zk-SNARK là gì? Tìm hiểu về giao thức bảo mật zk-SNARK

 zk-SNARK là gì?

zk-SNARK là một thuật toán bảo mật dùng để xác minh tính đúng đắn của một số thông tin mà không cần phải tiết lộ chính xác các thông tin đó. zk-SNARK là viết tắt của “Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge”, nghĩa là một chứng minh không tương tác, tóm tắt và không tiết lộ thông tin. Nó được sử dụng trong các ứng dụng blockchain để cho phép giao dịch được xác minh mà không cần tiết lộ các chi tiết nhạy cảm, chẳng hạn như số dư tài khoản hoặc thông tin cá nhân. Các giao dịch được mã hóa bằng zk-SNARK cũng được gọi là giao dịch ẩn danh. Thuật toán zk-SNARK được phát triển bởi một nhóm các nhà khoa học máy tính, bao gồm Eli Ben-Sasson, Alessandro Chiesa, Christina Garman, Matthew Green, Ian Miers và Madars Virza.

Lịch sử hình thành zk-SNARK

Công nghệ zk-SNARK lần đầu tiên được các nhà nghiên cứu tại MIT giới thiệu trong một bài báo năm 2014 có tiêu đề “Pinocchio: Tính toán có thể kiểm chứng gần như thực tế”. Bài báo đã đề xuất một loại hệ thống chứng minh mới cho phép xác minh hiệu quả và riêng tư các tính toán.

Vào năm 2016, công nghệ này đã được triển khai trong tiền điện tử Zcash, được thiết kế để cung cấp tính riêng tư và ẩn danh nâng cao so với các loại tiền tệ dựa trên chuỗi khối khác như Bitcoin. zk-SNARK cho phép xác minh an toàn các giao dịch mà không tiết lộ chi tiết giao dịch cho mạng.

Kể từ đó, zk-SNARK đã được sử dụng trong các hệ thống dựa trên chuỗi khối khác, bao gồm Ethereum, cũng như trong các ứng dụng không phải chuỗi khối như hệ thống nhắn tin và bỏ phiếu an toàn.

Tuy nhiên, mặc dù zk-SNARK là một công cụ mạnh mẽ cho quyền riêng tư và bảo mật, nhưng chúng cũng yêu cầu tài nguyên tính toán đáng kể để tạo và xác minh bằng chứng, đồng thời sự phức tạp của phép toán liên quan có thể khiến chúng khó hiểu và khó triển khai. Tuy nhiên, công nghệ này vẫn tiếp tục được nghiên cứu và cải tiến, với việc các nhà nghiên cứu khám phá những cách mới để làm cho zk-SNARK hiệu quả hơn và dễ sử dụng hơn.

Những vấn đề mà zk-SNARK muốn giải quyết?

zk-SNARK là một công nghệ được phát triển để giải quyết một số vấn đề trong việc xác thực dữ liệu và bảo vệ tính riêng tư. Cụ thể, các vấn đề mà zk-SNARK nhắm tới bao gồm:

• Bảo vệ tính riêng tư: Các hệ thống blockchain như Bitcoin hoặc Ethereum cho phép bất kỳ ai trên mạng lưới truy cập vào các giao dịch và thông tin liên quan đến việc trao đổi tiền tệ. Tuy nhiên, điều này không đảm bảo tính riêng tư và có thể dẫn đến lộ thông tin nhạy cảm của người dùng. zk-SNARK được sử dụng để bảo vệ tính riêng tư của các giao dịch trong blockchain.
• Xác thực dữ liệu: Trong một số trường hợp, người dùng cần xác thực tính đúng đắn của dữ liệu mà không cần phải tiết lộ thông tin về dữ liệu đó. Ví dụ như kiểm tra tính hợp lệ của một chứng chỉ số hoặc xác thực danh tính của người dùng. zk-SNARK cung cấp cách thức để thực hiện việc này một cách an toàn và bảo mật.
• Tăng tốc độ xử lý: Các phương pháp truyền thống để xác thực dữ liệu có thể tốn nhiều thời gian và tài nguyên tính toán. Với zk-SNARK, quá trình xác thực có thể được thực hiện một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn, giúp giảm thời gian xử lý và tăng tốc độ xử lý.

