Bằng chứng không kiến thức: Chúng có thể mang lại thay đổi lớn đến mức nào?
Tuyển chọn TechFlowTuyển chọn TechFlow
Bằng chứng không kiến thức: Chúng có thể mang lại thay đổi lớn đến mức nào?
Mặc dù công nghệ bằng chứng không kiến thức (zero-knowledge proof) lần đầu tiên được đề xuất vào những năm 1980, nhưng phải đến gần đây nó mới trở nên thực tiễn nhờ những tiến bộ về tính toán, mật mã học và công nghệ blockchain.
Chuyên sâu báo cáo Web3Bài viết: 0xKira
Dịch: Block unicorn
Trong bối cảnh phát triển không ngừng của mật mã học và blockchain, hiếm có đổi mới nào thu hút sự chú ý lớn như bằng chứng kiến thức không (ZK). Từng là một khái niệm hàn lâm khó hiểu trong các bài báo lý thuyết khoa học máy tính, bằng chứng ZK nay đã nhanh chóng chuyển từ lý thuyết sang triển khai thực tế, trở thành nền tảng cho thế hệ cơ sở hạ tầng mã hóa tiếp theo.
Lõi của bằng chứng ZK thách thức một giả định lâu đời trong các hệ thống số: xác minh cần phải tiết lộ thông tin. Dù là đăng nhập ứng dụng, xác minh danh tính hay xác nhận giao dịch, trước đây chúng ta luôn phải tiết lộ một số thông tin nhất định để giành được niềm tin. Công nghệ bằng chứng ZK phá vỡ sự đánh đổi này, cho phép chúng ta chứng minh các sự thật về danh tính, dữ liệu hoặc tính toán mà không tiết lộ thông tin nền tảng.
Bên cạnh bảo vệ quyền riêng tư, bằng chứng ZK còn mang lại khả năng mở rộng, tương tác và xác minh đáng tin cậy trên phạm vi toàn cầu. Từ các ZK rollup mở rộng thông lượng blockchain đến các hệ thống danh tính riêng tư và tuân thủ, bằng chứng ZK đang định nghĩa lại những điều khả thi trong lĩnh vực mã hóa.
Tóm tắt
-
Bằng chứng kiến thức không (ZK) có thể xác minh thông tin như danh tính, số dư hoặc tính hợp lệ của giao dịch mà không tiết lộ dữ liệu nền tảng.
-
Mặc dù công nghệ bằng chứng ZK được đề xuất lần đầu vào những năm 1980, nhưng chỉ gần đây mới trở nên thực tiễn nhờ vào tiến bộ trong tính toán, mật mã học và công nghệ blockchain.
-
Bằng chứng ZK hỗ trợ các giao dịch riêng tư, danh tính phi tập trung, bỏ phiếu DAO và khả năng tương tác giữa các chuỗi, đồng thời mở rộng quy mô Ethereum bằng cách đóng gói hàng ngàn giao dịch thành một bằng chứng duy nhất thông qua ZK Rollup.
-
Dù yêu cầu khối lượng tính toán lớn, thuật toán ZK rollup có tính cuối cùng tức thì, phí thấp hơn và an toàn hơn, giúp vượt trội so với các giải pháp dạng Optimistic.
Bằng chứng kiến thức không là gì?
Bằng chứng kiến thức không (ZK) là một phương pháp mật mã cho phép một bên (người chứng minh) chứng minh cho bên kia (người xác minh) rằng một mệnh đề nào đó là đúng mà không cần tiết lộ lý do tại sao nó đúng hay bất kỳ thông tin bổ sung nào khác.
Ví dụ, Alice muốn chứng minh với Bob rằng cô ấy biết mật khẩu của một cánh cửa ẩn trong hang động, nhưng cô ấy không thể nói trực tiếp mật khẩu đó cho Bob. Cô ấy đi vào hang, mở cửa và xuất hiện ở phía bên kia. Bob không thấy cô ấy làm thế nào, nhưng anh ấy biết chắc rằng cô ấy phải biết mật khẩu.
Ẩn dụ kinh điển về bằng chứng kiến thức không – Chainlink
Theo truyền thống, việc xác minh cần tiết lộ một số thông tin: ví dụ như thông tin cá nhân, mật khẩu hoặc dữ liệu. Bằng chứng ZK đảo ngược mô hình này, cho phép chứng minh danh tính, tính xác thực hoặc quyền sở hữu mà không cần phơi bày dữ liệu đó.
