Tìm kiếm cơ hội đầu tư tiềm năng: Tổng quan một bài viết về các dự án hàng đầu trong lĩnh vực ZK
Tuyển chọn TechFlowTuyển chọn TechFlow
Tìm kiếm cơ hội đầu tư tiềm năng: Tổng quan một bài viết về các dự án hàng đầu trong lĩnh vực ZK
Bài viết này không liên quan đến kiến thức mật mã chuyên sâu, chỉ nhằm trình bày lý thuyết về chứng minh không kiến thức, giúp người đọc khái quát hóa sơ bộ toàn cảnh hệ thống chứng minh không kiến thức và hiện trạng phát triển hiện nay.
Chuyên sâu báo cáo Web3Tác giả: LD CAPITAL
Tính riêng tư luôn được cộng đồng tiền mã hóa coi là một đặc điểm cực kỳ quan trọng, bởi vì đối với phần lớn người nắm giữ tài sản mã hóa, họ không muốn tài sản và lịch sử giao dịch của mình bị công khai hoàn toàn. Trong số các công nghệ mã hóa cung cấp tính riêng tư, bằng chứng kiến thức không (Zero-Knowledge Proof) là một thành phần vô cùng quan trọng. Bài viết này không đi sâu vào các kiến thức mật mã chuyên môn, mà chỉ trình bày lý thuyết về bằng chứng kiến thức không nhằm giúp bạn đọc hình dung sơ lược về toàn cảnh hệ thống và hiện trạng phát triển của công nghệ này.
1 Phát triển công nghệ Bằng chứng Kiến thức Không
1.1 Khái niệm Bằng chứng Kiến thức Không
Bằng chứng kiến thức không (ZKP) là một phần quan trọng trong mật mã học hiện đại, chỉ việc bên chứng minh có thể khiến bên xác minh tin rằng một khẳng định là đúng mà không tiết lộ bất kỳ thông tin hữu ích nào cho bên xác minh.Về bản chất, bằng chứng kiến thức không là một giao thức liên quan đến hai hoặc nhiều bên – tức là một chuỗi bước cần thực hiện để hoàn thành một nhiệm vụ giữa hai hay nhiều bên. Bên chứng minh chứng minh và khiến bên xác minh tin rằng mình biết hoặc sở hữu một thông điệp nhất định, nhưng quá trình chứng minh không được tiết lộ bất kỳ thông tin nào về nội dung đang được chứng minh cho bên xác minh. Nói đơn giản hơn: vừa chứng minh được điều mình muốn, vừa không để lộ thông tin nào cho bên xác minh.
Bằng chứng kiến thức không liên quan đến những thuật toán mật mã học khá phức tạp, tuy nhiên để giúp mọi người hiểu rõ hơn về khái niệm này, chúng tôi sẽ dùng ví dụ "tìm gấu trúc":
Một nhóm người đang tìm một con gấu trúc trong bức tranh này. Người A phát hiện ra vị trí con gấu trúc trước tiên, nhưng anh ấy không thể chỉ ngay lập tức vì điều đó sẽ làm mất trải nghiệm chơi game của những người khác.
Liệu có cách nào để chứng minh rằng người A biết vị trí con gấu trúc mà không để bất kỳ ai khác biết câu trả lời?
Người A lấy một tờ giấy trắng cực lớn và tùy ý phủ lên bức ảnh có con gấu trúc. Sau đó, anh ta cắt một lỗ nhỏ trên tờ giấy, chỉ để lộ duy nhất con gấu trúc.
Như vậy, vị trí con gấu trúc – thông tin then chốt – đã được bảo vệ, nhưng người A vẫn chứng minh được rằng anh ta đã tìm thấy nó mà không tiết lộ vị trí cụ thể cho người khác. Đây chính là bằng chứng kiến thức không.
Phương pháp xác minh bằng chứng kiến thức không nhấn mạnh vào tính đầy đủ và độ tin cậy. Nguyên tắc đầy đủ nghĩa là: bên chứng minh có thể thuyết phục bên xác minh chấp nhận một tuyên bố đúng; nguyên tắc độ tin cậy nghĩa là: bên chứng minh không thể thuyết phục bên xác minh chấp nhận một tuyên bố sai. Tuy nhiên, thực tế thì độ tin cậy vẫn mang tính xác suất, chỉ là khả năng gian lận của bên chứng minh là cực kỳ thấp.
Độ tin cậy của bằng chứng kiến thức không phụ thuộc vào hai yếu tố: độ khó của việc chứng minh và mức độ tương tác.Độ khó chứng minh tức là tăng độ khó từ góc độ toán học; mức độ tương tác nghĩa là bên xác minh cần liên tục đặt câu hỏi cho bên chứng minh, rồi bên chứng minh phải trả lời, khi số lần tương tác càng nhiều, độ khó để bên chứng minh lừa dối càng cao, vì xác suất đưa ra câu trả lời đúng mà không biết thông tin thật sự sẽ giảm dần theo thống kê.
1.2 Sự tiến hóa lý thuyết Bằng chứng Kiến thức Không
Khái niệm bằng chứng kiến thức không lần đầu tiên được S.Goldwasser, S.Micali và C.Rackoff đề xuất vào năm 1985. Trong bài báo của họ, họ giới thiệu "tương tác" và "ngẫu nhiên", xây dựng nên hệ thống [chứng minh tương tác] đầu tiên. Hệ thống chứng minh tương tác yêu cầu bên xác minh liên tục đặt hàng loạt câu hỏi về "kiến thức" mà bên chứng minh sở hữu. Bên chứng minh trả lời các câu hỏi này để khiến bên xác minh tin rằng họ thực sự biết "kiến thức" đó. Số lượng câu hỏi càng nhiều, số lần tương tác càng lớn, nhưng phương pháp này không đảm bảo cả hai bên đều trung thực, vì họ có thể cấu kết trước để bên chứng minh vượt qua xác minh dù không biết đáp án.
