họ biết mật khẩu
• Giảm nguy cơ bị tấn công lừa đảo, vì khóa riêng tư không bao giờ được truyền trực tuyến
• Hỗ trợ xác thực sinh trắc học mà không cần lưu trữ dữ liệu sinh trắc học

Các dự án trọng điểm thúc đẩy hệ sinh thái zkps

Lớp cơ sở hạ tầng

Vòng lặpVới ZK Rollups làm cốt lõi, thông lượng giao dịch của Ethereum được tăng lên hàng nghìn TPS và phí gas ít hơn 1% mạng chính. Nó đã trở thành một lựa chọn tiêu chuẩn cho các sàn giao dịch và thanh toán phi tập trung.

Phần mềm StarkWareCông nghệ zk-STARK (có khả năng chống lại các mối đe dọa điện toán lượng tử tốt hơn zk-SNARK) đã được phát triển và dựa trên điều này, môi trường lập trình Cairo được xây dựng để cho phép các nhà phát triển nhanh chóng triển khai các ứng dụng Layer-2.

Đồng bộ hóa ZKThiết kế tương thích với Ethereum cho phép các DApp hiện có di chuyển sang Layer-2 hỗ trợ zkps mà không cần thay đổi mã, giảm đáng kể chi phí di chuyển.

Lớp ứng dụng quyền riêng tư

ZcashVới zkps là tính năng cốt lõi, người dùng có thể chọn giữa các giao dịch minh bạch hoặc giao dịch riêng tư, sau này ẩn hoàn toàn số tiền giao dịch và người tham gia.

Mạng bí mậtTập trung vào quyền riêng tư của hợp đồng thông minh, đảm bảo rằng logic thực thi DApp và dữ liệu đầu vào vẫn được bảo mật đối với những người quan sát trên chuỗi – rất quan trọng đối với các ứng dụng tài chính nhạy cảm.

Tiền mặt TornadoSử dụng zkps để đạt được xáo trộn giao dịch trên Ethereum, cắt kết nối trên chuỗi giữa các địa chỉ và cung cấp các công cụ cho những người ủng hộ quyền riêng tư.

Lớp mục đích đặc biệt

Tệp tiềnSử dụng bằng chứng không kiến thức để xác minh tính toàn vẹn của lưu trữ dữ liệu đảm bảo rằng các nhà cung cấp dịch vụ thực sự đang lưu trữ dữ liệu đã hứa mà không cần tải xuống lại tệp.

Bất biến XTập trung vào các giao dịch NFT, zkps cho phép thanh toán gần như ngay lập tức và phí gần như bằng không, thu hút một lượng lớn các nhà phát triển trò chơi.

Giao thức MinaSử dụng zk-SNARK để nén toàn bộ blockchain xuống còn 22KB, điện thoại thông minh có thể chạy các nút đầy đủ, tối đa hóa khả năng truy cập blockchain.

Những thách thức trong thế giới thực mà zkps phải đối mặt

Mặc dù có tiềm năng vô hạn, công nghệ zero-knowledge proof gặp nhiều khó khăn trong quá trình triển khai thực tế:

Tắc nghẽn ở cấp độ kỹ thuật

Chi phí tính toán là rất lớn: Việc tạo bằng chứng zkps thường mất vài giây đến vài phút, khiến nó không thân thiện với giao dịch tần suất cao. Việc xác minh cũng tốn nhiều tài nguyên và mặc dù nó nhẹ hơn so với thế hệ, nhưng nó vẫn gây áp lực lên chuỗi chính.

Lỗ hổng của thuật toán: Các sơ đồ zk-SNARK hiện có dựa trên các nghi thức “thiết lập đáng tin cậy”. Bất kỳ người tham gia nào giữ các thông số bí mật của buổi lễ đều có thể giả mạo chứng chỉ giả. Mặc dù các nghi lễ nhiều người đã được sử dụng để giảm rủi ro, nhưng chúng vẫn chưa bị loại bỏ hoàn toàn.

Các mối đe dọa điện toán lượng tử: Khi điện toán lượng tử trưởng thành, nhiều sơ đồ zk-SNARK sẽ bị bẻ khóa. zk-STARK có khả năng chống lượng tử cao hơn, nhưng kém hiệu quả hơn.

