Trò chuyện dạo về sự phát triển và biến đổi công nghệ trong lĩnh vực giao dịch riêng tư
Tuyển chọn TechFlowTuyển chọn TechFlow
Trò chuyện dạo về sự phát triển và biến đổi công nghệ trong lĩnh vực giao dịch riêng tư
Để thực hiện bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu, cần sử dụng giao thức bảo mật.
Chuyên sâu báo cáo Web3Tác giả: 0x1, IOBC Capital
Bạn có sẵn sàng công khai địa chỉ ví của mình và để tất cả mọi người biết bạn có bao nhiêu tiền không? Bạn có muốn để mọi người đều biết sở thích đầu tư, từng khoản chi tiêu của bạn không? Tôi nghĩ rằng nhiều người sẽ không muốn như vậy. Để bảo vệ quyền riêng tư cho những dữ liệu này, chúng ta cần các giao thức riêng tư.
Trên thị trường luôn tồn tại các loại tiền mã hóa lấy yếu tố riêng tư làm điểm bán hàng, bao gồm DASH, XMR, Zcash, Grin, Rose (Mạng Oasis), FRA (Findora), PHA (mạng Phala), SCRT (mạng Secret), v.v. Trong suốt hơn một thập kỷ phát triển của ngành tiền mã hóa, mảng riêng tư luôn chiếm một vị trí nhất định.
Nếu phân chia sâu hơn về lĩnh vực riêng tư, có thể chia thành bốn loại: mạng tính toán riêng tư, giao thức giao dịch riêng tư, ứng dụng riêng tư và tiền riêng tư. Trong đó, tiền riêng tư phát triển sớm nhất, ứng dụng riêng tư Tornado hiện đang được áp dụng rộng rãi, còn giao thức giao dịch riêng tư và mạng tính toán riêng tư hiện nay thu hút sự quan tâm lớn nhất.
Bài viết này có độ dài giới hạn, chỉ tập trung vào việc thảo luận từ góc độ phát triển và tiến hóa công nghệ liên quan đến các giải pháp kỹ thuật thực hiện giao dịch riêng tư.
Tính đến nay, tiền mã hóa đã hình thành chủ yếu bốn nhóm giải pháp kỹ thuật để thực hiện giao dịch riêng tư:
1. CoinJoin
CoinJoin: CoinJoin là một cơ chế trộn tiền, lấy các đồng tiền từ nhiều bên gửi khác nhau và kết hợp chúng thành một giao dịch duy nhất. Một bên thứ ba sẽ đóng gói và gửi tiền tới người nhận. Về phía người dùng, mỗi người nhận sẽ nhận được số tiền của họ tại một địa chỉ chưa từng được sử dụng trước đó. Mục đích là giảm khả năng bị theo dõi giao dịch cụ thể nào đó.
DASH là ví dụ điển hình sử dụng công nghệ CoinJoin để thực hiện giao dịch riêng tư. DASH ra đời năm 2014, không nhằm mục đích duy nhất là riêng tư, mà cung cấp giao dịch riêng tư như một lựa chọn cho người dùng – người dùng có thể chọn sử dụng chức năng PrivateSend để giao dịch riêng tư hoặc giao dịch bình thường.
Về mặt cơ chế, mạng DASH khuyến khích thợ đào trở thành các nút chính thông qua phần thưởng cao hơn, mỗi nút chính phải có 1.000 DASH làm quỹ dự phòng. Mỗi người dùng khởi tạo giao dịch đều có thể sử dụng quỹ dự phòng này, đạt được hiệu quả "trộn tiền". Do việc trộn tiền, thông tin giao dịch bị xáo trộn, khó theo dõi, nhờ đó đạt được hiệu quả bảo vệ quyền riêng tư.
2. Địa chỉ ẩn + Chữ ký vòng (Ring Signature)
Địa chỉ ẩn: Việc tạo địa chỉ ẩn nghĩa là mỗi lần nhận tiền mã hóa sẽ tạo một địa chỉ mới. Nó đảm bảo các bên ngoài không thể liên kết địa chỉ thanh toán với địa chỉ ví cố định.