Trong vài thập kỷ tiếp theo, nhiều nhà mật mã học nổi tiếng đã đóng góp quan trọng vào sự phát triển của hệ thống bằng chứng kiến thức không. Ví dụ, M. Blum, P. Feldman và S. Micali chỉ ra rằng "tương tác" và "ẩn tính ngẫu nhiên" không bắt buộc, từ đó đề xuất hệ thống [bằng chứng phi tương tác] dựa trên mô hình Tham chiếu Chung (CRS - Common Reference String). Bằng chứng phi tương tác nghĩa là bên chứng minh không cần tương tác với bên xác minh, hệ thống cần thiết lập sẵn một bộ tham số công khai, giao dịch được xây dựng và xác minh dựa trên các tham số công khai này thông qua bằng chứng kiến thức không. Điều này có nghĩa bên chứng minh có thể tự tạo bằng chứng, tránh được nguy cơ cấu kết giữa hai bên.
Năm 2010, Jens Groth đề xuất một giả định gây tranh cãi tại thời điểm đó: Giả định Kiến thức Mũ (Knowledge of Exponent Assumption), rút gọn độ dài bằng chứng xuống mức hằng số bằng cách ẩn các giá trị ngẫu nhiên bí mật vào CRS. Quá trình này có thể hiểu là tạo ra một "bí mật" mà chỉ hệ thống "biết", nhưng bất kỳ ai biết cách sinh tham số công khai đều có thể làm giả bằng chứng. Quá trình này gọi là [Thiết lập tin cậy ban đầu]. Dù phương án này rút ngắn đáng kể độ dài bằng chứng, nó cũng mang lại rủi ro an ninh, vì bất kỳ ai biết cách sinh tham số công khai đều có thể làm giả bằng chứng. Tuy nhiên, giải pháp này đã định hình nhánh công nghệ bằng chứng kiến thức không quan trọng nhất trong thập kỷ tới.
Cùng với sự phát triển lý thuyết, các nhà mật mã học bắt đầu nghiên cứu sâu hơn về ứng dụng kỹ thuật. Năm 2013, Rosario Gennaro, Craig Gentry và các cộng sự dựa trên công trình của Jens Groth năm 2010, đưa ra cải tiến tối ưu hơn, rút ngắn đáng kể thời gian chứng minh và thu nhỏ kích thước bằng chứng xuống mức hằng số nhỏ hơn. Sau đó, Parno và cộng sự hiện thực hóa giao thức tính toán có thể xác minh tên Pinocchio, rồi tiếp tục tối ưu và cải tiến.
Năm 2014, tiền mã hóa riêng tư ZeroCash ra đời, Eli Ben-Sasson, Alessandro Chiesa và các cộng sự tinh chỉnh nhẹ giao thức Pinocchio, đánh dấu lần hiện thực thành công đầu tiên của bằng chứng kiến thức không trong lĩnh vực blockchain. ZeroCash là tiền thân của Zcash, đội ngũ Zcash cũng có đóng góp lớn trong việc hiện thực hóa bằng chứng kiến thức không.
1.3 Hiện trạng phát triển của Bằng chứng Kiến thức Không
Sự kết hợp giữa công nghệ bằng chứng kiến thức không và Zcash đã làm nổi bật vai trò to lớn của nó trong lĩnh vực blockchain, cũng là bước chuyển quan trọng từ lý thuyết sang ứng dụng thực tiễn.
Hiện nay, bằng chứng kiến thức không chủ yếu có các phương án sau, mỗi loại đại diện cho một hướng tiếp cận khác nhau, dẫn đến hiệu quả khác nhau, đặc biệt ở các khía cạnh: bảo mật, kích thước bằng chứng, tốc độ tính toán và tốc độ xác minh.
Trục hoành biểu thị kích thước bằng chứng, trục tung biểu thị giả định bảo mật. Trong đó, thuật toán STARK an toàn nhất, không dựa vào giả định bài toán toán học khó, có khả năng chống máy tính lượng tử; phương án SNARK với thuật toán Groth16 có kích thước bằng chứng nhỏ nhất; PLONK cũng thuộc nhóm SNARK, có độ an toàn và kích thước bằng chứng ở mức trung bình. Hiện nay, hai loại phổ biến nhất là zk-STARK và zk-SNARK.
1.3.1 zk-SNARK
SNARK (Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) là viết tắt của Lập luận Kiến thức Phi Tương tác Ngắn gọn.Đặc điểm của phương án này là ngắn gọn, nghĩa là quá trình xác minh không đòi hỏi truyền tải dữ liệu lớn và thuật toán xác minh đơn giản, do đó thời gian xác minh không tăng gấp bội theo khối lượng xử lý. Thứ hai, lập luận kiến thức phi tương tác là một thông điệp đơn từ bên chứng minh đến bên xác minh, giúp quá trình xác minh hiệu quả hơn.Groth16 hiện là zk-SNARK có tốc độ xác minh nhanh nhất và lượng dữ liệu nhỏ nhất, Zcash là ứng dụng rộng rãi đầu tiên. Groth16 là phiên bản tối ưu hóa từ giao thức Pinocchio, hơi tăng giả định an toàn nhưng giảm gần một nửa kích thước bằng chứng.
