Công nghệ ZK (Zero-Knowledge Proof hay bằng chứng không kiến thức) là một công cụ mã hóa cơ bản cho phép xác minh tính xác thực của một phần thông tin mà không tiết lộ chính thông tin đó. Bản chất ẩn danh của không gian Web3 đặt ra một thách thức trong vấn đề xác minh thông tin. ZKP giải quyết điểm khó khăn này thông qua các giao thức mang tính cách mạng hứa hẹn đảm bảo giao dịch nhanh chóng và an toàn.
Cốt lõi cơ chế hoạt động của nó là phương pháp mà một bên (người chứng minh) có thể chứng minh với bên khác (người xác minh) rằng họ biết một giá trị x, mà không cần tiết lộ bất kỳ thông tin nào về việc họ biết giá trị x.
Mô hình Zero-knowledge Proof. Nguồn: Coin98
ZKP giúp đảm bảo rằng quyền riêng tư của giao dịch không ảnh hưởng đến niềm tin. Vậy, hãy cùng tìm hiểu công nghệ ZK là gì, cách chúng hoạt động và lý do tại sao ZKP lại cần thiết trong Web3?
ZK là gì?
ZK là các giao thức giúp chứng minh tính hợp lệ của các tuyên bố trên chuỗi khối mà không cung cấp thông tin có thể ảnh hưởng đến quyền riêng tư. Chúng cho phép người dùng xác minh tính hợp lệ của giao dịch mà không tiết lộ chi tiết về giao dịch.
Trong bằng chứng không kiến thức, người chứng minh chịu trách nhiệm chứng minh tuyên bố và vai trò của người xác minh là xác thực nó. Các giao thức tiết lộ trên chuỗi rằng thông tin ẩn là hợp lệ và người chứng minh biết điều này với độ chắc chắn cao.
Trong tay những kẻ độc hại, thông tin nhận dạng cá nhân (PII) có thể gây ra một số rủi ro nhất định, chẳng hạn như đánh cắp danh tính, tổn hại danh tiếng và phân biệt đối xử. Zero-Knowledge Proof đảm bảo PII của bạn vẫn được bảo vệ.
Hãy xem xét một tình huống trong đó bạn phải chứng minh danh tính của mình để hoàn tất giao dịch. Bạn sẽ cần cung cấp bằng chứng như bằng lái xe và PII khác.
Tuy nhiên, bạn sẽ không kiểm soát được sự an toàn của thông tin đó khi nó nằm trong tay bên thứ ba. Hacker có thể nhắm mục tiêu vào cơ sở dữ liệu trung tâm của bên thứ ba hoặc bên thứ ba có thể chia sẻ thông tin của bạn với người khác vì mục đích quảng cáo có mục tiêu và các lý do khác.
Với bằng chứng không có kiến thức, bạn có thể tránh chia sẻ thông tin này và tiếp tục chứng minh tính hợp lệ của nó.
Zero-knowledge Proof (ZKP) hoạt động như thế nào?
Trong một hệ thống ZKP bao gồm 2 thành phần chính là người chứng minh và người xác minh. Bên cạnh đó còn có một số thực thể liên quan. Vai trò như sau:
- Người chứng minh (Prover): bên cố gắng chứng minh tuyên bố là đúng, mà không tiết lộ bất cứ thông tin nào về nhân chứng của mình.
- Nhân chứng (Witness): những thông tin đóng vai trò là đầu vào cho hệ thống chứng minh để tạo bằng chứng, chứng minh tính đúng đắn của một tuyên bố.
- Hệ thống chứng minh (Proving system) (cũng có thể gọi là hệ thống ZKP): là hệ thống bao gồm các thuật toán nhằm tạo ra bằng chứng thông qua nhân chứng. Bằng chứng được tạo ra từ hệ thống này được hiển thị dưới dạng thuật toán và được gọi là ZKP.
- Người xác minh (Verifier): bên xác minh sự thật của tuyên bố thông qua bằng chứng mà người chứng minh đưa. Người xác minh không cần biết thông tin đầu vào của bằng chứng.