Chữ ký vòng: Giao dịch blockchain yêu cầu chữ ký số để xác minh người ký là người gửi, vì chữ ký của mỗi người dùng là duy nhất nên khi người dùng ký thì rất dễ truy vết lại giao dịch mà người ký đã thực hiện. Chiến lược chữ ký vòng là kết hợp chữ ký này với chữ ký của các thành viên khác trong vòng: số lượng thành viên trong vòng càng nhiều thì việc trực tiếp liên kết người ký với giao dịch càng khó khăn.
Monero (XMR) là ví dụ điển hình sử dụng tổ hợp địa chỉ ẩn và chữ ký vòng để bảo vệ quyền riêng tư. Monero không cung cấp riêng tư chọn lọc mà là riêng tư hoàn toàn. Monero cung cấp cho mỗi chủ sở hữu ví một khóa xem riêng tư mới, một địa chỉ người nhận và một khóa tiêu dùng riêng tư. Ngoài ra, việc khai thác XMR có thể thực hiện bằng CPU máy tính thông thường, không cần thiết bị đào chuyên dụng, điều này phần nào giúp XMR trở nên phi tập trung hơn.
Để nâng cao hiệu quả bảo vệ riêng tư, Monero đã trải qua nhiều lần nâng cấp kỹ thuật trong quá trình phát triển. Để ẩn số tiền giao dịch, công cụ RING-CT (Giao dịch Vòng Bí mật) đã ra đời; sau khi sử dụng RING-CT, hiệu suất riêng tư trên blockchain Monero được cải thiện nhưng khả năng mở rộng bị ảnh hưởng, do đó sau này đã đưa vào giao thức chứng minh kiến thức không tiết lộ Bulletproofs, giúp tăng quy mô giao dịch XMR và giảm thời gian xác minh tới 80%.
3. Mimblewimble
Từ "Mimblewimble" bắt nguồn từ câu thần chú "Confundo" trong bộ truyện Harry Potter, chủ yếu được sử dụng bởi hai dự án Grin và Beam. Công nghệ Mimblewimble bao gồm Giao dịch Bảo mật (Confidential Transaction), CoinJoin và Cut-through.
Giao thức Mimblewimble là một giải pháp tìm điểm cân bằng giữa ẩn danh và khả năng mở rộng, là một thiết kế cung cấp tính riêng tư cho tiền mã hóa trên sổ cái công khai dựa trên mô hình output, không liên quan đến tầng đồng thuận, do đó có thể áp dụng trên gần như mọi quy tắc đồng thuận.
Ban đầu, Mimblewimble được đề xuất nhằm mang lại tính riêng tư cho Bitcoin. Sau khi áp dụng công nghệ này, có thể ẩn đi chủ sở hữu tài khoản, mối liên hệ giữa các giao dịch và số tiền giao dịch; đồng thời cũng có thể "rửa tiền", bởi trong Bitcoin có những đồng tiền bị đánh dấu là "tiền bẩn", nhiều tổ chức từ chối nhận các đồng tiền này, công nghệ MimbleWimble có thể đạt được hiệu quả rửa tiền.
4. Loại chứng minh kiến thức không tiết lộ (Zero-Knowledge Proof)
Chứng minh kiến thức không tiết lộ (Zero-Knowledge Proof) là phương pháp cho phép người chứng minh thuyết phục người xác minh rằng một khẳng định nào đó là đúng/sự thật mà không tiết lộ thêm bất kỳ thông tin nào ngoài bản thân khẳng định đó.
Chứng minh kiến thức không tiết lộ lần đầu tiên được lý thuyết hóa bởi Goldwasser, Micali và Rackoff vào năm 1989. Hiện nay, trong ngành blockchain, chứng minh kiến thức không tiết lộ chủ yếu được dùng cho hai mục đích: bảo vệ riêng tư và tăng khả năng mở rộng. Bài viết này chủ yếu giới thiệu ứng dụng của nó trong bảo vệ riêng tư.