Trong các hệ thống số, điều này có nghĩa là bạn có thể:
-
Chứng minh mình đã đủ 18 tuổi mà không cần tiết lộ ngày sinh.
-
Chứng minh mình có đủ tiền mà không cần tiết lộ số dư ví.
-
Chứng minh tính hợp lệ của một giao dịch mà không tiết lộ nội dung giao dịch.
Khả năng "chứng minh mà không tiết lộ thông tin" này là nền tảng cho các hệ thống giữ được sự riêng tư, an toàn và minh bạch, và bằng chứng ZK chính là công cụ cân bằng cả hai yếu tố này.
Chúng hoạt động như thế nào?
Bằng chứng ZK dựa vào các cấu trúc toán học phức tạp và nguyên thủy mật mã học, nhưng về mặt khái niệm, chúng có thể được rút gọn thành ba thuộc tính cơ bản:
-
Tính toàn vẹn (Completeness): Nếu mệnh đề là đúng, người chứng minh trung thực có thể thuyết phục người xác minh rằng nó đúng.
-
Tính đáng tin cậy (Soundness): Nếu mệnh đề sai, bất kỳ người chứng minh gian lận nào cũng không thể thuyết phục người xác minh rằng nó đúng.
-
Tính kiến thức không (Zero-Knowledge): Người xác minh không biết thêm bất kỳ thông tin nào ngoài việc mệnh đề là đúng.
Thực tế, có nhiều loại bằng chứng ZK, nhưng trọng tâm thảo luận hiện nay chủ yếu tập trung vào hai loại: bằng chứng ZK tương tác và không tương tác.
Trong các thiết kế ban đầu, bằng chứng ZK là tương tác. Người chứng minh và người xác minh có cuộc đối thoại hai chiều, người xác minh đưa ra các thử thách ngẫu nhiên và người chứng minh phản hồi bằng bằng chứng, cùng nhau xây dựng niềm tin vào tính đúng đắn của mệnh đề. Mặc dù mô hình này hiệu quả về mặt lý thuyết, nhưng trong môi trường blockchain, các bên thường khó tương tác thời gian thực, nên hiệu suất không cao.
Để tăng tính thực tiễn, các nhà mật mã học đã phát triển bằng chứng ZK không tương tác (NIZK), chỉ yêu cầu người chứng minh gửi một thông điệp duy nhất tới người xác minh. Nổi bật nhất là zk-SNARKs, có thể tạo ra các bằng chứng cực kỳ nhỏ gọn và xác minh trong vài mili giây. Một biến thể khác là zk-STARKs, không cần thiết lập đáng tin cậy và cung cấp mức độ an toàn chống lại máy tính lượng tử.
Nguyên lý hoạt động của zk-SNARKs – Midnight Network
Về bản chất, các hệ thống này cho phép người chứng minh tạo ra "dấu vân tay" toán học của một phép tính hợp lệ. Người xác minh sau đó có thể kiểm tra dấu vân tay này mà không cần thực hiện lại toàn bộ phép tính. Đây chính là lý do chúng mạnh mẽ đến vậy trong việc mở rộng blockchain: chỉ cần kiểm tra một bằng chứng mã hóa duy nhất, có thể xác minh hàng ngàn giao dịch một cách nhanh chóng và chi phí thấp.
Bằng chứng kiến thức không được phát minh khi nào?
Bằng chứng ZK bắt nguồn từ giữa những năm 1980, khi các nhà nghiên cứu Shafi Goldwasser, Silvio Micali và Charles Rackoff giới thiệu khái niệm này trong bài báo tiên phong “Độ phức tạp kiến thức của các hệ thống chứng minh tương tác” (“The Knowledge Complexity of Interactive Proof Systems”) (1985).
Các mô hình lý thuyết ban đầu của họ đã đặt nền móng cho các đổi mới mật mã trong vài thập kỷ tiếp theo, nhưng mãi đến những năm 2010, nhờ cải thiện hiệu suất tính toán và sự trỗi dậy của công nghệ blockchain, bằng chứng ZK mới trở nên thực dụng.