Tuy nhiên, điểm gây tranh cãi lớn nhất của Groth16 là [Thiết lập tin cậy ban đầu], vì các giá trị ngẫu nhiên ẩn trong CRS thường do một nhóm nhỏ thiết lập, nên tồn tại vấn đề tin cậy. Hơn nữa, về lý thuyết, nếu bên chứng minh có đủ sức mạnh tính toán, họ có thể gửi bằng chứng giả, ảnh hưởng đến an toàn toàn hệ thống. Đây cũng là lý do máy tính lượng tử được cho là đe dọa thuật toán này. Vì vậy, [Thiết lập tin cậy ban đầu] là vấn đề cốt lõi mà các công nghệ bằng chứng kiến thức không khác đang cố gắng khắc phục. PLONK là cải tiến nhằm giải quyết vấn đề này, chúng tôi sẽ phân tích chi tiết sự khác biệt giữa hai thuật toán sau.
Để giải quyết vấn đề này, nhà mật mã học Stanford Benedikt Bünz và cộng sự đề xuất công nghệ Bulletproof (bằng chứng chống đạn), so với zk-SNARK cũ, không cần thiết lập tin cậy ban đầu, nhưng thời gian tính toán và xác minh lâu hơn STARK, tuy nhiên kích thước bằng chứng nhỏ hơn nhiều so với STARK. Phương án này ngay lập tức được dự án Monero áp dụng.
1.3.2 zk-STARK
STARK (Scalable Transparent Argument of Knowledge) là Lập luận Kiến thức Minh bạch và Có thể Mở rộng, được tạo ra như một phiên bản thay thế cho SNARK.Khác với chữ "S" trong SNARK là Succinct (ngắn gọn), chữ "S" trong STARK là Scalable (có thể mở rộng), thể hiện ở chỗ độ phức tạp thời gian tạo bằng chứng gần bằng độ phức tạp tính toán, còn độ phức tạp thời gian xác minh bằng chứng nhỏ hơn rất nhiều so với độ phức tạp tính toán. Nghĩa là khi khả năng mở rộng của STARK tăng, độ phức tạp chứng minh không tăng tương ứng.
Quan trọng hơn, STARK không cần thiết lập tin cậy ban đầu, vì chúng dựa vào mã hóa đối xứng gọn nhẹ thông qua va chạm hàm băm. Đây cũng là phần [Minh bạch] trong STARK.
Cải tiến thứ ba của STARK so với SNARK là khả năng chống máy tính lượng tử, nghĩa là không thể bị phá vỡ bởi máy tính lượng tử. Tất nhiên, những cải tiến này cũng đi kèm hy sinh. So với SNARK, STARK phức tạp hơn, kích thước bằng chứng tăng từ 288 byte lên vài trăm KB, và phí xác minh trên Ethereum cũng cao hơn.
1.3.3 Các phương án Bằng chứng Kiến thức Không dựa trên Thiết lập Tin cậy
Dù hệ thống bằng chứng kiến thức không dựa trên thiết lập tin cậy cần sinh tham số công khai, nhưng lại có lợi thế về chi phí tính toán và kích thước bằng chứng, nên vẫn là công cụ lựa chọn hàng đầu cho nhiều ứng dụng blockchain tập trung vào riêng tư. Độ an toàn của hệ thống này phần lớn phụ thuộc vào độ an toàn của việc sinh tham số công khai. Việc sinh tham số theo cách tập trung tin cậy là khả thi nhưng không phù hợp với mục tiêu phi tập trung. Cho đến nay, kỹ thuật được ưa chuộng nhất trong thiết lập tin cậy là Tính toán An toàn Đa phương (MPC).
Giải pháp MPC cố gắng đảm bảo không bên nào có thể sinh hoặc biết được cấu trúc toán học nền tảng của các tham số. Nó đạt được điều này bằng cách yêu cầu quá trình sinh được chia sẻ giữa càng nhiều người tham gia độc lập càng tốt, chỉ cần một vài người (hoặc thậm chí một người) hành xử trung thực là đủ để đảm bảo an toàn thiết lập. Rõ ràng, số lượng người tham gia càng nhiều khi dùng MPC thì độ an toàn của tham số càng cao.
zk-SNARK là phương án bằng chứng kiến thức không dựa trên thiết lập tin cậy, nhưng trong đó đã phát triển thành các thuật toán khác nhau. Groth16 và PLONK là hai phương án phổ biến nhất hiện nay, khác biệt giữa chúng:
Groth16 là phương án có tốc độ xác minh nhanh nhất và lượng dữ liệu nhỏ nhất, nhưng vì phép tính bí mật của Groth16 liên quan đến vấn đề cụ thể, mỗi lần cần vấn đề mới đều phải khởi động lại một vòng MPC thiết lập tin cậy. Mà giao thức tính toán đa phương thường rất phiền phức, ảnh hưởng lớn đến hiệu năng Groth16.
