Coinbase: Tổng quan toàn cảnh về赛道 (lĩnh vực) bằng chứng không kiến thức
Tuyển chọn TechFlowTuyển chọn TechFlow
Coinbase: Tổng quan toàn cảnh về赛道 (lĩnh vực) bằng chứng không kiến thức
Bài viết này sẽ phân tích sâu về hệ sinh thái bằng chứng không kiến thức (zero-knowledge proof) trên ba cấp độ: cơ sở hạ tầng, mạng lưới và ứng dụng.
Chuyên sâu báo cáo Web3Tác giả: Jonathan King
Biên dịch: TechFlow
Chứng minh kiến thức không (ZKP) đã trở thành một bước đột phá lớn trong lĩnh vực mật mã học. Bài viết này sẽ đi sâu vào các nguyên lý cốt lõi của công nghệ chứng minh kiến thức không, các ứng dụng thực tiễn, cũng như tác động của nó đến khả năng mở rộng blockchain, các ứng dụng bảo vệ quyền riêng tư và khả năng tương tác đáng tin cậy. Cùng với sự gia tăng đầu tư vào công nghệ này trong năm 2023, chứng minh kiến thức không không chỉ phát triển về mặt lý thuyết mà còn thể hiện tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Chúng tôi sẽ phân tích sâu hệ sinh thái ZK ở ba cấp độ: cơ sở hạ tầng, mạng lưới và ứng dụng, từ đó làm rõ cách thức nó đang mở ra kỷ nguyên mới cho công nghệ blockchain.
Tóm tắt
-
Chứng minh kiến thức không (ZKP) và các công nghệ phái sinh được xem là bước tiến lớn trong mật mã học, phần lớn được coi là mục tiêu cuối cùng của thiết kế blockchain.
-
Ngày nay, ZKP ngày càng trở thành giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết những vấn đề chưa được giải quyết trong web3, bao gồm khả năng mở rộng blockchain, các ứng dụng bảo vệ quyền riêng tư và khả năng tương tác không cần tin cậy.
-
Năm 2023, hơn 400 triệu USD đã được đầu tư vào công nghệ ZK, chủ yếu tập trung vào khả năng mở rộng lớp giao thức L1/L2 Ethereum, cơ sở hạ tầng mới nổi và các công cụ dành cho nhà phát triển.
-
Lĩnh vực ZK có thể được chia thành ba tầng:
-
1) Cơ sở hạ tầng – các công cụ/hardware dùng để xây dựng giao thức/ứng dụng dựa trên các thành phần nguyên bản ZK
-
2) Mạng lưới – các giao thức L1/L2 sử dụng hệ thống chứng minh ZK
-
3) Ứng dụng – các sản phẩm dành cho người dùng cuối tận dụng cơ chế ZK
-
-
Mặc dù hệ sinh thái ZK vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, nhưng tốc độ phát triển nhanh chóng của nó hứa hẹn sẽ mở ra một kỷ nguyên mới với các giải pháp blockchain an toàn, riêng tư và có khả năng mở rộng cao.
Giới thiệu
Chứng minh kiến thức không (ZKP) và các công nghệ liên quan phần lớn được xem là mục tiêu tối thượng trong thiết kế blockchain, đặc biệt là khi cung cấp giải pháp xác minh thông tin trên chuỗi mà gần như không cần bất kỳ giả định tin cậy nào. Cốt lõi của ZKP là một kỹ thuật mật mã học cho phép một bên (người chứng minh) chứng minh với bên kia (người xác minh) rằng một phép tính là hợp lệ, mà không tiết lộ bất kỳ dữ liệu nền tảng nào dùng để tạo ra phép tính đó. ZKP xuất hiện từ năm 1985, đã tiến hóa từ lý thuyết sang ứng dụng thực tế, vượt qua sự trì trệ kéo dài hàng thập kỷ nhờ những tiến bộ gần đây trong công cụ phần mềm và phần cứng.