Việc sử dụng chứng minh kiến thức không tiết lộ để bảo vệ riêng tư lần đầu tiên được thực hiện trên Zcash, sau đó ngày càng có nhiều dự án như Aztec, Manta Network, StarkWare áp dụng cơ chế này và phát triển nhiều công nghệ mới.
Giới thiệu cơ chế chứng minh kiến thức không tiết lộ qua ví dụ "Alibaba và bốn mươi tên cướp":
Alibaba là người chứng minh, tên cướp là người xác minh. Tên cướp bắt Alibaba, buộc anh phải nói ra câu thần chú mở cửa hang động chứa kho báu, nếu không sẽ giết anh. Nếu Alibaba nói thẳng câu thần chú, anh có thể bị giết do mất giá trị lợi dụng; nếu anh nhất quyết im lặng, tên cướp sẽ cho rằng anh không biết câu thần chú và cũng sẽ giết anh. Alibaba nghĩ ra một cách: anh yêu cầu tên cướp đứng cách xa anh một khoảng tên bắn, nếu anh niệm thần chú không mở được cửa đá hoặc cố gắng trốn chạy, tên cướp có thể bắn chết anh.
Thông qua cách này, Alibaba có thể ở vị trí đủ xa (tên cướp không nghe được thần chú là gì) để chứng minh anh thực sự biết câu thần chú. Quá trình này, Alibaba (người chứng minh) không tiết lộ trực tiếp nội dung câu thần chú, nhưng vẫn khiến tên cướp (người xác minh) tin rằng khẳng định (Alibaba biết câu thần chú) là đúng sự thật.
zk-SNARK
Tên đầy đủ của zk-SNARK là "Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge", tiếng Trung là "chứng minh kiến thức không tiết lộ ngắn gọn, không tương tác". zk-SNARK được đề xuất bởi Ben-Sasson và các cộng sự tại Viện Kỹ thuật Israel trong bài báo Zerocash năm 2014, là công nghệ riêng tư loại chứng minh kiến thức không tiết lộ được ứng dụng rộng rãi nhất hiện nay. Các dự án nổi bật triển khai trực tiếp thuật toán zk-SNARK bao gồm Zcash, Loopring,... Cho phép người dùng chứng minh họ sở hữu thông tin cụ thể mà không tiết lộ nội dung thông tin đó.
zk-SNARK là công nghệ biến cơ chế chứng minh kiến thức không tiết lộ thành ngôn ngữ chương trình máy tính. Nguyên lý cơ bản như hình dưới đây:
zk-SNARK cụ thể đạt được mức độ riêng tư nào? zk-SNARK đạt được riêng tư hoàn toàn, không chỉ ẩn địa chỉ hai bên giao dịch và số tiền giao dịch, mà ngay cả các nút cũng không biết nội dung giao dịch. Tuy nhiên, điểm yếu của zk-SNARK là cần thiết lập ban đầu đáng tin cậy (trusted setup), dù thiết lập thế nào thì vẫn tiềm ẩn rủi ro an ninh nhất định.
Trên nền tảng zk-SNARK, để nâng cao tính riêng tư đồng thời tối ưu dung lượng và chi phí giao dịch, sau này đã phát sinh các loại chứng minh kiến thức không tiết lộ mới như Bulletproofs, zk-STARK, Sonic, PLONK, Supersonic.