Rủi ro cấp hệ thống

Xu hướng tập trung: ZK Rollups thường được đặt hàng bởi một người đặt hàng duy nhất(Trình tự)Quản lý đơn hàng giao dịch và đóng gói. Nếu trình phân loại làm điều xấu hoặc ngoại tuyến, toàn bộ Layer-2 sẽ bị tê liệt.

Phân mảnh sinh thái: Các dự án zkps khác nhau sử dụng các hệ thống bằng chứng và tiêu chuẩn tương thích khác nhau, dẫn đến tính thanh khoản bị phân mảnh và trải nghiệm người dùng bị phân mảnh.

Tình huống khó xử về tuân thủ: Các tính năng bảo mật của zkps có thể được sử dụng để rửa tiền hoặc trốn thuế. Nhiều cơ quan quản lý quốc gia có sự dè dặt về các ứng dụng không có kiến thức và thậm chí xem xét hạn chế hoặc cấm sử dụng chúng.

Rào cản cấp người dùng

Độ khó sử dụng cao: Người dùng bình thường khó hiểu được các nguyên tắc mật mã đằng sau zkps và dễ bị lừa đảo hoặc sử dụng sai mục đích. Các cuộc tấn công kỹ thuật xã hội vẫn có thể phá vỡ tính năng bảo vệ zkps.

Chuỗi công cụ không hoàn hảo: Trải nghiệm của nhà phát triển vẫn cần được cải thiện và ngưỡng phát triển ứng dụng zkps cao hơn nhiều so với phát triển hợp đồng thông minh thông thường.

Hướng đi tương lai của công nghệ zkps

Ngắn hạn (1-2 năm)

Dự kiến, zkps sẽ trở thành cấu hình tiêu chuẩn trong lĩnh vực mở rộng quy mô Layer-2 và quyền riêng tư DeFi. Sẽ có nhiều giải pháp zkps hoạt động song song trong hệ sinh thái Ethereum và người dùng có thể lựa chọn theo nhu cầu của mình. Các ứng dụng cấp doanh nghiệp sẽ là ứng dụng đầu tiên đột phá trong chuỗi cung ứng và các lĩnh vực xác minh danh tính.

Trung hạn (3-5 năm)

ZKPS dự kiến sẽ được kết hợp với các công nghệ bảo mật khác (chẳng hạn như điện toán đa bên an toàn) để tạo thành một khuôn khổ bảo vệ quyền riêng tư mạnh mẽ hơn. Bằng chứng ZKPS chuỗi chéo sẽ trở thành hiện thực, phá vỡ rào cản giữa các blockchain khác nhau. Các sơ đồ zkps kháng lượng tử sẽ trưởng thành để chuẩn bị cho kỷ nguyên điện toán hậu lượng tử.

Dài hạn (5 năm +)

Bằng chứng không kiến thức có thể phát triển thành cấu hình tiêu chuẩn của cơ sở hạ tầng blockchain, giống như vị trí mã hóa TLS trên Internet. Hệ thống nhận dạng phi tập trung (DID) sẽ sử dụng nhiều zkps, cho phép người dùng có thông tin đăng nhập danh tính hoàn toàn tự chủ.

Tóm tắt: zkps là nền tảng của quyền riêng tư trong Web3

Công nghệ bằng chứng không kiến thức đại diện cho biên giới của mật mã và là dấu hiệu của sự trưởng thành của công nghệ blockchain. ZKPS không chỉ giải quyết nút thắt cổ chai về khả năng mở rộng của blockchain mà quan trọng hơn, cung cấp bảo vệ kỹ thuật cho quyền riêng tư.

Trong thời đại mà bảo mật dữ liệu là mối quan tâm ngày càng tăng, zkps cung cấp một giải pháp thanh lịch: duy trì tính minh bạch và bảo mật của blockchain mà không phải hy sinh quyền riêng tư cá nhân. Khi công nghệ được cải thiện và các ứng dụng mở rộng, các bằng chứng không kiến thức sẽ dần chuyển từ lĩnh vực mật mã chuyên nghiệp sang các ứng dụng hàng loạt, cuối cùng định hình một tương lai kỹ thuật số nơi quyền riêng tư, bảo mật và hiệu quả cùng tồn tại.