Sıfır Bilgi Kanıtları (ZKP’ler), kullanıcıların bilgiyi ifşa etmeden doğrulamasını sağlayarak veri işlemeyi dönüştürebilen kriptografik tekniklerdir.
Son on yılda, blockchain uygulamaları şeffaflıkları, değişmezlikleri ve veri gizliliği özellikleri sayesinde güvenli, anonim işlemler sunan bir gelişme gösterdi. Ancak mahremiyetin korunması kritik bir zorluk olmaya devam ediyor. Sıfır Bilgi Kanıtları (ZKP’ler), kullanıcıların bilgiyi ifşa etmeden doğrulamasını sağlayarak veri işlemeyi dönüştürebilen kriptografik tekniklerdir. Bu seride, ZKP protokollerini inceleyerek bunların evrimini ve blockchain içindeki gizliliği artırmadaki rollerinden bahsedeceğiz. ZKP’lerin devrim niteliğindeki potansiyeline ve son teknoloji projelerdeki uygulamalarına ışık tutuyor.
Sıfır Bilgi Kanıtları – ZKP
Sıfır bilgi kanıtları (ZKP’ler), bir kanıtlayıcının, bir doğrulayıcıyı bir ifadenin doğruluğuna, ifadenin geçerliliği dışında ifade hakkında herhangi bir ek bilgi açıklamadan ikna etmesine olanak tanıyan kriptografik protokollerdir. Literatürde bazı verilerin bir ilişkiyi karşıladığını da söylüyoruz .
Zk yığınlarına yönelik araştırmaların 30 yıl öncesine dayanması sürpriz gelmeyebilir. ZKP protokollerinin tamamen teorik ilgiden pratik uygulamalara getirilmesinde önemli ilerleme kaydedildi ve bu da hesaplamaların delegasyonu, anonim kimlik bilgileri, gizliliğin korunması konularında çok sayıda uygulamaya yol açtı. kripto para birimleri ve akıllı sözleşmelerin hesaplanması vb.
‘Sıfır bilgi kanıtı’ ilk olarak 1985 yılında MIT araştırmacıları Shafi Goldwasser, Silvio Micali ve Charles Rackoff tarafından etkileşimli kanıt sistemleriyle ilgili problemler üzerinde çalışırken “Etkileşimli Kanıt Sisteminin Bilgi Karmaşıklığı”[GMR85] başlıklı makalesinde ortaya atıldı. Günümüzde yaygın olarak kullanılan sıfır bilgi kanıtlarının tanımı:
“Sıfır bilgi protokolü, bir tarafın (kanıtlayanın) diğer tarafa (doğrulayana) bir şeyin doğru olduğunu, bu spesifik ifadenin doğru olduğu gerçeği dışında herhangi bir bilgi vermeden kanıtlayabildiği bir yöntemdir.”
Sıfır bilgi kanıtları üç özelliği karşılamalıdır:
- Tamlık: Eğer ifade doğruysa, dürüst bir doğrulayıcı, dürüst bir kanıtlayıcı tarafından ikna edilecektir.
- Sağlamlık: Eğer ifade yanlışsa, hiçbir dürüst olmayan kanıtlayıcı, dürüst doğrulayıcıyı ikna edemez. Kanıt sistemleri doğrudur ve hile yapılmasına izin vermez.
- Sıfır Bilgi: Eğer ifade doğruysa, hiçbir doğrulayıcı ifadenin doğru olduğu gerçeğinden başka bir şey öğrenmez.
Tarihi ve Evrimi
ZK teknolojilerinin tarihi, 1985 yılında MIT araştırmacıları Shafi Goldwasser, Silvio Mical ve Charles Rackoff tarafından Etkileşimli kanıt sistemlerinin bilgi karmaşıklığı kitabının yayınlanmasıyla başladı. Makalenin temel katkısı sıfır bilgi kanıtları (ZKP’ler) fikrini tanıtmaktı. Makale, herhangi bir taahhüt şemasıyla herhangi bir NP (Deterministik Olmayan Polinom) kümesi için ZKP’lerin nasıl oluşturulacağını gösterdi ve bulgularını pratik bir uygulama olarak sağlamlaştırdı. Makalede Babai ve Szemeredni’nin[BS] belirli matris grubu problemlerinin “Arthur Matrisi” kanıt sistemine sahip olduğunu gösteren çalışmaları vardı. 1989’da Goldwasser, Micali ve Rackoff yeniden güçlerini birleştirdi ve sıfır bilgi kanıtlarının etkileşimli kanıt sistemlerinin bilgi karmaşıklığını azaltmak için kullanılabileceğini gösterdi. 1993’te Chicago Üniversitesi ve Budapeşte Üniversitesi’nden araştırmacılar Arthur-Merlin’i yayınladılar. Oyunlar: Rastgele Bir Kanıt Sistemi ve Karmaşıklık Sınıfları Hiyerarşisi, burada sıfır bilgi ile geleneksel kanıt teorisini birleştiren rastgeleleştirilmiş kanıt kavramını tanıttılar. Yayınlandıktan sonra reddedildi çünkü kabul edilemeyecek kadar çılgın bir fikirdi. Ancak daha sonra orijinal zk makalesi ve Arthur-Merlin yayını yazarlara 1993 Göbel Ödülü’nü kazandırdı.
