zk-STARKs چیست و چگونه کار میکند؟

اثبات با ( پروتکل دانش صفر) ,Zero Knowledge protocol (ZKP) از زمان پیدایش تا حد زیادی تکامل یافته‌اند، و یکی از این تکامل‌ها zk-STARKs است. اصطلاح zk-STARK مخفف عبارت Zero-Knowledge Scalable Transparent Arguments of Knowledge است.

این اصطلاحی است که در اسپانیایی به معنای؛ تست دانش صفر با  مقیاس پذیری شفاف است. این مفهوم به آزمایش‌های معروف اشاره دارد که آنها ZK-snark می‌کنند. پروژه‌ قدیمی و با سابقه زیاد Zcash پروتکل دانش صفر Zero Knowledge protocol (ZKP) را در بلاک چین خود استفاده می‌کند، برای ارائه سطح بالایی از حریم خصوصی و ناشناس بودن، و ما قبلاً به آن پرداخته ایم.

با این حال که، zk-STARK ها بیش از یک مشتق کوچک هستند، اما در واقع یک پیشرفت قابل توجه در zk-SNARK ها هستند.

و این پروتکل نه تنها پیچیدگی کمتری برای اجرا دارد، بلکه به این دلیل است که امنیت بیشتری دارند و حتی در برابر کامپیوترهای کوانتومی مقاوم هستند. به بیان ساده، آنها آینده  آزمایش دانش صفر هستند، به خصوص اگر بخواهیم در مواجهه با فناوری کامپیوترهای کوانتومی، ایمن باشیم.

اما zk-STARKs چگونه کار می کند؟ مزایا و خطرات آن چیست؟ در آینده نزدیک چه پروژه هایی در بلاکچین از این پروتکل استفاده می کنند؟ در ادامه به آن میپردازیم.

zk-STARKS، تکنولوژی که به خودی خود غافلگیر کننده است…

همانطور که در ابتدا اشاره کردیم، zk-STARK ها گام جدیدی نسبت به zk-SNARK های هستند. یک پیشرفت اساسی به دلیل پیچیدگی الگوریتمی، ریاضی و رمزنگاری بسیار زیاد که توسط تست های zk-SNARKs نشان داده شده است.

مسلما zk-SNARK ها تست های عالی و بسیار ایمن هستند، اما در سطح الگوریتمی بسیار پیچیده هستند. به حدی که حتی متخصصان کریپتو در تشخیص خطا در آنها به مشکل میخورند.

ممکن است موارد فوق باورنکردنی به نظر برسد، اما این حقیقت است، و این زمانی آشکار شد که یک اشتباه بسیار جدی در کد Zcash پیدا شد.

باگ مورد بحث به هر کسی اجازه می‌داد تا ارز جدید از ابتدا ایجاد کند. تولید ارز بدون دلیل و پشتوانه شبکه ای ، یک اشکال کوچک در رمز ارز Zcash این امکان را فراهم کرد.

با این حال، تا حدی اطمینان توسعه دهندگان Zcash، شناسایی این باگ به قدری پیچیده بود که تنها تعداد کمی از مردم در جهان دانش لازم را برای شناسایی و سوء استفاده از باگ داشتند.

به نوعی، آنها از فاجعه بزرگی که رمز ارزها را به خطر می انداخت  جلوگیری کردند، فقط به این دلیل که رمزارزها آنقدر پیچیده هستند که تعداد کمی آن را درک می کنند.

پیچیدگی بیش از حد دشمن امنیت است…

از سوی دیگر، این واقعیت تأکید می کند: zk-SNARKS می تواند بدترین دشمن کوین های حریم خصوصی مانند Zcash باشد.، اگرچه اعتراف دشوار است، اما یک سیستم امنیتی رمزنگاری برای اشکال زدایی بسیار پیچیده است، اما چیز خوبی نیست. خوشبختانه، این واقعیتی است که مدت ها قبل از این خطا شناخته شده بود، و این همان چیزی بود که منجر به توسعه zk-STARKs شد.

در ادامه با جزئیات بیشتری در مورد منشا zk-STARKS و اینکه چگونه آنها می توانند امنیت بیشتری را با پیچیدگی کمتر به ما ارائه دهند، صحبت خواهیم کرد.

آغاز کریپتو قدرتمند اما ساده…

برای درک بهتر zk-STARK ها باید به سال ۱۹۹۰ برگردیم، تاریخی که اولین کار روی این پروتکل آغاز شد. تحقیقات اولیه و توسعه فناوری zk-STARKs در آن زمان آغاز شد. با این حال، این سیستم های اولیه غیر عملی بودند.

تا اینکه الی بن ساسون، آیددو بنتوف، ینون هورش و مایکل ریابزف، در سال ۲۰۱۸ کار مشترک خود را با عنوان “یکپارچگی محاسباتی ایمن مقیاس پذیر، شفاف و پس کوانتومی ارائه کردند. کار ارائه شده در نوع خود بی‌نظیر است که ساختار رمزنگاری مستحکمی را نشان می‌دهد که بسیار بهتر از آزمایش‌های شناخته شده zk-SNARKs Zcash عمل می‌کرد. دست آورد آنها بسیار ساده تر و ایمن تر از همتایان خود بود.

آنها این کار را با رویکردی بسیار اساسی تر در مورد چگونگی ایجاد آزمون دانش صفر انجام می دهند. به طور خاص تر، صرف نظر از ساخت یک فضای کاری رمزنگاری بسیار قابل اعتماد یا “جعبه سیاه”. آنچه به نظر می رسد مغایر با هر اصل امنیتی در کریپتو باشد، در این سیستم جدید اعمال شد.