Quy trình chứng minh trong ZKP. Nguồn: Coin98
- Zero-knowledge: Người xác minh không thể truy cập đầu vào ban đầu. Thông tin duy nhất có sẵn cho họ là tính hợp lệ của tuyên bố.
- Tính đúng đắn: Giao thức không thể xác nhận đầu vào không hợp lệ là đúng. Giao thức phải có các biện pháp bảo vệ để đảm bảo người chứng minh không có chỗ để thao túng người xác minh nghĩ rằng tuyên bố của họ là đúng.
- Tính đầy đủ: Miễn là đầu vào hợp lệ, giao thức luôn xác thực câu lệnh. Giao thức chấp nhận bằng chứng nếu cả hai bên hành động trung thực và thông tin cơ bản là đúng sự thật.
Một ZKP cơ bản bao gồm ba yếu tố:
- Đầu tiên, chúng ta có nhân chứng, đó là thông tin bí mật. Người chứng minh đưa ra những câu hỏi mà chỉ một bên biết thông tin mới biết.
- Yếu tố thứ hai là thử thách, trong đó người xác minh chọn một câu hỏi từ bộ câu hỏi để người chứng minh trả lời.
- Yếu tố thứ ba và cuối cùng là câu trả lời, nơi người chứng minh trả lời câu hỏi. Với câu trả lời, người xác minh xác nhận rằng người chứng minh có thể tiếp cận nhân chứng. Sau đó, người xác minh tiến hành chọn thêm các câu hỏi từ bộ câu hỏi. Nhiều câu hỏi hạn chế khả năng người chứng minh giả mạo kiến thức về thông tin.
Các loại ZKP
- ZKP tương tác cho phép liên lạc qua lại giữa hai bên. Giao tiếp cho phép xác minh tính hợp lệ của tuyên bố theo sự hài lòng của người xác minh.
- ZKP không tương tác: Ở đây, hai bên chỉ tham gia vào một vòng giao tiếp. Người chứng minh chia sẻ thông tin bằng thuật toán tính toán bằng chứng không có kiến thức. Người xác minh nhận được bằng chứng và sử dụng thuật toán khác để xác nhận kiến thức của người chứng minh.
Với sự tiện lợi của ZKP không tương tác, nhiều giao thức hiện có thuộc danh mục ZKP không tương tác. Dưới đây là một số thuộc loại này:
- ZK-SNARK: Được biết đến đầy đủ là Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge, kích thước nhỏ của chúng giúp quá trình xác minh trở nên dễ dàng. Các giao thức này sử dụng các đường cong hình elip để tạo ra bằng chứng mật mã, một quá trình được coi là tiết kiệm gas.
- ZK-STARK: Được gọi là Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge, có tốc độ nhanh do sự tương tác tối thiểu giữa hai bên.
- Bulletproof: Kiểu này không yêu cầu thiết lập đáng tin cậy. ZKP không tương tác ngắn gọn cho phép thực hiện các giao dịch tiền điện tử riêng tư.
- PLONK: Được gọi là Permutations over Lagrange bases for Oecumenical Non-interactive arguments of Knowledge. PLONK cho phép một số lượng lớn người tham gia bằng cách sử dụng một thiết lập đáng tin cậy phổ quát.
Tại sao chúng ta cần Zero-Knowledge Proof?
Nhiều trường hợp sử dụng khác nhau giải thích lý do tại sao chúng ta cần ZKP. Hãy cùng xem xét một số điều quan trọng nhất:
- Bảo mật và quyền riêng tư: Bí danh của Web3 không đảm bảo quyền riêng tư hoàn toàn vì lịch sử giao dịch có sẵn trên các blockchain công khai. Với ZKP, có thể xác minh thông tin mà không tiết lộ PII, do đó duy trì tính ẩn danh.