Ngày nay, ZKP mang lại những giải pháp đầy hứa hẹn cho những thách thức lớn nhất mà Web3 đang phải đối mặt, bao gồm:
-
Khả năng mở rộng blockchain: Một trong những thách thức lớn nhất của Ethereum L1 là khả năng mở rộng. Tuy nhiên, sự xuất hiện của các mạng L2 giúp giao dịch nhanh hơn và rẻ hơn mà không làm tổn hại đến tính bảo mật hay phi tập trung của Ethereum. Mặc dù optimistic rollup vẫn chiếm ưu thế nhờ khả năng tương thích cao với EVM và thân thiện với nhà phát triển, nhưng việc áp dụng ZK rollup đang tăng trưởng ổn định. Chứng minh kiến thức không hỗ trợ tổng hợp các phép tính phức tạp ngoài chuỗi, từ đó tăng cường thiết kế L2 để xác minh và thanh toán trên chuỗi một cách nhanh chóng và hiệu quả.
-
Các ứng dụng bảo vệ quyền riêng tư: Cho đến nay, các nỗ lực về quyền riêng tư trong lĩnh vực blockchain chủ yếu giới hạn ở việc ẩn danh giao dịch. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đang từng bước hướng tới việc đạt được tính ẩn danh và bảo mật hoàn toàn cho giao dịch trên blockchain công cộng. Quan trọng hơn, những khái niệm mới về bảo vệ quyền riêng tư dựa trên ZKP đang xuất hiện, nhằm phá vỡ sự đánh đổi giữa việc bảo vệ quyền riêng tư của người dùng và tuân thủ quy định (tức là ngăn chặn các hoạt động bất hợp pháp).
-
Khả năng tương tác không cần tin cậy: Các giao thức tương tác blockchain hiện tại phụ thuộc vào các hệ thống đáng tin cậy (ví dụ: đa chữ ký hoặc tập hợp trình xác thực được khuyến khích). Chứng minh kiến thức không có thể giúp thay thế các giả định tin cậy kinh tế-mật mã bằng các đảm bảo mã hóa, mở đường cho giao tiếp liên chuỗi an toàn và vững chắc hơn. Tuy nhiên, trong các ứng dụng chính của ZKP, khả năng tương tác là lĩnh vực mới nổi nhất.
Theo số liệu từ Messari, hơn 400 triệu USD đã được đầu tư vào lĩnh vực chứng minh kiến thức không trong năm 2023, nhấn mạnh vào khả năng mở rộng lớp L1/L2 Ethereum và cơ sở hạ tầng nhà phát triển ZKP mới nổi. Mặc dù ZKP nói chung còn khá mới mẻ, nhưng hệ sinh thái phát triển nhanh chóng của nó báo hiệu rằng các phương pháp tốt nhất cho các ứng dụng blockchain an toàn, riêng tư và có khả năng mở rộng sẽ dần hội tụ. Dựa trên khung tư duy này, hãy cùng xem xét kỹ hơn lĩnh vực ZK theo từng tầng, khám phá các bên tham gia chính và các khái niệm mới nổi.
Cơ sở hạ tầng
Mọi dạng chứng minh kiến thức không đều phải được viết bằng ngôn ngữ mạch số học, vốn có khả năng biểu đạt hạn chế, khiến việc chuyển đổi hầu hết các hàm blockchain sang dạng mạch rất phức tạp. Hạn chế về công cụ dành cho nhà phát triển và phần cứng cấp cao có nghĩa là các trường hợp ứng dụng thực tế của ZKP chỉ mới bắt đầu phát triển gần đây. Ngày nay, chúng ta đang chứng kiến sự xuất hiện của một loạt hệ thống và công cụ giúp các nhà phát triển xây dựng giao thức và ứng dụng trên nền tảng cơ sở hạ tầng mật mã ZK.
Khuôn khổ lập trình và công cụ: Các ngôn ngữ chuyên biệt (DSL) như Leo, Noir, Cairo và o1js là các khuôn khổ lập trình dùng để phát triển chương trình ZK có thể kiểm chứng trong các hệ sinh thái L1/L2 cụ thể (lần lượt là Aleo, Aztec, Starkware và Mina). Ngoài ra, các khuôn khổ phổ quát như Elusiv và Hinkal đang nổi lên, nhằm cho phép các nhà phát triển định nghĩa các tiêu chuẩn cụ thể để dữ liệu giao dịch có thể được che giấu trên chuỗi, nhưng vẫn được xác minh bằng chứng minh kiến thức không. Dự kiến, khi nhu cầu từ các nhà phát triển tiềm năng và người dùng cuối đối với các ứng dụng điều khiển bởi ZK tăng lên, việc áp dụng các khuôn khổ này sẽ tiếp tục gia tăng.