PLONK là phiên bản cải tiến của Sonic, rút ngắn thời gian chứng minh 5 lần. Sonic là một phương án CRS toàn cục có thể cập nhật."Có thể cập nhật" nghĩa là thiết lập tin cậy có thể được cập nhật bất cứ lúc nào nếu nghi ngờ bí mật bị rò rỉ. "Toàn cục" nghĩa là quá trình tính toán không còn gắn với CRS, một ứng dụng chỉ cần hoàn thành một lần thiết lập tin cậy là có thể thực hiện các mạch chứng minh kiến thức không khác nhau. Nghĩa là thiết lập tin cậy chỉ cần một lần, ngoại trừ cập nhật, không cần tổ chức MPC mới cho mỗi vấn đề khác. Hình dưới là so sánh hiệu năng Groth16 và PLONK:
Thuật toán PLONK do nhà nghiên cứu Gabizon từ Protocol Labs và hai nhà nghiên cứu từ giao thức giao dịch riêng tư Ethereum Aztec Protocol hợp tác hoàn thành. PLONK ra đời muộn hơn Groth16, có khoảng cách nhất định về kích thước bằng chứng và tốc độ xác minh so với Groth16, nhưng nhờ đặc điểm thiết lập tin cậy có thể cập nhật, PLONK đã chiếm được một vị trí trong lĩnh vực bằng chứng kiến thức không.
2 Ứng dụng Công nghệ Bằng chứng Kiến thức Không
Hai đặc điểm quan trọng của công nghệ bằng chứng kiến thức không là yếu tố chính giúp nó được ứng dụng trong lĩnh vực blockchain:
1) Bằng chứng kiến thức không có thể bảo vệ tính riêng tư của dữ liệu, chứng minh dữ liệu mà không tiết lộ thông tin;
2) Bằng chứng kiến thức không chỉ cần sinh một lượng dữ liệu rất nhỏ để chứng minh lượng dữ liệu lớn, có thể phát huy tác dụng lớn trong nén dữ liệu và nâng cao hiệu suất.
Do đó, hai hướng ứng dụng chính của bằng chứng kiến thức không là:
2.1 Bảo vệ Riêng tư
Bảo vệ riêng tư luôn là khái niệm cực kỳ quan trọng trong blockchain, thể hiện khả năng bảo vệ giao dịch và người tham gia trong mạng lưới phân tán. Mặc dù blockchain luôn đề cao tính ẩn danh, nhưng trong hầu hết giao dịch, người tham gia dù không dùng tên thật, vẫn có thể bị nhận diện qua việc lặp lại sử dụng giá trị băm khóa công khai làm định danh giao dịch, do đó các giao dịch này chỉ có tính ẩn danh hóa chứ chưa đạt được ẩn danh thực sự. Theo mặc định, mọi giao dịch của người dùng đều công khai, một khi địa chỉ người dùng bị xác định, có thể xem nguồn vốn, tính toán số dư thậm chí phân tích hoạt động trên chuỗi của họ.
Công nghệ bằng chứng kiến thức không có thể xác nhận tính hợp lệ của giao dịch bằng cách gửi bằng chứng không tiết lộ thông tin nào, từ đó đạt được ẩn danh hoàn toàn cho thông tin giao dịch.Trong giai đoạn phát triển chú trọng vấn đề riêng tư mã hóa, nhiều nhà phát triển đã dấn thân vào khám phá các blockchain riêng tư, khả năng bảo vệ riêng tư và nén dữ liệu của bằng chứng kiến thức không là lý do quan trọng khiến nó trở thành công nghệ nền tảng của blockchain. Trong giai đoạn này, các dự án như Zcash, Monero tỏa sáng rực rỡ.
Lấy Zcash làm ví dụ, Zcash ban đầu dùng giao thức Pinocchio, chuyển sang hệ thống chứng minh Groth16 vào năm 2019. Ví Zcash có hai loại địa chỉ: địa chỉ ẩn và địa chỉ công khai. Giao dịch giữa các địa chỉ công khai giống hệt giao dịch Bitcoin: người gửi, người nhận và số tiền đều công khai; giao dịch giữa các địa chỉ ẩn cũng xuất hiện trên blockchain công khai, nhưng địa chỉ, số tiền và trường ghi chú đều được mã hóa, sau đó được zk-SNARK chứng minh và xác minh tính hợp lệ theo quy tắc đồng thuận mạng; ngoài ra, có thể giao dịch giữa địa chỉ ẩn và địa chỉ công khai. Zcash vừa bảo vệ riêng tư giao dịch, vừa thân thiện với kiểm toán và giám sát, người gửi và người nhận trong giao dịch địa chỉ ẩn đều có thể tiết lộ chi tiết giao dịch cho bên thứ ba để đáp ứng nhu cầu chứng kiến, tuân thủ hoặc kiểm toán.
2.2 Mở rộng quy mô
"Tam giác bất khả thi" là bài toán vĩnh cửu mà các blockchain L1 như Ethereum phải đối mặt, các chuỗi khác nhau luôn tìm kiếm sự cân bằng giữa phi tập trung, bảo mật và khả năng mở rộng.Ethereum thiên về phi tập trung và bảo mật, do đó phải đối mặt với giới hạn về khả năng mở rộng. Phí gas cao và thời gian xác nhận giao dịch dài trên Ethereum ảnh hưởng lớn đến trải nghiệm người dùng. Vì vậy, đội ngũ phát triển cốt lõi và cộng đồng luôn tìm kiếm các giải pháp mở rộng.