- Xác minh danh tính: Việc chứng minh danh tính của một người không nhất thiết phải bao gồm việc chia sẻ thông tin nhạy cảm. ZKP cung cấp một phương pháp để thực hiện quy trình xác minh danh tính một cách riêng tư và an toàn.
- Khả năng mở rộng: Với ZKP, mạng blockchain có thể xác minh các giao dịch mà không tiết lộ dữ liệu cơ bản. Hiệu quả của mạng được cải thiện do thông tin được lưu trữ trên blockchain giảm đáng kể.
- Tuân thủ: Các tổ chức có thể tuân thủ các yêu cầu pháp lý liên quan đến rửa tiền, KYC và các luật liên quan khác. ZKP cho phép các tổ chức tuân thủ mà không lưu trữ thông tin cá nhân của người dùng trên cơ sở dữ liệu tập trung.
Ưu điểm và hạn chế của ZKP
Giống như tất cả các dạng công nghệ khác, ZKP cũng có một loạt các ưu điểm và hạn chế riêng:
Ưu điểm
- Khả năng mở rộng cho blockchain: Các giải pháp Zk rollup sử dụng công nghệ ZKP để tăng thông lượng và khả năng mở rộng cho các blockchain Layer 1, một số dự án tiêu biểu là StarkNET, Loopring và Zksync.
- Quyền riêng tư và bảo mật: Công nghệ ZKP giúp xác minh tính đầy đủ và đúng đắn của dữ liệu mà không cần tiết lộ những thông tin quan trọng. Vì vậy ngoài ứng dụng trong các Layer 2 giúp tăng khả năng mở rộng, công nghệ ZKP còn được ứng dụng trong các layer ứng dụng về bảo mật và quyền riêng tư, ví dụ: Monero, Zcash…
Hạn chế
- Yêu cầu một lượng lớn sức mạnh tính toán: Các giao thức ZKP thường dựa trên các phương trình toán học phức tạp. Vì vậy, chúng yêu cầu một sức mạnh tính toán lớn để vận hành và tính toán. Điều này đồng nghĩa sẽ khó để các máy tính phổ thông có thể tham gia vào quá trình xác thực giao dịch.
- Không thân thiện với các nhà phát triển: Một trong những ứng dụng chính của ZKP là sử dụng cho các công nghệ Layer 2 để cải thiện khả năng mở rộng cho blockchain. Nhưng ở thời điểm hiện tại, các ứng dụng của Zk rollup hiện chỉ giới hạn trong các khoản thanh toán đơn giản và giao dịch. Ngoài ra, Zk rollup hiện tại không hỗ trợ khả năng tổng hợp, các ứng dụng Zk rollup khác nhau không thể tương tác với nhau trong cùng một Layer 2.
Các Layer 2 nổi bật sử dụng công nghệ ZK
Quá trình phát triển liên tục của Ethereum đã tăng tốc vào năm 2023, khi mà hệ sinh thái này chuyển trọng tâm sang các giải pháp và giao thức mở rộng để cải thiện thông lượng và giảm chi phí cho các ứng dụng phi tập trung (DApp) và người dùng.
Quá trình chuyển đổi từ khai thác PoW tiêu tốn nhiều năng lượng sang mô hình đồng thuận PoS cũng đã giúp nền tảng vượt qua giới hạn về việc nâng cấp khả năng mở rộng trước khi “the Merge” ra đời. Một số phương pháp đã có cho phép mạng xử lý nhiều giao dịch hơn mà không cần tăng kích thước của các node.
Các giải pháp Layer 2 đã trở thành cơ chế được ưa chuộng để mở rộng hệ sinh thái Ethereum. Các mạng này hoạt động độc lập với chain của Ethereum, xử lý giao dịch hàng loạt dưới dạng “rollup” trước khi gửi dữ liệu tóm tắt tới Ethereum. Rollup được tạo ra nhằm mục đích tăng thông lượng của Ethereum và giảm chi phí giao dịch cho người dùng.