Ai đã tạo ra zk-SNARK?

zk-SNARK được phát triển bởi một nhóm các nhà khoa học máy tính gồm Eli Ben-Sasson, Alessandro Chiesa, Christina Garman, Matthew Green, Ian Miers, Eran Tromer và Madars Virza vào năm 2014. Các nhà khoa học này đã công bố nghiên cứu của mình trong một bài báo mang tên “Zerocash: Decentralized Anonymous Payments from Bitcoin”. Công nghệ zk-SNARK sau đó đã được sử dụng trong nhiều dự án blockchain, bao gồm Zcash, đồng tiền điện tử được phát triển dựa trên công nghệ của Bitcoin và sử dụng zk-SNARK để bảo vệ tính riêng tư cho các giao dịch.

Những ưu & Nhược điểm của zk-SNARK?

Những ưu điểm:

Công nghệ zk-SNARK mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm:

• Bảo mật và độ tin cậy cao: zk-SNARK cho phép xác thực một cách hoàn toàn ẩn danh mà không cần tiết lộ bất kỳ thông tin nào về dữ liệu hoặc danh tính người dùng. Điều này đảm bảo tính riêng tư và độ tin cậy cao cho các giao dịch trên blockchain.
• Tăng tốc độ xử lý: zk-SNARK cho phép thực hiện xác thực một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống, giúp giảm thời gian xử lý và tăng tốc độ xử lý.
• Tiết kiệm tài nguyên tính toán: zk-SNARK chỉ cần sử dụng một lượng nhỏ tài nguyên tính toán để thực hiện quá trình xác thực, giúp tiết kiệm tài nguyên máy tính và giảm chi phí.
• Không cần sự tin tưởng vào bên thứ ba: zk-SNARK đảm bảo tính riêng tư và độ tin cậy mà không cần sự tin tưởng vào bên thứ ba, giúp giảm rủi ro và đảm bảo tính toàn vẹn của hệ thống.
• Tính linh hoạt và đa dạng: zk-SNARK có thể được sử dụng để giải quyết nhiều vấn đề trong việc xác thực dữ liệu và bảo vệ tính riêng tư trên nhiều nền tảng và ứng dụng khác nhau.

Những nhược điểm:

Mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng zk-SNARK cũng có một số nhược điểm sau:

• Khó hiểu và khó triển khai: zk-SNARK có một mức độ phức tạp khá cao và khó hiểu đối với những người không có kinh nghiệm về cryptography. Điều này đòi hỏi các nhà phát triển phải có kiến thức sâu rộng về cryptography để triển khai zk-SNARK một cách hiệu quả.
• Rủi ro an ninh: Mặc dù zk-SNARK được thiết kế để đảm bảo tính riêng tư và an toàn, nhưng việc triển khai không đúng cách có thể gây ra rủi ro an ninh và mở cửa cho các cuộc tấn công.
• Tính tương thích: zk-SNARK không tương thích với tất cả các loại blockchain và cần được tùy chỉnh cho từng mạng blockchain cụ thể. Điều này đòi hỏi các nhà phát triển phải đầu tư thêm thời gian và nguồn lực để triển khai zk-SNARK trên blockchain của họ.

Các thành phần của hệ thống của zk-SNARK

Hệ thống zk-SNARK bao gồm các thành phần sau:

• Ràng buộc (Constraints): Ràng buộc là một tập hợp các phương trình số học mà mỗi phương trình mô tả một quy tắc hoặc ràng buộc giữa các biến trong một hệ thống.
• Các biến (Variables): Các biến được sử dụng để biểu diễn dữ liệu trong hệ thống. Chúng có thể được chia thành các biến công khai và các biến ẩn.
• Chứng minh (Proof): Chứng minh là một bằng chứng số học được tạo ra bởi zk-SNARK để chứng minh rằng một khẳng định cụ thể là đúng.
• Chứng thực (Verification): Chứng thực là quá trình xác minh tính đúng đắn của chứng minh. Chứng thực được thực hiện bằng cách sử dụng các thông tin công khai, bao gồm ràng buộc và các biến.
• Khóa riêng tư (Private key): Khóa riêng tư được sử dụng để tạo ra chứng minh. Khóa riêng tư chỉ được sử dụng bởi người dùng để tạo chứng minh và không được chia sẻ với bất kỳ ai khác.
• Khóa công khai (Public key): Khóa công khai được sử dụng để xác minh tính đúng đắn của chứng minh. Khóa công khai có thể được chia sẻ với bất kỳ ai để thực hiện việc xác thực.