Có hai cách mở rộng blockchain:
1) Mở rộng trực tiếp blockchain lớp L1, phương pháp gồm tăng kích thước khối, hoặc phân mảnh (sharding), tức chia các nút trong mạng blockchain thành nhiều mảnh tương đối độc lập, mỗi mảnh xử lý phạm vi nhỏ, thậm chí chỉ lưu trữ một phần trạng thái mạng, nhiều mảnh xử lý song song, về lý thuyết thông lượng toàn mạng sẽ tăng. Tuy nhiên, cách này sẽ hy sinh mức độ phi tập trung;
2) Chuyển giao dịch trên mạng L1 lên lớp L2, L2 tổng hợp giao dịch rồi gửi lên mạng L1 để thanh toán. Như vậy, mỗi lô giao dịch chỉ trả một khoản phí gas thay vì từng giao dịch. Do đó, tất cả giao dịch chia sẻ phí gas, hiệu quả giảm chi phí mỗi giao dịch. Khi đó, L1 trở thành lớp thanh toán cho mọi giao dịch thực hiện trên L2. Giải pháp mở rộng L2 có thể giải quyết bài toán mở rộng cho L1 mà không hy sinh phi tập trung và bảo mật.
Tất nhiên, giải pháp mở rộng L2 cũng trải qua quá trình tiến hóa từ kênh trạng thái đến Plasma rồi đến Rollup. Hiện nay, Rollup là giải pháp L2 phổ biến nhất và tiềm năng nhất.Rollup nghĩa là trước tiên thực hiện tính toán phức tạp và duy trì trạng thái bên ngoài chuỗi, sau đó gửi dữ liệu liên quan đến thay đổi trạng thái lên chuỗi thông qua lời gọi hợp đồng, tận dụng CALLDATA rẻ hơn để lưu dữ liệu, gói nhiều giao dịch thành một giao dịch, cuối cùng tăng TPS dưới điều kiện đảm bảo [khả năng sử dụng dữ liệu].
Điểm chung của các giải pháp Rollup là nhấn mạnh khả năng sử dụng dữ liệu trên chuỗi, tức bất kỳ ai cũng có thể tái tạo trạng thái toàn cục từ dữ liệu lưu trên chuỗi, loại bỏ rủi ro an ninh do vấn đề khả năng sử dụng dữ liệu. Điểm mà bằng chứng kiến thức không phát huy vai trò chính là nén lượng tính toán trên chuỗi đồng thời đảm bảo tính đúng đắn của dữ liệu.
Giải pháp ZK Rollup xuất hiện từ cuối năm 2018, chìa khóa nằm ở ZK, mỗi lần thay đổi trạng thái đều cần cung cấp bằng chứng kiến thức không, được hợp đồng trên chuỗi chính xác minh, chỉ khi vượt qua xác minh mới được thay đổi trạng thái. Tức là, sự thay đổi trạng thái ZK Rollup nghiêm ngặt phụ thuộc vào bằng chứng mật mã. (Ghi chú: Xem thêm bài "Lý giải rõ Layer và các phương thức nối chuỗi" của Li Hua để hiểu rõ nguyên lý ZK Rollup)
Tất nhiên, còn có các giải pháp Rollup khác, ví dụ Optimistic Rollup, hình thành từ cuối năm 2019. Mỗi lần thay đổi trạng thái không cần xác minh nghiêm ngặt, nó giả định lạc quan rằng mọi thay đổi đều đúng, sau đó trong một khoảng thời gian nhất định có thể thách thức thay đổi đó, nếu thách thức thành công thì chứng minh lần gửi trước có vấn đề, sẽ phạt người gửi và hoàn trạng thái. Tức là, sự thay đổi trạng thái Optimistic Rollup phụ thuộc vào động lực kinh tế và trò chơi chiến lược.
Vấn đề nổi bật của ZK Rollup là khó thực hiện tính khả lập trình, tuy nhiên máy ảo ZkSync và thiết kế liên quan có thể hiện thực hóa tính khả lập trình; vấn đề được quan tâm nhất của Optimistic Rollup dường như là độ trễ khi rút tiền từ Layer 2, do thời gian thách thức, nhưng có thể có nhà trung gian cung cấp dịch vụ ứng trước, do đó, giải pháp Optimistic Rollup triển khai nhanh hơn.
So sánh hiệu suất hai bên như hình dưới:
So với Optimistic Rollup, ZK Rollup có độ phức tạp kỹ thuật rất cao, cần lượng tính toán lớn, độ trễ giao dịch dài hơn, chi phí tính toán đắt đỏ hơn, tuy nhiên phí giao dịch mỗi lần thấp hơn, và chi phí xác minh thấp hơn nhiều so với chi phí tính toán, sự ngắn gọn này tạo điều kiện cho mở rộng quy mô.
Theo số liệu mới nhất từ I2beat.com, quy mô tài sản bị khóa trong các giải pháp lớp 2 khoảng 6,7 tỷ USD, trong đó giải pháp mở rộng lớp 2 Optimistic Rollup do Arbitrum và Optimism đề xuất và đưa ra thị trường trước, hiện chiếm một nửa thị phần lớp 2. Quy mô tài sản bị khóa trong các giải pháp bằng chứng kiến thức không chỉ khoảng 1,7 tỷ USD, nguyên nhân do độ khó hiện thực kỹ thuật cao hơn, hệ sinh thái ứng dụng chưa thực sự triển khai.