Ethereum có hai loại rollup hiện đang giúp mở rộng quy mô mạng. Đầu tiên là optimistic rollup, thực hiện các giao dịch off-chain và đăng dữ liệu giao dịch lên mainnet dưới dạng calldata.
Như cơ sở dữ liệu thông tin của Ethereum giải thích, những bản rollup này được mệnh danh là “optimistic” vì họ cho rằng các giao dịch off-chain là hợp lệ và không công bố bằng chứng về tính hợp lệ cho các lô giao dịch được đăng on-chain.
Đây là một yếu tố khác biệt với các bản Zk-rollup. Nó cũng gói các giao dịch off-chain nhưng lại gửi bằng chứng hợp lệ về những thay đổi cần thiết để thể hiện tất cả các giao dịch trong một đợt.
Bằng chứng hợp lệ là sự đảm bảo bằng mật mã rằng các thay đổi trạng thái do rollup đề xuất xuất phát từ việc bản thân các giao dịch đã thực sự thực hiện. Zk-rollup chỉ cần cung cấp bằng chứng hợp lệ để hoàn tất các giao dịch thay vì đăng tất cả dữ liệu giao dịch lên chuỗi như các rollup optimistic.
Không có sự chậm trễ khi chuyển tiền từ Zk-rollup sang mainnet của Ethereum vì các giao dịch được thực hiện khi hợp đồng Zk-rollup xác minh bằng chứng hợp lệ. Việc rút tiền từ các bản rollup optimistic sẽ có độ trễ cho phép người dùng thực hiện các bằng chứng gian lận để kiểm tra kỹ tính hợp lệ của các giao dịch theo đợt.
Mặc dù có nhiều ý kiến khác nhau nhưng layer 2 do Zk hỗ trợ ngày càng trở nên phổ biến vào năm 2023 vì chúng bỏ qua nhu cầu về bằng chứng gian lận. Một số giải pháp được hỗ trợ bởi công nghệ này đã chiếm vị trí trung tâm và hãy cùng điểm qua những những người chơi hàng đầu đã nổi lên trong năm nay.
Polygon zkEVM
Polygon đã trở thành một cái tên quen thuộc trong hệ sinh thái mở rộng quy mô Ethereum và giao thức này đã đạt được những bước tiến đáng kể trong việc phát triển nền tảng công nghệ vào năm 2023. Điều này bao gồm sự phát triển của Polygon zkEVM và Chain Development Kit của nó, cho phép các nhà phát triển ra mắt các giao thức Layer 2 được hỗ trợ bởi Zk trên Ethereum được điều chỉnh phù hợp với yêu cầu của dự án của họ.
Polygon đã phát hành phiên bản beta mainnet zkEVM mã nguồn mở vào tháng 3 năm 2023, giúp giảm chi phí giao dịch và tăng thông lượng triển khai hợp đồng thông minh. Công nghệ này cho phép hàng nghìn giao dịch được thực hiện off-chain, với bằng chứng mật mã chứa bản tóm tắt dữ liệu tối thiểu được đăng lên mainnet Ethereum.
ZkEVM của Polygon bắt chước môi trường thực hiện giao dịch của mainnet Ethereum. ZkEVM mã nguồn mở cho phép DApp mở rộng quy mô thông qua việc tạo block giao dịch, mang lại hiệu suất cao hơn.
Trình khám phá Polygon zkEVM phản ánh việc sử dụng mạng kể từ khi thành lập vào tháng 3 năm 2013, với hơn 8,6 triệu giao dịch được xử lý cho đến nay. Trong sáu tháng qua, mạng đã xử lý trung bình 20.000 đến 40.000 giao dịch Ethereum hàng ngày.
ZkSync Era
ZkSync Era tuyên bố là Zk rollup tương thích với Máy ảo Ethereum đầu tiên ra mắt phiên bản alpha của mạng, phiên bản này đã được thực hiện vào tháng 2 năm 2023 sau 4 năm dài được phát triển bởi Matter Labs.
Bản phát hành alpha vào tháng sau đã thu hút sự chú ý khi những công ty tài chính phi tập trung lớn – bao gồm Uniswap, Sushi, Maker và Curve – ra mắt trên zkEVM.