Bulletproofs
So với zk-SNARK, Bulletproofs không cần thiết lập ban đầu đáng tin cậy, nhưng việc xác minh Bulletproofs tốn thời gian hơn so với xác minh chứng minh zk-SNARK. Bulletproofs được áp dụng trong dự án XMR để tăng quy mô giao dịch và giảm 80% thời gian xác minh.
zk-STARK
Tên tiếng Anh đầy đủ của zk-STARK là Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge, nghĩa là "chứng minh kiến thức không tiết lộ có thể mở rộng và minh bạch". zk-STARK do StarkWare phát triển, sử dụng các chứng minh mật mã học mới lạ và đại số hiện đại để đảm bảo tính toàn vẹn và riêng tư của các phép tính trên blockchain. StarkEx sử dụng công nghệ zk-STARK. zk-STARK cho phép blockchain chuyển các phép tính xuống một bên chứng minh STARK bên ngoài chuỗi, sau đó sử dụng bộ xác minh STARK trên chuỗi để kiểm tra tính toàn vẹn của các phép tính này.
So với zk-SNARK, zk-STARK được coi là công nghệ nhanh hơn và chi phí thấp hơn, vì khi khối lượng tính toán tăng lên, lượng thông tin trao đổi giữa bên chứng minh và bên xác minh vẫn giữ nguyên, do đó tổng lượng dữ liệu của zk-STARK nhỏ hơn rất nhiều so với dữ liệu trong chứng minh zk-SNARK. Hơn nữa, zk-STARK không cần thiết lập ban đầu đáng tin cậy, vì nó dựa vào hàm băm chống va chạm và sử dụng công nghệ mật mã đơn giản hơn. Nhìn chung, zk-SNARK đã đạt được tiến triển lớn về hoàn thiện và ứng dụng, trong khi zk-STARK khắc phục nhiều điểm yếu của zk-SNARK (nhanh hơn, rẻ hơn, không cần thiết lập ban đầu đáng tin cậy), được coi là phiên bản cải tiến, tuy nhiên zk-STARK áp dụng cách thức tính toán ngoài chuỗi và xác minh trên chuỗi, dường như kém an toàn hơn zk-SNARK.
Sonic
Sarah Meiklejohn (Đại học London), Markulf Kohlweiss (Đại học Edinburgh) và Sean Bowe (Zcash) đã đề xuất một giao thức chứng minh kiến thức không tiết lộ gọi là Sonic, một SNARK phổ quát, nghĩa là chỉ cần một lần thiết lập, nó có thể xác minh mọi thứ có thể.
Sự xuất hiện của Sonic đã thúc đẩy mạnh mẽ sự tiến hóa của chứng minh kiến thức không tiết lộ. Tuy nhiên, tốc độ của Sonic bị giảm do thời gian xây dựng chứng minh tăng khoảng hai bậc so với SNARK không phổ quát, vì vậy hiện tại chưa có dự án riêng tư nổi bật nào sử dụng công nghệ Sonic.
PLONK
PLONK là một zk-SNARK phổ quát hiệu quả do CTO của giao thức Aztec Zachary Williamson và nhà khoa học trưởng Ariel Gabizon (Protocol Labs và trước đây là Zcash) cùng phát triển. Ariel Gabizon và Zac Williamson phát triển PLONK trong một cuộc gặp tình cờ tại hội thảo Binary District ở London.
Đây là một zk-SNARK phổ quát hoàn toàn mới, PLONK chỉ cần một thiết lập đáng tin cậy duy nhất, tất cả các chương trình đều có thể tái sử dụng thiết lập này, công nghệ này còn được Vitalik chia sẻ. PLONK nhanh đến mức nào? Trên phần cứng tiêu chuẩn hoàn toàn, PLONK có thể xử lý mạch vượt quá 1 triệu cổng trong vòng 23 giây. Không cần trung tâm máy chủ hay cụm HPC—dữ liệu này đến từ một chiếc máy tính bảng Microsoft Surface.
Lấy ví dụ Aztec, sơ lược nguyên lý hoạt động của giao thức riêng tư Aztec dựa trên PLONK:
Đầu tiên, Aztec cần một thiết lập ban đầu đáng tin cậy – Ignition CRS. Ban đầu, Aztec đã ngẫu nhiên kêu gọi 200 người tham gia trên toàn cầu, mỗi người nhận được Ignition CRS. 200 người tham gia này sẽ tạo ra tính ngẫu nhiên – nền tảng đảm bảo an ninh cho chứng minh của Aztec. (Tương tự như có 200 người xáo bài, miễn là không phải cả 200 người đều cấu kết với nhau, chỉ cần một người trung thực tồn tại, thì có thể đảm bảo tính ngẫu nhiên của bài, tức là đảm bảo an ninh hệ thống.)