3 Các Dự án Hàng đầu về Giải pháp Bằng chứng Kiến thức Không
Các dự án bằng chứng kiến thức không đầu tiên như Zcash, Monero dù làm tốt về bảo vệ riêng tư, nhưng chỉ có thể làm phương tiện lưu trữ giá trị, khó tích hợp ứng dụng khác. Cùng với nỗ lực của nhiều nhà phát triển, họ đang cố gắng kết hợp bằng chứng kiến thức không với hợp đồng thông minh, khai thác tiềm năng lớn hơn của công nghệ này. Các ứng dụng hiện tại có thể chia thành ba loại, trong phần này chúng tôi sẽ giới thiệu một số dự án bằng chứng kiến thức không rất đáng kỳ vọng, và phần lớn chưa phát hành token.
3.1 Mina
Mina thành lập năm 2017, tên cũ là Coda Protocol. Nhóm phát triển là O(1) Labs, hiện gồm các nhà mật mã học, kỹ sư, tiến sĩ và doanh nhân đẳng cấp thế giới.
Mina tập trung xây dựng blockchain nhẹ, so với Ethereum và Bitcoin có dung lượng khối hàng trăm GB, Mina duy trì kích thước khối ở mức 22 KB, giúp đa số người dùng có thể tham gia và trở thành nút.Việc triển khai nút dễ dàng giúp phổ biến rộng rãi đến nhiều người dùng, người dùng dễ tiếp cận và triển khai nút, mạng lưới sẽ phân tán hơn, từ đó nâng cao độ an toàn.
Chìa khóa giúp Mina duy trì kích thước khối hằng định là sử dụng [bằng chứng kiến thức không đệ quy], tức mỗi lần sản xuất khối, dùng công nghệ zk-SNARK nén khối thành một bằng chứng duy nhất, và mỗi bằng chứng SNARK mới đều chứa bằng chứng SNARK trước đó, nút chỉ cần kiểm tra bằng chứng đó mà không cần kiểm tra toàn bộ lịch sử giao dịch.
Nhưng đây chỉ là bước đầu, một đặc điểm của blockchain là mỗi khối đều phải trỏ đến khối trước đó, nếu chỉ tạo bằng chứng SNARK cho từng khối, dung lượng tổng thể vẫn tăng tuyến tính. Vì vậy, Mina sẽ tạo bằng chứng SNARK cho chính bằng chứng SNARK (tức đệ quy), rồi lặp lại và lồng ghép liên tục, liên kết các bằng chứng SNARK theo cấu trúc đệ quy, để khối luôn duy trì kích thước khoảng 22 KB.
Ngoài ra, Mina xây dựng hệ sinh thái bảo vệ riêng tư dữ liệu xung quanh bằng chứng kiến thức không, ứng dụng sinh thái Snapps (nay đổi tên thành zkApps) có thể thực hiện logic nghiệp vụ cụ thể cho một số tình huống, cũng có thể kết nối với các blockchain khác thông qua cầu nối, tăng tính tương tác, giúp hệ sinh thái blockchain cùng có lợi. Với đặc điểm nút nhẹ, hiện nay chỉ có Mina đang phát triển trong lĩnh vực này.
Bối cảnh gọi vốn:
Tháng 3 năm 2022, Mina thông báo hoàn tất gọi vốn chiến lược 92 triệu USD do FTX Venture và Three Arrows Capital dẫn dắt, số vốn này sẽ dùng để thúc đẩy việc Mina trở thành nền tảng bằng chứng kiến thức không hàng đầu trong Web3 bằng cách thu hút các nhà phát triển đẳng cấp thế giới.
Trước đó, Mina đã gọi vốn bốn lần, tổng khoảng 48,15 triệu USD, các nhà đầu tư gồm Coinbase Ventures, Polychain Capital, Three Arrows Capital, Paradigm, Multicoin và các tổ chức hàng đầu khác. Những nhà đầu tư xuất sắc thường chú trọng giá trị dài hạn, và phần lớn các tổ chức này tự mang lại lưu lượng truy cập, rất có lợi cho việc mở rộng thị trường chủ động của Mina trong tương lai.
3.2 ZkSync
zkSync là dự án do đội Matter Labs xây dựng, thành lập tháng 12 năm 2019, chủ yếu hướng đến mục tiêu mở rộng Ethereum. zkSync 1.0 là giải pháp mở rộng L2 ZK Rollup (bằng chứng kiến thức không) trên Ethereum, tập trung vào thanh toán, ra mắt mạng chính Ethereum vào tháng 6 năm 2020. Ban đầu zkSync dùng thuật toán SNARK là Groth16, dùng Groth16 không chỉ cần một lần thiết lập tin cậy (ví dụ lúc khởi tạo zkSync), mà mỗi lần nâng cấp ứng dụng mới trên zkSync đều cần thiết lập tin cậy. Điều này tạo trở ngại cho việc tạo môi trường tương thích EVM trên zkSync 1.0, do đó zkSync 1.0 chỉ giới hạn ở ứng dụng cụ thể như thanh toán.
zkSync 2.0 là giải pháp L2 tương thích EVM xây dựng trên Ethereum, còn gọi là zkEVM, vì nó biên dịch lại mã EVM và dùng bằng chứng kiến thức không để xác minh giao dịch Rollup, cho phép nhà phát triển dùng ngôn ngữ lập trình gốc Ethereum để xây dựng và triển khai ứng dụng phi tập trung trong môi trường L2 phí gas thấp, khả năng mở rộng cao.
Tháng 5 năm 2021, zkSync phát hành phiên bản Alpha của zkEVM, kỳ vọng mạng chính ra mắt tháng 8 năm 2021 nhưng bị trì hoãn do độ khó kỹ thuật. Tháng 2 năm 2022, zkSync 2.0 ra mắt mạng thử nghiệm công khai. zkEVM đã được phát hành, là ZK Rollup đầu tiên tương thích EVM trên mạng thử nghiệm Ethereum.