1987 yılında Adi Shamir, etkileşimli kanıt sistemlerini etkileşimli olmayan ZKP’lere dönüştürmek için bir teknik olan Feige-Fiat-Shamir (FFS) buluşsal yöntemini tanıttı. 1980’li yıllarda Sağlamlık ve Sıfır Bilgi parametrelerine sahip interaktif ispatlar ortaya çıktı. Daha sonra etkileşimli olmayan provalar [BFM88] geldi, ayrıca Ortak Referans Dizgeleri (CRS) adı verilen güvenilir bir ortak parametreler kurulumu gerektiriyordu. Kanıtlayıcının kanıtı başka bir etkileşim olmadan doğrulayıcıya gönderdiği tek hamleli protokoller.
zk-SNARK’lar (Sıfır Bilgi Kısa ve Etkileşimli Olmayan Bilgi Argümanları), güvenilir bir kurulum gerektiren, etkili, etkileşimli olmayan argümanlardır. 2012’de Genaro ve ark. zk-SNARK’ları hesaplama açısından sağlam kanıtlar olarak tanıttı[GGPR12, PGHR13]. 2016 yılında Shawn Bowe, zk-SNARK’ları kullanarak ilk sıfır bilgi koşullu ödemeyi gösterdi. Bu kötü niyetli CRS’lerin gönderilmesiyle snark’ların kötüye kullanılması ve varsayımların ihlal edilmesi nedeniyle sıfır bilgi koşullu ödeme protokolüne saldırı düzenlendi. Bu saldırı, çekişmeli modelde hem sağlamlık rakiplerini hem de sıfır bilgi rakiplerini dikkate alma ihtiyacını vurgulamaktadır.
2016 yılında önerilen Groth16 algoritması, hesaplama karmaşıklığını büyük ölçüde azalttı ve zk-SNARKS’ı o kadar verimli hale getirdi ki, bugün hala kullanılan standarttır. Kurşun geçirmezlik, 2017 yılında Benedikt Bunz, Jonathan Bootle, Dan Boneh, Andrew Poelstra, Pieter Wuille ve Greg tarafından tanıtıldı. Maxwell, “Kurşun Geçirmezler: Gizli İşlemler için Kısa Kanıtlar ve Daha Fazlası” (BBBPWM17) başlıklı makalesinde. Kurşun geçirmezler, Monero ve Grin gibi gizlilik odaklı kripto para birimlerinde kullanılıyor.
zk-STARK’lar (Sıfır Bilgi Ölçeklenebilir Şeffaf Bilgi Argümanı), 2018 yılında Eli Ben-Sasson, Iddo Bentov, Yinon Horesh ve Michael Riabzev tarafından “Ölçeklenebilir, Şeffaf ve Kuantum Sonrası Güvenli Hesaplamalı Bütünlük” (BBHR18) başlıklı makalelerinde tanıtıldı. ). zk-STARK’lar ölçeklenebilirlik ve kuantum sonrası güvenlik sunar ve çeşitli uygulamalarda ilgi görmüştür. Yazarlar, genellikle ölçeklenebilirlik sorunlarından muzdarip olan veya güvenilir bir kurulum gerektiren ve onları saldırılara karşı savunmasız hale getiren mevcut sıfır bilgi kanıt sistemlerinin sınırlamalarını tartıştı. Makale, karmaşık hesaplama problemlerini ifade etmek için kullanılan, polinom kısıtlama sistemi (PCS) adı verilen yeni bir tür matematiksel nesneye dayanıyordu.
2019 tarihli PlonK makalesi, yalnızca bir kez gerçekleştirilmesi gereken güvenilir kurulum sürecini kolaylaştıran Evrensel Sıfır Bilgi kanıt algoritmasını tanıttı. Buna karşılık Groth16, her devre için ayrı bir güvenilir kurulum gerektiriyordu. zk-Rollups, ilk olarak 2019 yılında blockchain’ler için Katman-2 ölçeklendirme çözümü olarak tanıtıldı. 2020’lerde, zkSync ve Loopring gibi projelerin Ethereum üzerinde çalışan uygulamaları konuşlandırmasıyla zk-Rollups ivme kazandı. Ethereum, ölçeklenebilirlik arayışında zk-Rollups gibi Layer-2 çözümlerini keşfetmeye başladı. Matter Labs ve StarkWare’in de aralarında bulunduğu birçok araştırma ekibi ve kuruluşu, zk-Rollup çözümlerinin geliştirilmesinde ve uygulanmasında ön sıralarda yer aldı.
Ve iyimser yuvarlanmalar, Validium, İstatistiksel ZKP’ler, Halka İmzaları, Eşik İmzaları vb. gibi yeni ortaya çıkan kavramlar üzerinde birçok araştırma yapılıyor. ZKP’ler, çeşitli kriptograflar, mühendisler ve akademisyenler tarafından devam eden araştırmalarla gelişmeye devam etti.