Các dự án như Zcash ra mắt vào năm 2016 là một trong những dự án đầu tiên triển khai quy mô lớn bằng chứng ZK, sử dụng zk-SNARKs để thực hiện các giao dịch riêng tư trên sổ cái công khai. Kể từ đó, công nghệ bằng chứng ZK đã phát triển đáng kể, hiệu quả cao hơn, tốc độ tạo bằng chứng nhanh hơn và xuất hiện các khung mới (ví dụ như zk-STARKs, Halo và PLONK), giúp dễ sử dụng hơn cho nhà phát triển và phù hợp hơn với việc mở rộng hệ thống thực tế.
Các ứng dụng của bằng chứng ZK trong lĩnh vực mã hóa là gì?
Ứng dụng trực quan và nổi tiếng nhất là các giao dịch bảo vệ quyền riêng tư. Bằng chứng ZK cho phép người dùng thực hiện giao dịch trên blockchain công khai mà không cần tiết lộ các thông tin nhạy cảm như số tiền hoặc đối tác giao dịch. Zcash là tiên phong của công nghệ này, giới thiệu cơ chế "giao dịch ẩn" (shielded transactions), bảo vệ quyền riêng tư người dùng đồng thời duy trì tính toàn vẹn có thể xác minh trên chuỗi. Trên nền tảng này, các dự án như Tornado Cash, Aztec và Railgun đã mở rộng công nghệ bằng chứng ZK sang Ethereum, cho phép tương tác hợp đồng thông minh riêng tư và các giao dịch DeFi bảo mật.
Nguyên lý hoạt động của Tornado Cash - Elliptic
Bên cạnh bảo vệ quyền riêng tư, bằng chứng ZK đang cách mạng hóa lĩnh vực danh tính kỹ thuật số và tuân thủ quy định. Nó hỗ trợ tiết lộ có chọn lọc, cho phép người dùng chứng minh các sự thật cụ thể mà không tiết lộ dữ liệu cá nhân. Ví dụ, người dùng có thể chứng minh họ đã vượt qua xác minh KYC mà không tiết lộ tên, hoặc xác nhận họ không nằm trong danh sách trừng phạt mà không cung cấp thông tin danh tính. Nguyên tắc này là nền tảng cho các hệ thống danh tính ZK mới nổi như Chứng minh nhân dạng của Worldcoin, Polygon ID và zkPass.
Polygon ID: Hệ thống danh tính hỗ trợ bằng chứng ZK - Polygon
Bằng chứng ZK cũng có giá trị ứng dụng mạnh mẽ trong bỏ phiếu và quản trị. Trong các tổ chức tự trị phi tập trung (DAO), chúng có thể thúc đẩy quá trình bỏ phiếu ẩn danh nhưng có thể xác minh, đảm bảo kết quả minh bạch đồng thời bảo vệ quyền riêng tư danh tính của từng cử tri. Điều này giúp giảm nguy cơ bị ép buộc hoặc trả thù, khuyến khích tham gia trung thực hơn vào quyết định tập thể, từ đó củng cố các nguyên tắc dân chủ trong quản trị phi tập trung.
Một lợi thế khác của bằng chứng ZK thể hiện trong lĩnh vực xác minh liên chuỗi. Trong môi trường đa chuỗi, truyền thống mà nói, việc thiết lập niềm tin giữa các blockchain khác nhau cần các trung gian hoặc cơ chế cầu nối phức tạp. Bằng chứng ZK cung cấp một giải pháp thanh lịch hơn: một bằng chứng được tạo ra trên một chuỗi có thể chứng minh tính hợp lệ trạng thái của nó, và một chuỗi khác có thể độc lập xác minh bằng chứng đó. Điều này đạt được khả năng tương tác đáng tin cậy, cho phép các blockchain khác nhau giao tiếp an toàn mà không cần phụ thuộc vào các trình xác minh tập trung.
Công nghệ ZK cũng đang nâng cao khả năng mở rộng của Ethereum thông qua ZK Rollup. Bằng cách đóng gói hàng ngàn giao dịch thành một bằng chứng mã hóa duy nhất, các Rollup này giảm đáng kể tải dữ liệu trên chuỗi trong khi vẫn đảm bảo an toàn. Kết quả là tốc độ xử lý giao dịch nhanh hơn, chi phí thấp hơn và hiệu quả cao hơn, tạo nền tảng để Ethereum xử lý các ứng dụng quy mô lớn mà không làm mất đặc tính phi tập trung.