Bối cảnh gọi vốn:
Tháng 3 năm 2021, Matter Labs hoàn tất gọi vốn Series A 6 triệu USD do Union Square Ventures dẫn dắt, các nhà đầu tư nổi bật khác gồm Placeholder và Dragonfly. Vòng gọi vốn này đặc biệt thu hút nhiều đối tác sinh thái, trong đó có các công ty và nhà sáng lập nổi tiếng nhất trong lĩnh vực tiền mã hóa.
Tháng 11 năm 2021, Matter Labs lại hoàn tất gọi vốn Series B 50 triệu USD do A16Z dẫn dắt, các nhà đầu tư chiến lược khác gồm nhiều sàn giao dịch tập trung (Blockchain.com, Crypto.com, ByBit, OKEx). Ngay sau thông báo gọi vốn, các sàn này lần lượt công bố hợp tác với zkSync, hỗ trợ nạp/rút tiền giữa sàn và L2.
3.3 StarkWare
Đội StarkWare thành lập tháng 5 năm 2018, gồm các nhà mật mã học và nhà khoa học đẳng cấp thế giới, thành viên cốt lõi là cựu nhà khoa học trưởng của Zcash, nhiều năm đổi mới trong lĩnh vực bằng chứng kiến thức không, công nghệ zk-STARK chính là do đội này đề xuất trong một bài báo học thuật năm 2018. Các tác giả bài báo sau đó thành lập StarkWare.
StarkWare và zkSync đều là các giải pháp mở rộng bằng chứng kiến thức không, nhưng StarkWare dựa trên STARK.Vấn đề của STARK là công nghệ chưa chín muồi như SNARK, và nếu đạt được Turing hoàn chỉnh thì rất khó tương thích EVM. StarkWare tạo ra ngôn ngữ lập trình chuyên dụng Cairo để chạy các chương trình tự chủ được hỗ trợ bởi STARK. Hiện đội StarkWare đang hợp tác với đội Nethermind tạo công cụ chuyển đổi mã Warp, chuyển hợp đồng thông minh Solidity sang Cairo để tương thích EVM.
StarkWare ra mắt StarEx, cho phép tạo các ZK Rollup chuyên dụng ứng dụng được hỗ trợ bởi Cairo và STARK.dydx, Immutable, Deversifi là ba ứng dụng chính được hỗ trợ bởi StarkEx. Đến nay, StarkEx đã xử lý hơn 5 triệu giao dịch, trị giá hơn 250 tỷ USD thông qua các ứng dụng này.
Ngày 29 tháng 11 năm 2021, họ phát hành phiên bản Alpha mạng chính StarkNet. StarkNet là mạng ứng dụng L2 ZK Rollup, có kế hoạch phát triển hệ sinh thái riêng.
Bối cảnh gọi vốn:
StarkWare đã gọi vốn bốn lần, tổng hơn 160 triệu USD, các nhà đầu tư gồm nhiều tổ chức hàng đầu như Paradigm, Polychain, Sequoia Capital, IOSG, nhà đầu tư cá nhân gồm Vitalik Buterin (Vitalik), nhà sáng lập Ethereum, được cộng đồng mã hóa đặc biệt yêu thích.
3.4 Aztec
Đội Aztec thành lập năm 2018, thành viên chủ yếu là tiến sĩ từ các trường đại học hàng đầu thế giới, trong đội cũng có cựu nhà nghiên cứu Zcash, nền tảng kỹ thuật mạnh, thuật toán PLONK tự phát triển được nhiều dự án trong ngành áp dụng.
Aztec cũng dùng công nghệ ZK Rollup để giải quyết bài toán mở rộng Ethereum, từ khi thành lập đến khi ra mắt Aztec 2.0, đội liên tục nghiên cứu sâu thuật toán PLONK, trong quá trình phát hành các thuật toán bằng chứng kiến thức không như PLONKUP, V God cũng đánh giá cao năng lực nghiên cứu của đội này.
Mạng Aztec có hai tác dụng chính: một là đảm bảo tính riêng tư khi người dùng tương tác, hai là người dùng có thể tạo hợp đồng riêng tư lập trình được thông qua Aztec, xây dựng ứng dụng hoàn toàn riêng tư.
Sau khi ra mắt Aztec 2.0, họ ra mắt ứng dụng chuyển tiền riêng tư zk.money, gửi và nhận token ẩn danh, mã hóa giao dịch bằng bằng chứng kiến thức không đệ quy, không công khai dữ liệu giao dịch nào để bảo vệ riêng tư người dùng, nhưng hiện tại chỉ hỗ trợ gửi tiền. Cầu nối riêng tư跨链桥 Aztec Connect, hiện cũng đã ra mắt mạng thử nghiệm.
Phát triển dự án Aztec đến nay trải qua khoảng ba giai đoạn:
Giai đoạn đầu là Aztec 1.0, công cụ giao dịch riêng tư trên Ethereum;
Giai đoạn hai là Aztec 2.0, bằng cách zk-Rollup, trở thành lớp 2 riêng tư của Ethereum, mang lại khả năng mở rộng riêng tư cho Ethereum;
Theo tiết lộ hiện tại, giai đoạn ba trong tương lai là Aztec 3.0, thông qua ngôn ngữ lập trình riêng tư Noir, hiện thực hợp đồng thông minh riêng tư trên lớp 2 Ethereum.