اما در عین حال، این تصمیم پیچیدگی سیستم، کار لازم برای اجرای آن را کاهش داد و امنیت را کنار نگذاشت، اما در عوض راه‌های جدیدی را برای ارائه بیشتر فعال کرد.

به این ترتیب این محققان با استفاده از رمزنگاری هممورفیک، محاسبات چند جانبه ایمن (MPC) و تست های متعدد موفق به طراحی zk-STARK شدند. به زبان ساده، zk-STARK حاصل حداقل ۵۰ سال تحقیقات رمزارز است.دست آوردی که  شفریرا گلدواسر و سیلویو میکالی را در جامعه رمز ارزها درخشان تر میکند.

بنابراین با این رویکرد، zk-STARK سفر خود را برای تبدیل شدن به یک رقیب شایسته برای zk-SNARK آغاز می کند، با هدف تبدیل شدن به سیستم رمزنگاری که بسیاری از ارزهای دیجیتال در آینده از آن استفاده خواهند کرد، آینده ای که می تواند تحت تسلط رایانه های کوانتومی باشد.

zk-STARK مخفف چیست؟

اصطلاح zk-STARK را می توان به صورت زیر تقسیم کرد:

1. zk،اثبات کار با دانش صفر و با تاکید فراوان بر حفظ حریم خصوصی،
2. S،مقیاس پذیر ، زیرا اندازه اثبات نسبتاً «کوچک» (یا قابل قبول) است و تأیید به طور نمایی زمان کمتری نسبت به اجرای محاسبات ساده می برد (یعنی تقریباً آنی است، حتی برای آزمایش های بزرگ).
3. T،شفاف پذیری، زیرا هیچ الزامی برای پیکربندی قابل اعتماد وجود ندارد، مانند سیستم های zk-SNARK.
4. استدلال (AR – ARgument)، مانند یک طرح تست رمزنگاری امن محاسباتی که به یکپارچگی و استحکام یک زبان خاص دست می یابد.
5. دانش (Knowlage – دانش)، زیرا مبتنی بر اظهارات مربوط به اطلاعات شناخته شده عمومی است.

استفاده از سیستم های zk-STARK

استفاده اصلی از سیستم های اثبات کار با دانش صفر مانند zk-STARK، بر ایجاد سیستم های بسیار امن و خصوصی متمرکز است. سیستم هایی که در آنها تمرکززدایی کامل از اطلاعات وجود دارد و تنها تحت یک سری شرایط به وضوح قابل دسترسی است. شرایطی که دستیابی به آنها با وسایل غیر متعارف مانند هک نیز دشوار است.

این بدیهی است که این پروتکل شامل سیستم‌هایی مانند ارزهای دیجیتال می‌شود، که در آن استفاده از رمزنگاری نه تنها امنیت شبکه را امکان‌پذیر می‌کند

، بلکه از کاربران آن نیز محافظت می‌کند، حریم خصوصی و ناشناس بودن آن‌ها را در صورت امکان فراهم می‌کند.

و دقیقاً در دومی است که zk-SNARK می درخشد، زیرا مانند تمام تست های دانش صفر، آنها برای حفظ حریم خصوصی و ناشناس ماندن کامل هستند و اطلاعات را به هیچ وجه فاش نمی کنند، اما در عین حال ابزاری برای تأیید تراکنش بی چون و چرا می گذارند.

و قطعی. یعنی zk-STARK اطلاعاتی را که رمزگذاری می‌کند فاش نمی‌کند، اما شما همیشه می‌توانید صحت آن را بدون توجه به هر اتفاقی تأیید کنید.

بهبود مقیاس پذیری بلاک چین…

یکی دیگر از استفاده های احتمالی zk-STARK در تقویت مقیاس پذیری بلاک چین است که به تست های رمزنگاری اجازه می دهد فضای کمتری را اشغال کنند. در ارزهای رمزپایه مانند بیت کوین، که اندازه بلوک محدودیتی در تعداد تراکنش‌هایی است که می‌توان در هر ثانیه پردازش کرد، این امر حیاتی است.

با آزمایش‌های رمزنگاری کوچک‌تر، تراکنش‌ها فضای کمتری را اشغال می‌کنند و تراکنش‌های بیشتری در هر بلوک جای می‌گیرد. این اثر با اعمال روی هزاران تراکنش بزرگتر می شود و با آن، مقیاس پذیری بهبود می یابد. با این حال، این تنها بخشی از یک راه‌حل مقیاس‌پذیری است، زیرا کوچک‌ترین آزمایش‌های رمزنگاری باعث نمی‌شود که بلاک چین عملکرد خود را به طور چشمگیری افزایش دهد.

دیگر استفاده‌های ممکن از این نوع سیستم‌ها، برای مثال، سیستم پخش کاملاً رمزگذاری شده و دارای حق چاپ و ایمن است. این نیازی به سیستم های رمزگذاری فعلی مبتنی بر رمزنگاری متقارن ندارد. سیستم‌های رای‌گیری الکترونیکی نیز از این نوع سیستم‌ها سود زیادی می‌برند.

این به این دلیل است که به رای‌دهنده اجازه می‌دهد رای خود را به صندوق بیندازد، می‌توان آن را تایید کرد، اما به هیچ وجه نمی‌دانیم چه کسی آن را به صندوق انداخته است.

همانطور که می بینید پتانسیل zk-STARK نه تنها در دنیای بلاک چین، بلکه بسیار فراتر از آن است…