Tất cả các thành phần này là cần thiết để triển khai hệ thống zk-SNARK để thực hiện xác thực một cách ẩn danh và đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu.

So sánh zk-SNARKs với zk-STARKS

Cả zk-SNARK và zk-STARKS đều là công nghệ xác thực không cần tiết lộ thông tin cá nhân trên blockchain, nhưng chúng có một số khác biệt cơ bản:

• Độ tin cậy: zk-SNARK đòi hỏi một bộ chứng thực trước để cài đặt, trong khi zk-STARK không yêu cầu bất kỳ bộ chứng thực nào. Vì vậy, zk-STARK được xem là đáng tin cậy hơn trong các ứng dụng cần độ tin cậy cao.
• Tính đa dạng: zk-SNARK chỉ có thể được sử dụng trong một số trường hợp cụ thể, trong khi zk-STARK có thể được sử dụng để xác thực bất kỳ loại dữ liệu nào.
• Tốc độ: zk-SNARK có thể thực hiện xác thực nhanh hơn so với zk-STARK, nhưng nó đòi hỏi một số tính toán phức tạp hơn.
• Chi phí: zk-STARK có chi phí tính toán thấp hơn so với zk-SNARK. Tuy nhiên, zk-STARK đòi hỏi một lượng lớn bộ nhớ để thực hiện tính toán, vì vậy nó có thể yêu cầu một số thiết bị phần cứng đặc biệt để hoạt động tốt.

Vì vậy, sự lựa chọn giữa zk-SNARK và zk-STARK phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Nếu tính đa dạng và độ tin cậy là những yếu tố quan trọng, zk-STARK có thể là lựa chọn tốt hơn. Nếu tốc độ là yếu tố quan trọng hơn, zk-SNARK có thể là lựa chọn tốt hơn.

Những dự án sử dụng zk-SNARK

Các dự án sử dụng zk-SNARK bao gồm:

1. Zcash: Zcash là một loại tiền điện tử sử dụng công nghệ zk-SNARK để giấu danh tính người gửi, người nhận và số lượng tiền được giao dịch.
2. Ethereum: Ethereum, một nền tảng blockchain phổ biến, đã triển khai zk-SNARK vào năm 2019 để cải thiện tính riêng tư và tăng tốc độ xác thực giao dịch.
3. Quorum: Quorum là một nền tảng blockchain được phát triển bởi J.P. Morgan, sử dụng zk-SNARK để giữ thông tin giao dịch riêng tư cho các doanh nghiệp.
4. StarkWare: StarkWare là một công ty chuyên về giải pháp scaling cho các nền tảng blockchain, đã triển khai zk-SNARK để tăng tốc độ xác thực giao dịch và giảm chi phí phí giao dịch.
5. AZTEC Protocol: AZTEC Protocol là một giao thức tài chính được xây dựng trên nền tảng Ethereum sử dụng zk-SNARK để bảo vệ tính riêng tư và tính toàn vẹn dữ liệu của các giao dịch tài chính.

Lời kết

Tóm lại, zk-SNARK là một công nghệ tuyệt vời trong lĩnh vực bảo mật dữ liệu trên blockchain. Nó cho phép xác thực các giao dịch một cách ẩn danh và đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu mà không tiết lộ bất kỳ thông tin cá nhân nào. Công nghệ này đã được triển khai thành công trong các dự án như Zcash, Ethereum và Quorum và tiếp tục được sử dụng trong nhiều ứng dụng blockchain khác. Tuy nhiên, zk-SNARK vẫn còn một số hạn chế và có thể cần thêm sự cải tiến để giải quyết các vấn đề như tốc độ xử lý và chi phí tính toán. Với những tiến bộ trong công nghệ và nhu cầu ngày càng tăng về tính riêng tư và an ninh dữ liệu, zk-SNARK có thể sẽ trở thành công nghệ quan trọng trong tương lai của blockchain.