Tiếp theo, giao dịch riêng tư thông thường của Aztec có thể hiểu là một UTXO (như hình dưới). Hoạt động tương tự Bitcoin, nhưng điểm khác biệt của Aztec là giao dịch cần được mã hóa. Vì vậy, Ethereum sẽ xác minh UTXO này có đúng hay không – tức kiểm tra 60+40 = 75+25.
Cụ thể kiểm tra thế nào? Trước tiên kiểm tra input note = output note; để ngăn chặn tấn công vòng lặp (ví dụ: 10 = 11 + -1), lại thiết lập Range Proof (chứng minh phạm vi), do đó Aztec chuyển sang triển khai chứng minh thành viên tập hợp – để giao dịch được phê duyệt bởi động cơ mật mã Aztec (ACE), người dùng cần chứng minh họ tạo thành các ghi chú đầu ra từ Codex. Chỉ sau loạt bước này mới xác minh thành công UTXO có đúng hay không.
Ba khía cạnh riêng tư mà Aztec hướng tới: một là riêng tư dữ liệu, Aztec có thể mã hóa và ẩn số tiền giao dịch; hai là riêng tư người dùng, người theo dõi mạng không thể xác định ID người gửi và người nhận; ba là riêng tư mã nguồn, có thể ẩn hóa mã hợp đồng thông minh của các dApp sử dụng SDK Aztec. Trong đó, mục đầu tiên đã thực hiện, hai mục còn lại chưa.
SuperSonic
Công nghệ SuperSonic kết hợp Sonic và chứng minh DARK, là một chứng minh ngắn không cần thiết lập đáng tin cậy, với 1 triệu cổng logic có thể nén kích thước chứng minh xuống còn 10-20 KB, thậm chí còn có không gian tối ưu hóa, công nghệ này lần đầu tiên được ứng dụng trên chuỗi tài chính công Findora.
So sánh các giải pháp kỹ thuật dòng chứng minh kiến thức không tiết lộ về kích thước chứng minh, tốc độ xác minh, có cần thiết lập đáng tin cậy và ví dụ ứng dụng như bảng dưới đây:
Nhìn chung, sự xuất hiện của các SNARK phổ quát hiệu quả này cho phép thực hiện riêng tư và mở rộng Web3 thông qua tối đa một thiết lập MPC, giúp chúng ta có thể tạo giao dịch riêng tư trên mọi thiết bị người dùng (điện thoại, máy tính bảng...), đồng thời thực hiện hiệu quả các giao dịch riêng tư này trên mạng công cộng. Điều này thúc đẩy mạnh mẽ tiến trình phát triển lĩnh vực riêng tư.
Dựa trên tình trạng phát triển hiện tại của lĩnh vực giao dịch riêng tư, có thể trong tương lai gần sẽ xuất hiện hai xu hướng sau:
1. Tỷ lệ sử dụng giao dịch riêng tư ở giai đoạn hiện tại còn thấp, có thể tăng lên nhờ đổi mới công nghệ.
Có ba lý do chính khiến tỷ lệ sử dụng giao dịch riêng tư còn thấp: thứ nhất, ngưỡng kỹ thuật quá cao, giao dịch riêng tư thời kỳ đầu không thân thiện với trải nghiệm người dùng thông thường, mặc dù các tiền riêng tư như Zcash, XMR đã tồn tại nhiều năm nhưng phần lớn người dùng bình thường chưa từng sử dụng thực tế; thứ hai, nhu cầu về giao dịch riêng tư chưa được phổ cập, trước đây khi nhắc đến giao dịch riêng tư, mọi người thường mặc định chỉ những giao dịch见不得光 mới cần, ý thức che giấu hành vi giao dịch, chuyển tiền/thanh toán và số tiền trên chuỗi của người dùng còn yếu, nhưng với sự bùng nổ của DeFi và các giao dịch trên chuỗi, ý thức bảo vệ riêng tư giao dịch trên chuỗi đang dần thức tỉnh; thứ ba, các giao thức riêng tư thời kỳ đầu không cung cấp các loại tiền mà người dùng thực sự muốn dùng như ETH, USDC, DAI và các tài sản chính thống khác, do đó xác suất người dùng thông thường chọn dùng tiền riêng tư chỉ để bảo vệ riêng tư là không cao.