Tuy nhiên, vấn đề mà hầu hết các dự án zk-Rollup lớp 2 gặp phải là tương thích EVM, mạng Aztec hiện vẫn chưa tương thích EVM, điều này làm tăng độ khó và chi phí cho các dự án muốn xây dựng hợp đồng thông minh riêng tư. Dự án cũng tiết lộ đang nghiên cứu kỹ thuật để cải thiện vấn đề này.
Bối cảnh gọi vốn:
Tháng 11 năm 2018, Aztec gọi vốn hạt giống 2,1 triệu USD do ConsenSys Labs dẫn dắt. Tháng 12 năm 2021, Aztec hoàn tất gọi vốn Series A 17 triệu USD do Paradigm dẫn dắt, IOSG và các bên tham gia, bao gồm nhà đầu tư cá nhân Stani Kulechov, người sáng lập dự án cho vay hàng đầu Aave. Vòng gọi vốn này sẽ dùng để tiếp tục phát triển hệ thống ZK, hoàn thiện Aztec Connect, theo họ, cây cầu này có thể tiết kiệm đến 100 lần phí gas khi giao dịch riêng tư.
3.5 Aleo
Dự án Aleo chính thức thành lập năm 2019, đội ngũ gồm các nhà mật mã học, kỹ sư, nhà thiết kế và nhà vận hành đẳng cấp thế giới từ các công ty như Google, Amazon, Facebook và các trường đại học nghiên cứu như UC Berkeley, Johns Hopkins, NYU, Cornell.
Aleo che giấu danh tính và giao dịch thông qua hệ thống zkCloud được xây dựng, các danh tính bị che giấu có thể tương tác trực tiếp (như chuyển tài sản) hoặc theo cách lập trình (qua hợp đồng thông minh).Trong blockchain công khai điển hình, việc thực thi chương trình xảy ra trên chuỗi trong "máy ảo" (VM) toàn cục do mỗi nút mạng vận hành. Do đó, mỗi nút trong mạng phải tính toán lại (và đồng thuận tập thể) từng bước của một chương trình nhất định. Điều này không chỉ kém hiệu quả mà còn làm chậm tốc độ và tăng chi phí cho người dùng cuối. zkCloud khắc phục những hạn chế này bằng cách tách trạng thái ứng dụng khỏi trạng thái blockchain (trên chuỗi + ngoài chuỗi), kết hợp với bằng chứng kiến thức không đệ quy, giúp Aleo đạt được tính khả lập trình hoàn toàn, riêng tư và thông lượng giao dịch cao hơn.
Để cải thiện trải nghiệm nhà phát triển, Aleo xây dựng ngôn ngữ lập trình Leo thân thiện hơn với phát triển ứng dụng bằng chứng kiến thức không. Leo là ngôn ngữ lập trình kiểu tĩnh được lấy cảm hứng từ Rust, chuyên xây dựng ứng dụng riêng tư. Ngoài môi trường phát triển thân thiện, họ cũng triển khai chương trình khuyến khích nhà phát triển và các biện pháp thưởng trên mạng thử nghiệm, hỗ trợ phát triển hệ sinh thái ban đầu của Aleo.
Bối cảnh gọi vốn:
Tháng 4 năm 2021, Aleo hoàn tất gọi vốn Series A 28 triệu USD, do a16z dẫn dắt, Placeholde, Galaxy Digital, Variant Capital và Coinbase Ventures tham gia.
Tháng 2 năm 2022, Aleo thông báo hoàn tất gọi vốn Series B 200 triệu USD, là khoản gọi vốn lớn nhất từng có trong lĩnh vực bằng chứng kiến thức không, do Kora Management LP và SoftBank Vision Fund 2 dẫn dắt, Tiger Global và Sea Capital tham gia.
Tổng kết
Công nghệ bằng chứng kiến thức không hiện đã chiếm vị trí cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực blockchain, nhưng đến nay vẫn chưa hoàn toàn trưởng thành, các giải pháp khác nhau còn tồn tại một số điểm yếu về chống máy tính lượng tử, tối ưu hiệu suất, tương thích EVM cũng là thách thức lớn hiện nay. Tuy nhiên, các giải pháp bằng chứng kiến thức không hiện đang trong giai đoạn phát triển nhanh chóng, các dự án như zkSync, Starknet mang lại nhiều khả năng hơn cho sự phát triển blockchain.
Tài liệu tham khảo
1. Báo cáo Phát triển Công nghệ Bằng chứng Kiến thức Không, Viện nghiên cứu Luo, Phòng thí nghiệm Anbi
2. Bằng chứng Kiến thức Không là gì? | Chuỗi bài phổ biến ZK (1), Người yêu ZK
3. [Khảo sát công khai] Báo cáo chuyên sâu: Mina, First Class仓
4. Sự phát triển của Layer2 và sự trỗi dậy của zk-Rollup | Chuỗi bài phổ biến ZK (2), Người yêu ZK
5. Lý giải rõ Layer và các phương thức nối chuỗi, Li Hua
6. [Chuyên mục mật mã] Siêu cấp nâng cao: PLONK VS Groth16 (Phần trên), Qubitech
Chào mừng tham gia cộng đồng chính thức TechFlow
Nhóm Telegram:https://t.me/TechFlowDaily
Tài khoản Twitter chính thức:https://x.com/TechFlowPost
Tài khoản Twitter tiếng Anh:https://x.com/BlockFlow_News