Bộ đồng xử lý ZK: Bộ đồng xử lý ZK cung cấp cho các nhà phát triển khả năng tính toán ngoài chuỗi hiệu quả về chi phí và đáng tin cậy, đồng thời loại bỏ nhu cầu xử lý các thành phần ZK phức tạp trong chồng công nghệ. Các nhóm như RiscZero, Axiom và Herodotus cung cấp các nền tảng tính toán có thể xác minh, tạo ra các bằng chứng để chứng minh việc thực thi và tính hợp lệ của chương trình tùy ý, hoặc cho phép hợp đồng thông minh lưu trữ, truy cập và xác minh dữ liệu lịch sử trên chuỗi mà không cần thêm bất kỳ giả định tin cậy nào. Theo thời gian, bộ đồng xử lý ZK được kỳ vọng sẽ trở thành yếu tố thiết yếu cho ngày càng nhiều ứng dụng tiên tiến hơn trên chuỗi.
Mạng lưới/chợ chứng minh: Hiện nay, phần lớn các mạng và giao thức ZK phụ thuộc vào quá trình chứng minh tập trung. Khi việc áp dụng ZK ngày càng gia tăng, chúng tôi dự đoán các nhóm sẽ tìm cách phi tập trung hóa lớp chứng minh của họ để nâng cao tính sẵn sàng và khả năng chống kiểm duyệt. Các mạng lưới và chợ chứng minh mới nổi như =nil; Foundation, RiscZero, Gevulot và Lumoz cung cấp dịch vụ cho phép các ứng dụng thuê ngoài cơ chế chứng minh của mình cho các nhà vận hành bên thứ ba, từ đó giảm chi phí vận hành cơ sở hạ tầng chứng minh ZK.
Tăng tốc phần cứng: Vì việc tạo chứng minh ZK đòi hỏi lượng lớn phép toán học, nên chi phí cao và yêu cầu tính toán mạnh. Tuy nhiên, chúng ta đang thấy những tiến bộ đáng kể trong việc sử dụng phần cứng chuyên dụng như mảng cổng lập trình trường (FPGA) và vi mạch tích hợp chuyên dụng (ASIC), giúp cải thiện thời gian tạo và xác minh chứng minh. Các nhà cung cấp phần cứng chuyên biệt như Ingonyama, Cysic và Fabric đang dẫn đầu trong việc cung cấp FPGA và ASIC cho hệ thống chứng minh ZK, và chúng tôi dự đoán rằng đổi mới và đầu tư vào thiết kế phần cứng ZK sẽ tiếp tục gia tăng trong tương lai.
Cơ sở hạ tầng chuỗi ứng dụng: Các nhà cung cấp Rollup-as-a-Service (RaaS) như Spire, ProtoKit và Lumoz cung cấp các công cụ ít mã hóa để các nhà phát triển xây dựng, thử nghiệm và triển khai các chuỗi L2/L3 phổ quát hoặc chuyên biệt ứng dụng cơ chế chứng minh kiến thức không. Các trình sắp xếp như Espresso, Radius và Madara cung cấp cơ sở hạ tầng để chấp nhận giao dịch người dùng, xác định thứ tự của chúng và đăng khối lên lớp đồng thuận và khả dụng dữ liệu L1. Chúng tôi cho rằng thế hệ tiếp theo của khả năng mở rộng Ethereum sẽ do các ngăn xếp L2 rollup mô-đun thúc đẩy, điều này có thể tạo ra nhu cầu cho các nhà cung cấp này trong ngắn và trung hạn.
Tương tác và cầu nối: Khi sự phụ thuộc vào con người (ví dụ: đa chữ ký hoặc tập hợp trình xác thực được khuyến khích) giảm xuống, các hệ thống cầu nối trở nên tối thiểu hóa sự tin cậy hơn, thay thế niềm tin bằng mã (ví dụ: khách hàng nhẹ, bộ lặp và chứng minh kiến thức không). Các nhóm như Polyhedra, Lambda Class và Polymer Labs đang khám phá chủ đề này. Trong các ứng dụng chính của ZK, khả năng tương tác là lĩnh vực mới nổi nhất, nhưng khi việc truy cập cơ sở hạ tầng ZK được đẩy nhanh, chúng tôi dự đoán sẽ thấy nhiều đổi mới hơn trong thiết kế cầu nối.