2. Việc các blockchain chính thống tích hợp chức năng riêng tư có lẽ là xu hướng cuối cùng của sự phát triển lĩnh vực riêng tư.
Tiền riêng tư như một thực thể độc lập có thể sẽ không còn được chào đón, đặc biệt sau những năm bị các quốc gia siết chặt quản lý. Ví dụ, chịu ảnh hưởng bởi quy tắc FATF, năm 2019 Coinbase UK đã gỡ Zcash, trong khi OKEx Hàn Quốc gỡ sáu loại tiền mã hóa gồm Monero, Dash, Zcash, ZCache, Horizon và SuperBitcoin.
Tuy nhiên, nhu cầu về giao dịch riêng tư là có thật và sẽ luôn tồn tại, có nhu cầu thì có thị trường. Dựa trên loại hình dự án riêng tư được chú ý nhất gần đây trong ngành, việc tích hợp chức năng bảo vệ riêng tư vào các blockchain chính thống như Bitcoin, Ethereum, Polkadot có thể trở thành một xu hướng.
Sử dụng công nghệ CoinJoin trong giao dịch Bitcoin là dịch vụ trộn (Mixers) phổ biến hiện nay để ẩn thông tin giao dịch. Mixers là dịch vụ làm rối liên kết giữa địa chỉ gửi và nhận Bitcoin thông qua bên thứ ba nhằm ẩn thông tin giao dịch.
Trên Ethereum, giải pháp riêng tư được quan tâm nhất là dòng chứng minh kiến thức không tiết lộ (zk-SNARK, zk-STARK...). Vitalik từng nói: "Chứng minh kiến thức không tiết lộ là giải pháp riêng tư mạnh mẽ nhất, mặc dù độ khó kỹ thuật cao nhất, nhưng hiệu quả tốt nhất trong việc bảo vệ riêng tư và an ninh mạng Ethereum." Trong các giải pháp riêng tư loại này, công nghệ PLONK của Aztec được đánh giá cao.
Trong hệ sinh thái Polkadot cũng có một dự án giao dịch riêng tư được chú ý – Manta Network. Đây là giao thức riêng tư loại zk-SNARK (Plonk with Lookup) do P0xeiden Labs xây dựng, Manta Network triển khai trên Polkadot, mạng thử nghiệm Calamari triển khai trên Kusama. Dự án này có kế hoạch triển khai giao thức riêng tư tương ứng trên các chuỗi công khai khác trong tương lai. Manta Network dự kiến ra mắt giao thức thanh toán ẩn danh phi tập trung đa tài sản MantaPay, và giao thức giao dịch phi tập trung MantaSwap sử dụng cơ chế AMM được hỗ trợ bởi zk-SNARK.
Tóm lại, giao dịch riêng tư là một nhu cầu thị trường thực sự, sự phát triển của lĩnh vực này đáng để theo dõi liên tục. Cùng với sự gia tăng về số lượng và khối lượng vốn trong các giao dịch trên chuỗi, nhu cầu thị trường này cũng sẽ tăng tương ứng.
Tài liệu tham khảo:
1. https://vitalik.ca/general/2022/06/15/using_snarks.html
2. https://developers.aztec.network/
3. https://emphasized-seed-161.notion.site/PVM-P0xeidon-VM-primer-5bf16a3ef16e4a8696e99ede6d71ea95
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
@iobc_capital