Mạng đã thu hút một lượng người dùng đáng kể kể từ đó, với dữ liệu từ DappRadar phản ánh hơn 150 DApp đang hoạt động tại thời điểm viết bài. Theo thông tin từ L2scan, mạng này cũng có 6,2 triệu ví hoạt động duy nhất và đã xử lý hơn 200 triệu giao dịch cho đến nay với tốc độ 7 giao dịch mỗi giây.
Linea
Consensys, công ty phát triển đứng sau các sản phẩm Ethereum cốt lõi như MetaMask, đã tham gia cuộc đua Zk rollup với mạng zkEVM của mình, Linea.
Nền tảng này cho phép các nhà phát triển Ethereum xây dựng hoặc di chuyển DApp sang mạng của mình và đi vào hoạt động với bản phát hành alpha vào tháng 7 năm 2023. Linea được tích hợp với ví MetaMask dựa trên trình duyệt của Ethereum, cung cấp cho người dùng Linea quyền truy cập vào chức năng cầu nối, trao đổi và mua token của nó.
Linea đã hoàn thành việc ra mắt công chúng vào tháng 8 năm 2023 và thu về hơn 26 triệu đô la Ether trong tháng đầu tiên. Linea hiện có hơn 2 triệu ví hoạt động duy nhất và đã xử lý 34 triệu giao dịch kể từ khi ra mắt trên mainnet. Dữ liệu từ L2scan cũng cho thấy rằng mạng có thể xử lý 5 giao dịch mỗi giây.
Starknet
Starknet tham gia danh sách các Layer 2 đã mở rộng quy mô Ethereum, hoạt động dưới dạng rollup validity hoặc Zk-rollup. Nó không được phân loại là zkEVM vì nó hoạt động trên máy ảo Cairo nguyên gốc và sở hữu ngôn ngữ lập trình riêng.
Theo tài nguyên dành cho nhà phát triển của Starknet, Cairo VM được thiết kế để phục vụ cho các hệ thống chứng minh tính hợp lệ và được quảng cáo là sẽ được tối ưu hóa để truy cập bộ nhớ. Starknet lưu ý rằng bộ nhớ đọc và ghi của EVM yêu cầu tính toán nhiều hơn để tạo ra bằng chứng.
Mặc dù hoạt động trên một loại máy ảo khác, Starknet cung cấp chức năng tương tự như Polygon zkEVM, Linea và zkSync Era ở chỗ nó gói các giao dịch thành một bằng chứng STARK được tính toán off-chain.
Tại thời điểm viết bài, số liệu hệ sinh thái của Starknet cho thấy có 48.104 ETH được kết nối vào mạng, trị giá 108 triệu USD. Layer 2 này hiện đã xử lý 19,4 triệu giao dịch
Kết luận
ZK rollup tiếp tục thu hút giá trị đáng kể từ hệ sinh thái Ethereum rộng lớn hơn, do thông lượng tăng lên và giảm chi phí do những người chơi trung tâm đề cập ở trên cung cấp.
Nửa cuối năm 2023 cũng chứng kiến những sản phẩm như Scroll, một zkEVM khác, đi vào hoạt động, cho thấy số lượng Layer 2 được hỗ trợ bởi ZK đi vào hoạt động ngày càng tăng.
Tuy nhiên, vẫn còn nhiều chỗ cho sự cạnh tranh lành mạnh. Một số trưởng dự án đã nói rõ cộng đồng rằng nhiều nền tảng do Zk cung cấp giúp làm cho hệ sinh thái Ethereum trở nên mạnh mẽ hơn.
Tham gia Telegram của Tạp Chí Bitcoin: https://t.me/tapchibitcoinvn
Theo dõi Twitter (X): https://twitter.com/tapchibtc_io
Theo dõi Tiktok: https://www.tiktok.com/@tapchibitcoin
Itadori
Tạp chí Bitcoin