Học máy kiến thức không (ZKML): ZKML là lĩnh vực前沿 của mật mã học, tập trung vào việc sử dụng chứng minh kiến thức không để chứng minh tính đúng đắn của suy luận mô hình học máy (ML) trên chuỗi. Bằng cách bổ sung khả năng ML, hợp đồng thông minh có thể trở nên tự trị và linh hoạt hơn, cho phép chúng đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu thời gian thực trên chuỗi và thích nghi với nhiều tình huống khác nhau, bao gồm cả những tình huống chưa được dự kiến khi hợp đồng được tạo ra ban đầu. Các nhóm như Modulus Labs, Giza và Zama đang tiên phong trong các trường hợp sử dụng ZKML độc đáo, có thể tạo ra sự kết hợp hứa hẹn tại điểm giao thoa giữa AI và công nghệ mã hóa.
Mạng lưới
Một số blockchain gặp giới hạn trong việc xử lý khối lượng giao dịch cao, dẫn đến thời gian giao dịch chậm lại và chi phí tăng trong các thời điểm nhu cầu cao. Hơn nữa, các blockchain phổ biến như Bitcoin, Ethereum và Solana được xây dựng trên sổ cái công khai, nhưng sự thiếu riêng tư đã gây lo ngại cho các bên tham gia chính thống về tính ẩn danh và bí mật hoàn toàn của giao dịch. Các mạng L1 và L2 mới đang xuất hiện, sử dụng cơ sở hạ tầng chứng minh kiến thức không để giải quyết các vấn đề liên quan đến khả năng mở rộng blockchain và quyền riêng tư trên chuỗi.
L1 tập trung vào quyền riêng tư: Các mạng L1 mới nổi như Aleo, Mina và IronFish cung cấp khả năng hợp đồng thông minh ưu tiên riêng tư dựa trên ZKP, mang lại quyền riêng tư ở cấp độ ứng dụng cho các ứng dụng phi tập trung trong hệ sinh thái riêng của chúng. Các mạng L1 như Fhenix và Inco sử dụng mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE), cho phép các nhà phát triển viết hợp đồng thông minh riêng tư và thực hiện tính toán trên dữ liệu đã mã hóa, từ đó đạt được tính ẩn danh và bí mật hoàn toàn cho giao dịch. Do nhiều L1 trên đang chạy mạng thử nghiệm có thưởng và yêu cầu các nhà phát triển học ngôn ngữ lập trình mới, dấu hiệu áp dụng quy mô lớn và thu giữ giá trị có thể mất từ 1-2 năm.
ZK-EVM: ZK-EVM sử dụng chứng minh kiến thức không để tạo bằng chứng mã hóa cho việc thực thi các giao dịch kiểu Ethereum. Ví dụ như zkSync Era, Polygon zkEVM, Linea, Scroll và Taiko, các loại ZK-EVM khác nhau có những cân nhắc thiết kế khác nhau giữa mức độ tương thích EVM và hiệu suất (tức là thời gian tạo bằng chứng). Chúng tôi dự đoán lĩnh vực này sẽ tiếp tục đổi mới để mở rộng Ethereum và các ZK rollup dựa trên Ethereum.
ZK-Rollup: ZK-rollup là một giải pháp mở rộng L2, chuyển việc tính toán ra ngoài chuỗi và sử dụng chứng minh kiến thức không để chứng minh sự thay đổi trạng thái trên chuỗi. Các ZK-rollup như Aztec cung cấp "động cơ riêng tư trên Ethereum", nhằm mã hóa dữ liệu giao dịch trong khi vẫn đảm bảo chi phí thấp. Zeko là một ngăn xếp ZK-rollup sắp ra mắt được xây dựng trên Mina, cho phép các ứng dụng xác minh đệ quy và kết hợp với nhau. ImmutableX và LayerN lần lượt là các ZK rollup chuyên biệt cho trò chơi và DeFi hiệu suất cao. Mặc dù các rollup dựa trên optimistic chiếm khoảng 90% thị phần L2 tổng thể, nhưng nhu cầu về ZK-rollup được dự đoán sẽ tăng lên khi công nghệ nền tảng trở nên dễ tiếp cận hơn.
