Verstehen Sie die Zero-Knowledge-Proof-Anwendungen in Blockchain mit einem Artikel

Zusammenfassung:
· die Technologie des Null-Wissens-Beweises zielt darauf ab, dem Prüfer einen Satz zu beweisen, aber im Prozess des Beweises gibt sie keine Informationen außer "der Satz ist wahr".
· der Nullwissen-Beweis benötigt drei Elemente: Vollständigkeit, Zuverlässigkeit und Nullwissen.
· Die Zk-SNARKs-Technologie kann beweisen, dass jemand bestimmte Informationen ohne Offenlegung besitzt, und ist im Blockchain-Bereich sehr beliebt.
· Die von Filecoin angewandten Verfahren des Replikationsbeweises und des räumlichen Beweises basieren auf der zk-SNARK-Technologie, die sich auf das Hochladen des berechneten Hash-Wertes in die Kette und den periodischen Nachweis der Gültigkeit der Speicherung bezieht.
· zk-rollup lädt die rohen Handelsdaten in die Kette hoch und verwendet den Zero Knowledge Proof, um die Gültigkeit des Handels automatisch zu überprüfen.

Angenommen, Pirat Peter wird eines Tages entführt und verhandelt mit den Entführern vor dem Schatz. Gibt es dann eine Methode, mit der er dem Entführer beweisen kann, dass er das Passwort wirklich kennt, ohne ihm das Passwort zum Öffnen der Tür zu verraten? Es gibt einige Methoden. Peter kann den Entführer mit Pfeil und Bogen in angemessener Entfernung halten, weder zu noch zu weit weg von ihm. Dann braucht Peter den Entführern nur noch eine offene und eine geschlossene Tür zu zeigen, damit er beweisen kann, dass er das Passwort wirklich kennt, ohne den Entführern das echte Passwort zu verraten. Bei diesem Verfahren liefert Peter dem Entführer (Validierer) keine nützlichen Informationen, sondern lässt den Entführer (Validierer) die Echtheit einer Schlussfolgerung bestätigen. Dies ist auch das Grundkonzept des Zero Knowledge Proof (ZKP).

Was sind ZKPs？?

ZKPs wurden 1985 entwickelt und erstmals von den Professoren Safi Godwasser, Silvio Micali und Charles Lakford in einem Papier mit dem Titel "The knowledge complexity of interactive proof systems" vorgeschlagen. Die ZKP-Technologie zielt darauf ab, dem Prüfer einen Satz zu beweisen, gibt aber während des Beweisprozesses keine anderen Informationen preis als "der Satz ist wahr". Daher können ZKPs auch als "Zero Disclosure Proposition" bezeichnet werden. Dieses Konzept klingt ein wenig umständlich, aber seine Bedeutung ist klar. ZKPs müssen die folgenden drei Elemente aufweisen:

· Vollständig. Der Beweisführer muss in der Lage sein, dem Validierer zu beweisen, dass der Satz wahr ist, oder den Validierer zu überzeugen.
· Fundiert. Wenn der Satz falsch ist, kann der Beweiser dem Validierer nicht beweisen, dass der Satz wahr ist, um sicherzustellen, dass der Beweis glaubwürdig ist.
· Null-Wissen. Während des Beweises, dass die Proposition wahr ist, werden andere gültige Informationen nicht preisgegeben.

ZKP ist eine der Grundlagen der modernen Kryptographie. Shafi Godwasser und Silvio Micali wurden für ihre Leistungen im Bereich der ZKP mit dem Turing Award 2012 ausgezeichnet. Im modernen Internet ist ZKP eine der grundlegendsten Technologien im Bereich des Datenschutzes. Im Bereich der Blockchain gibt es aufgrund der Tatsache, dass die Daten in der Kette völlig öffentlich sind, keinen Mechanismus zum Schutz der Privatsphäre, außer dass die Adresse in der Kette nicht mit der tatsächlichen Offline-Identität von Personen übereinstimmen kann. Daher hat Zero Knowledge auch viele Anwendungen auf der Blockchain erhalten, wie z. B. Identitätssysteme, Schutz der Privatsphäre, Off-Chain-Skalierung usw. Insbesondere die zk-SNARKs-Technologie (Zero Knowledge Succinct Arguments of Knowledge) kann beweisen, dass jemand bestimmte Informationen ohne Offenlegung besitzt, und ist im Blockchain-Bereich sehr beliebt.