Chi tiết về ZK Rollup
Trong tất cả các ứng dụng dựa trên bằng chứng ZK, ZK rollup rõ ràng là mang tính cách mạng nhất. Chúng giải quyết một trong những thách thức lớn nhất trong lĩnh vực tiền mã hóa: khả năng mở rộng blockchain.
Kể từ khi công nghệ blockchain ra đời, mọi blockchain đều đối mặt với nghịch lý blockchain tam giác: mỗi blockchain chỉ có thể đạt được hai trong ba thuộc tính cốt lõi là an toàn, khả năng mở rộng và phi tập trung. Các blockchain như Ethereum tuy an toàn và phi tập trung nhưng vẫn chậm và tốn kém. Mỗi giao dịch đều phải được xác minh bởi tất cả các nút, gây ra tắc nghẽn, giới hạn thông lượng, đẩy giá gas lên cao và làm giảm nghiêm trọng khả năng sử dụng của blockchain.
Rollup là một giải pháp Layer-2 thực hiện giao dịch bên ngoài chuỗi, sau đó gửi bản tóm tắt về lại chuỗi chính hoặc Layer-1 (thường là Ethereum). Rollup chủ yếu chia thành hai loại: Optimistic rollup và ZK rollup.
Trong ZK Rollup, hàng trăm, hàng ngàn giao dịch bên ngoài chuỗi được đóng gói lại với nhau. Người chứng minh tạo ra một bằng chứng kiến thức không (còn gọi là bằng chứng hiệu lực) cho thấy tất cả các giao dịch được đóng gói đều tuân thủ quy tắc của blockchain. Sau đó, bằng chứng duy nhất này được gửi lên chuỗi chính, nơi có thể nhanh chóng và chắc chắn xác minh nó.
Nguyên lý hoạt động của ZK Rollup - Messari
Thiết kế này giảm đáng kể khối lượng dữ liệu và gánh nặng tính toán trên Layer-1, đồng thời duy trì các đảm bảo an toàn giống như xử lý từng giao dịch riêng lẻ, từ đó loại bỏ các điểm nghẽn về tốc độ và quy mô trên Layer-1.
Một số dự án ZK rollup tiêu biểu gồm:
-
zkSync Era: Do Matter Labs phát triển, sử dụng zk-SNARKs để đạt được tính cuối cùng nhanh chóng.
-
StarkNet: Được xây dựng dựa trên zk-STARKs, nhấn mạnh khả năng mở rộng và minh bạch.
-
Polygon zkEVM: Triển khai zero-knowledge của Máy ảo Ethereum (EVM), giúp tương thích hoàn toàn với các hợp đồng thông minh hiện có trên Ethereum.
-
Lighter: Một nền tảng DEX vĩnh viễn được xây dựng trên ZK rollup tùy chỉnh, sử dụng zk-SNARKs, cụ thể là Plonky2.
Ưu điểm của ZK Rollup
Bằng cách nén hàng ngàn giao dịch thành một bằng chứng mật mã duy nhất, ZK rollup có thể tăng đáng kể thông lượng, cho phép các blockchain như Ethereum xử lý nhiều hoạt động hơn mà không hy sinh tính phi tập trung hay an toàn.
An toàn là một lợi thế quan trọng khác. Khác với Optimistic rollup dựa vào động lực kinh tế và thời gian thách thức kéo dài một tuần để phát hiện gian lận, ZK rollup sử dụng bằng chứng hiệu lực toán học để đảm bảo tính đúng đắn ngay từ đầu. Ngay khi bằng chứng được xác minh trên chuỗi, các giao dịch nền tảng sẽ là cuối cùng và không thể thay đổi, loại bỏ sự chậm trễ và bất định.
Điều này cũng có nghĩa là tốc độ xác nhận nhanh hơn. Giao dịch trong ZK rollup được thanh toán ngay lập tức sau khi bằng chứng tương ứng được xác minh, người dùng gần như nhận được kết quả cuối cùng ngay lập tức, trái ngược với thời gian chờ phổ biến trong các hệ thống Optimistic.
Hiệu quả về chi phí là một ưu điểm chính khác. Vì ZK Rollup chỉ gửi một lượng dữ liệu cực nhỏ lên blockchain Layer-1, phí gas giảm đáng kể, khiến việc chạy ứng dụng và người dùng trên Ethereum rẻ hơn.