Ứng dụng
Trên nền tảng cơ sở hạ tầng và mạng lưới ZK, một loạt các ứng dụng người dùng cuối tận dụng chứng minh kiến thức không cho các khoản thanh toán trên chuỗi, xác thực danh tính, DeFi riêng tư nhưng tuân thủ và các trường hợp sử dụng cho người tiêu dùng đã xuất hiện.
Các nhóm như Elusiv cung cấp giao diện thân thiện người dùng cho các khoản thanh toán riêng tư và giao dịch DeFi, thực hiện thông qua địa chỉ được che giấu, đồng thời áp dụng cơ chế tuân thủ để giải mã giao dịch của những người bị xác định là hành vi bất hợp pháp. Trong lĩnh vực xác thực, zCloak, ZKPass và zkp-ID sử dụng chứng minh kiến thức không để cho phép người dùng chứng minh dữ liệu có thể xác minh với bên thứ ba mà không tiết lộ thông tin cá nhân.
Các giao thức DeFi như Lumina và Panther tập trung xây dựng các sàn giao dịch phi tập trung vừa riêng tư vừa tuân thủ. Renegade kết hợp tính toán đa bên (MPC) và công nghệ ZK để cung cấp giao dịch kho bạc tối (dark pool), một nơi giao dịch trên chuỗi ẩn sổ lệnh, cho phép các tổ chức lớn hoặc nhà giao dịch lớn thực hiện lệnh mà không để lộ hoạt động của họ ra thị trường rộng lớn hơn.
Các ứng dụng dành cho người tiêu dùng như Sealcaster và Dark Forest tận dụng chứng minh kiến thức không trong các ứng dụng xã hội và trò chơi, che giấu danh tính người dùng và chiến lược chơi game khỏi những người tham gia khác trên chuỗi.
Tương lai của ZK
Tương lai của ZK liên quan đến việc ưu tiên tốc độ, giảm yêu cầu phần cứng, cải thiện công cụ phát triển và hỗ trợ tạo bằng chứng phi tập trung thông qua các thiết kế ZK mới. Mặc dù cả giải pháp mở rộng Optimistic và ZK đều dùng để xác minh giao dịch rollup, nhưng mỗi phương án đều có những cân nhắc thiết kế liên quan đến bảo mật, độ trễ và hiệu quả tính toán. Chúng tôi thấy hai chồng công nghệ này đang có xu hướng hội tụ trong trung và dài hạn để phù hợp với phạm vi đa dạng các ứng dụng trên chuỗi. Cuối cùng, lớp ứng dụng ZK hiện nay vẫn còn ở giai đoạn manh nha, nhưng khi người dùng cuối ngày càng quan tâm hơn đến việc bảo vệ quyền riêng tư trên blockchain công cộng, dự kiến sẽ có sự tăng trưởng trong tương lai. Ngoài ra, cần lưu ý rằng nghiên cứu ZK chủ yếu được khám phá trong bối cảnh Ethereum. Tuy nhiên, những khái niệm mới nổi như kế hoạch Token22 của Solana với chức năng chuyển khoản bảo mật (tức là một tính năng riêng tư sử dụng ZKP để mã hóa số dư và số tiền chuyển SPL token), cho thấy sự thích nghi và tiềm năng của ZK vượt ra ngoài hệ sinh thái cụ thể.
Tóm lại, tiềm năng chuyển đổi của ZK đang được hiện thực hóa, báo hiệu một tương lai với các giải pháp blockchain nổi bật hơn về bảo mật, quyền riêng tư và khả năng mở rộng.
Ghi chú: Các dự án được Coinbase Ventures đầu tư xuất hiện trong lĩnh vực chứng minh kiến thức không nêu trên: Aleo, Anoma, Aztec, Consensys, Espresso, Elusiv, Mina, Polygon, Polymer Labs, Starkware, Sunscreen, zCloak, zkLink, zkSync
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