Anwendung von ZKPs

1/Filecoin
Filecoin ist ein verteiltes Speicherprojekt, das auf einem neuen Internetprotokoll basiert, dem interplanetaren Dateisystem (IPFS-Protokoll). Es ist auch das bekannteste Projekt, das auf IPFS basiert. Aufgrund der Verwendung der auf ZKPs basierenden Speicher-Proof-Technologie ist Filecoin auch das größte ZKPs-Netzwerk der Welt. Insbesondere die Prozesse des Replikationsnachweises und des räumlich-zeitlichen Nachweises, die von Filecoin übernommen wurden, basieren auf der zk-SNARK-Technologie, die sich darauf bezieht, den berechneten Hash-Wert auf die On-Chain hochzuladen, indem die Rohdaten auf der Off-Chain gespeichert werden und die Gültigkeit der Speicherung periodisch nachgewiesen wird.

Bei der Speicherung von Dateien ist es notwendig, einen Merkle-Baum für die Rohdaten zu erstellen, den VDE Schicht für Schicht zu berechnen und schließlich die Wurzel des Merkle-Baums auf die On-Chain hochzuladen. Dieser Verschlüsselungsprozess verbraucht viel Rechenleistung, aber die Größe der On-Chain-Daten ist sehr begrenzt. Es kann Hunderte von KBS an Daten auf nur Hunderte von Bytes komprimieren. Es handelt sich also um eine Verarbeitungsmethode, bei der "Zeit gegen Platz getauscht" wird. Nach der Verkettung der Daten ist es notwendig, die Daten auf einem zufällig ausgewählten Merkle-Blatt in regelmäßigen Abständen zu validieren und alle Pfade von der Wurzel zum Blatt zu berechnen.
Dieser Vorgang wird auch als räumlich-zeitlicher Beweis bezeichnet. Wenn der Knoten, der den Nachweis erbringen muss, die entsprechenden Daten nicht speichert, kann er die Hash-Werte aller erforderlichen Pfade nicht in einer begrenzten Zeit bereitstellen, so dass er die Validierung nicht bestehen kann. Auf diese Weise validieren wir die Gültigkeit der Datenspeicherung, ohne die gespeicherten Daten selbst durch ZKPs offenzulegen.


2/zk-Rollup
Filecoin verwendet zk-SNARKs Technologie für verteilte Speicherung, um die Gültigkeit der allgemeinen Datenspeicherung zu überprüfen. ZK-Rollup lädt die rohen Handelsdaten auf die On-Chain hoch und verwendet ZKPs, um die Gültigkeit des Handels automatisch zu validieren. Allerdings müssen alle Handelsdaten geprüft werden, was zu einem enormen Rechenaufwand und einer schlechten Leistung von ZK-Rollup führt.

Im Blockchain-System muss jeder Knoten die Blockinformationen berechnen, um die Zuverlässigkeit der Handelsdaten zu überprüfen. Für das gesamte System ist diese Berechnung sehr repetitiv, und es ist offensichtlich schneller, die Blockinformationen direkt zu validieren als die Blockinformationen zu berechnen. Dies ist das Grundprinzip der Skalierung der Blockchain durch Zk-rollup. Was die Datenstruktur betrifft, so wird ein globaler Merkle-Baum für die Handelszustände im System verwaltet, und jeder Zustand ist ein Blattknoten in diesem Baum. Wenn die binäre Merkle-Baumstruktur angenommen wird, muss die Tiefe des Merkle-Baums etwa 30 erreichen, um 1 Million Benutzer und 1000 Arten von Vermögenswerten zu unterstützen. Wenn jeder Handel die Informationen von 5 bis 10 Blattknoten ändert, sind etwa 200 Hash-Berechnungen erforderlich.

Weitere Details über zk-Rollup-Lösungen finden Sie unter:
The IPFS Protocol That Could Revolutionize the Internet, and the FileCoin that Came Along

Fazit
ZKPs sind die Perle der Kryptographie. Sie spielen eine wichtige Rolle beim Schutz der Privatsphäre und bei der Reduzierung von Doppelberechnungen. Diese hervorragenden Eigenschaften werden uns zweifellos helfen, eine private, sichere und schnelle Blockchain-Zukunft zu eröffnen.

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Autor: Ashley.H, Gate.io Researcher
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