Teknologi zk-SNARKs: dari Teori ke Aplikasi

I. Perkembangan zk-SNARKs

Teori modern dari sistem zero-knowledge proof berasal dari makalah pionir yang ditulis oleh Goldwasser, Micali, dan Rackoff pada tahun 1985. Makalah tersebut membahas bagaimana membuktikan kebenaran suatu pernyataan dalam sistem interaktif dengan pertukaran pengetahuan yang minimal. Konsep ini menjadi dasar bagi zero-knowledge proof, tetapi sistem awal memiliki kekurangan dalam hal efisiensi dan kegunaan.

Dalam dekade terakhir, seiring dengan munculnya kriptografi di bidang cryptocurrency, teknologi zk-SNARKs telah mengalami perkembangan yang pesat. Fokus penelitian tertuju pada pengembangan protokol yang umum, non-interaktif, dan dengan ukuran bukti yang terbatas. Tantangan utamanya adalah menyeimbangkan kecepatan pembuktian, kecepatan verifikasi, dan ukuran bukti.

Pada tahun 2010, bukti nol interaktif pendek yang diusulkan oleh Groth menjadi dasar penting untuk teori zk-SNARK. Pada tahun 2015, Zcash menerapkan bukti nol untuk perlindungan privasi transaksi, memulai aplikasi luas teknologi ini dalam skenario nyata.

Kemajuan penting lainnya termasuk:

• Protokol Pinocchio 2013: Meningkatkan efisiensi pembuktian dan verifikasi
• Groth16 2016: lebih lanjut mengoptimalkan ukuran bukti dan kecepatan verifikasi
• 2017 Bulletproofs: Mengusulkan skema bukti pendek tanpa pengaturan yang dapat dipercaya
• 2018 zk-STARKs: Memperkenalkan teknologi bukti nol pengetahuan yang aman pasca kuantum

Selain itu, solusi baru seperti PLONK dan Halo2 juga telah membawa perbaikan penting untuk zk-SNARK.

Dua, Aplikasi Utama zk-SNARKs

Teknologi zk-SNARKs terutama diterapkan dalam dua bidang, yaitu perlindungan privasi dan skalabilitas blockchain.

Perlindungan Privasi

Proyek transaksi privasi awal seperti Zcash dan Monero pernah menarik perhatian luas, tetapi karena permintaan nyata tidak sesuai harapan, saat ini telah mundur ke garis belakang. Namun, perlindungan privasi tetap menjadi arah penelitian yang penting.

Sebagai contoh Zcash, ia menggunakan zk-SNARKs untuk mewujudkan privasi transaksi, langkah utama termasuk pengaturan sistem, generasi kunci, pencetakan token, pembuatan bukti transaksi, verifikasi, dan penerimaan. Meskipun Zcash menawarkan perlindungan privasi yang kuat, desainnya yang berbasis model UTXO membatasi integrasi dengan aplikasi lain, dan tingkat penggunaan yang sebenarnya cukup rendah.

Sebagai perbandingan, Tornado Cash menggunakan skema kolam pencampuran yang lebih umum, yang beroperasi di jaringan Ethereum. Ini memanfaatkan teknologi zk-SNARKs untuk memastikan privasi dan keamanan transaksi, sambil mempertahankan kompatibilitas dengan ekosistem yang ada.

skalabilitas

Penggunaan zk-SNARKs dalam perluasan blockchain terutama tercermin dalam teknologi ZK Rollup. ZK Rollup meningkatkan kapasitas pemrosesan transaksi secara signifikan dengan memproses sejumlah besar transaksi di luar rantai dan kemudian mengirimkan bukti yang terkompresi ke rantai utama.

Keunggulan ZK Rollup termasuk biaya rendah, konfirmasi akhir yang cepat, dan perlindungan privasi. Namun, ia juga menghadapi tantangan seperti kompleksitas komputasi yang tinggi dan kebutuhan akan pengaturan tepercaya. Saat ini, proyek-proyek seperti StarkNet, zkSync, Aztec Connect, dan Polygon Hermez sedang secara aktif mendorong pengembangan teknologi ZK Rollup.

Salah satu pertanyaan kunci adalah kompatibilitas sistem ZK dengan mesin virtual Ethereum (EVM). Proyek yang berbeda mengadopsi strategi yang berbeda, beberapa memilih untuk sepenuhnya kompatibel dengan opcode EVM, sementara yang lain merancang mesin virtual baru untuk menyeimbangkan ramah ZK dan kompatibilitas Solidity. Terobosan terbaru dalam hal kompatibilitas EVM memberikan lebih banyak pilihan bagi pengembang, diharapkan dapat mempercepat adopsi teknologi ZK.

Tiga, Prinsip Dasar zk-SNARK

zk-SNARK (zero-knowledge succinct non-interactive argument of knowledge) adalah salah satu teknologi bukti nol pengetahuan yang paling banyak diterapkan saat ini. Ini memiliki karakteristik berikut:

• zk-SNARKs: tidak mengungkapkan informasi tambahan
• Sederhana: Proses verifikasi cepat, ukuran bukti kecil
• Non-interaktif: Tidak perlu interaksi berulang
• Bukti: Memiliki keandalan komputasi
• Pengetahuan: Pembuktian harus mengetahui informasi yang valid untuk membangun bukti

Implementasi zk-SNARK biasanya mencakup langkah-langkah berikut:

1. Mengubah masalah menjadi rangkaian aritmatika
2. Mengubah sirkuit menjadi bentuk R1CS (Rank-1 Constraint System)
3. Mengonversi R1CS menjadi QAP (Program Aritmetika Kuadrat)
4. Menghasilkan pengaturan yang dapat dipercaya, termasuk kunci bukti dan kunci verifikasi
5. Menghasilkan dan memverifikasi zk-SNARKs

Teknologi ini memberikan alat yang kuat untuk perlindungan privasi dan skalabilitas blockchain, tetapi kompleksitasnya juga membawa beberapa tantangan, seperti keamanan pengaturan tepercaya dan kemampuan tahan terhadap komputasi kuantum. Seiring dengan semakin dalamnya penelitian, zk-SNARKs dan teknologi turunannya akan terus mendorong inovasi dan pengembangan teknologi blockchain.