Điều thú vị hơn nữa là ZK rollup mở ra cánh cửa cho việc tăng cường bảo vệ quyền riêng tư. Vì bản thân chúng được xây dựng dựa trên mật mã học kiến thức không, về mặt lý thuyết có thể tích hợp trực tiếp tính bí mật vào chính rollup, từ đó thực hiện các giao dịch riêng tư và có thể xác minh ở quy mô lớn.
Giới hạn chính hiện tại nằm ở nhu cầu tính toán. Việc tạo bằng chứng kiến thức không vẫn tiêu tốn nhiều tài nguyên, đòi hỏi phần cứng mạnh và công nghệ mật mã tiên tiến. Tuy nhiên, những tiến bộ liên tục, đặc biệt trong tăng tốc phần cứng, thiết kế mạch và bằng chứng đệ quy, đang dần giảm chi phí này, khiến mỗi thế hệ ZK rollup hiệu quả hơn.
So sánh với Optimistic Rollup
Optimistic rollup, như Arbitrum và Optimism, theo đuổi một triết lý khác. Chúng mặc định tất cả các giao dịch bên ngoài chuỗi là hợp lệ. Chỉ khi có ai nghi ngờ giả định này, hệ thống mới yêu cầu cung cấp "bằng chứng gian lận" để xác minh tranh chấp, quá trình này thường mất khoảng một tuần. Mô hình này hoạt động tốt trong thực tế, nhưng gây ra độ trễ trong xác nhận cuối cùng của giao dịch và phụ thuộc vào cơ chế khuyến khích để thúc đẩy người tham gia phát hiện và báo cáo hoạt động không hợp lệ.
Trong khi đó, ZK rollup đính kèm một bằng chứng hiệu lực ZK cho mỗi lô giao dịch, xác nhận tính đúng đắn bằng toán học trước khi ghi vào chuỗi chính, từ đó cung cấp tính cuối cùng tức thì và an toàn hơn, nhưng cũng đi kèm độ phức tạp kỹ thuật cao hơn và yêu cầu tính toán lớn hơn.
Về bản chất, hai mô hình này đại diện cho những sự đánh đổi khác nhau. Optimistic Rollup dễ thực hiện hơn và hiện đang chiếm ưu thế trong lĩnh vực Layer-2 của Ethereum nhờ tính đơn giản và tương thích hoàn toàn với Máy ảo Ethereum (EVM). ZK rollup phức tạp hơn, yêu cầu tính toán lớn hơn, nhưng cung cấp tốc độ thanh toán nhanh hơn, chi phí thấp hơn và tiềm năng tích hợp sẵn tính riêng tư.
Kết luận
Bằng chứng kiến thức không đại diện cho một bước ngoặt trong cách chúng ta nhìn nhận niềm tin, quyền riêng tư và xác minh trong các hệ thống số. Lý thuyết mật mã trừu tượng bắt nguồn từ những năm 1980 nay đã trở thành một trong những công nghệ đầy hứa hẹn nhất thúc đẩy thế hệ cơ sở hạ tầng phi tập trung tiếp theo.
Trong lĩnh vực tiền mã hóa, bằng chứng ZK hỗ trợ các giao dịch riêng tư, danh tính phi tập trung, khả năng tương tác liên chuỗi và đặc biệt là kiến trúc rollup mở rộng – thứ có thể tăng gấp bội thông lượng trong khi vẫn duy trì mức độ an toàn như Ethereum. Phạm vi ứng dụng của chúng cũng vượt ra khỏi blockchain, lan rộng sang tài chính, trí tuệ nhân tạo và xác minh dữ liệu.
Mặc dù ứng dụng của bằng chứng ZK vẫn ở giai đoạn tương đối sơ khai, nhưng xu hướng phát triển đã rất rõ ràng. Bằng chứng ZK đang chuyển từ một công nghệ mới lạ trong mật mã học thành một thành phần thiết yếu trong xây dựng cơ sở hạ tầng. Nếu blockchain muốn mở rộng quy mô lên hàng tỷ người dùng trong khi vẫn đảm bảo quyền riêng tư và tính phi tập trung, bằng chứng ZK có lẽ chính là chìa khóa mở ra tương lai đó.
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
@ArkhamIntel
