Giải thích dễ hiểu về zk-SNARKs và zk-STARKS – Bằng chứng quyền riêng tư

Quyền riêng tư là một vấn đề mà các nhà đầu tư luôn quan tâm khi tham gia thị trường tiền mã hóa. Hầu hết, những người tham gia giao dịch không muốn công khai tài sản cá nhân của mình. Và bằng chứng zk-SNARKs và zk-STARKS là hai ví dụ điển hình cung cấp quyền riêng tư cho Blockchain. Nhưng bạn đã thật sự hiểu rõ nó là gì hay chưa, cùng tìm hiểu ngay trong bài viết này của chúng tôi nhé.

Giao thức Zero Knowledge Proof (ZKP) là gì?

Cả zk-SNARKs và sk-STARKs đều là kỹ thuật được phát triển từ giao thức Zero-Knowledge, vậy Zero -Knowledge có định nghĩa như thế nào?

Giao thức Zero – Knowledge có thể hiểu là nôm na như sau: Bạn tiêu 15 triệu/1 tháng, bạn có thể tính số tiền chi tiền trong 1 tháng của mình mà không cần người thứ 3 tính lại. Sau khi có kết quả chính xác 100%, bạn sẽ không tiết lộ cho người khác biết điều này nữa. Tóm lại, giao thức Zero – Knowledge cho phép một người chứng minh rằng họ biết một vấn đề mà không cần tiết lộ bí mật đó là gì.

Zero Knowledge xuất hiện trong những năm 1980 nhờ vào các nhà nghiên cứu là MIT Shafi Goldwasser, Silvio Micali và Charles Rackoff. Họ đã làm việc về các vấn đề liên quan đến tích hợp hệ thống chứng minh (proofs system), trong đó một trao đổi thông điệp giữa người cung cấp (Prover) với người xác minh (Verifier) để thuyết phục họ có kiến thức về một bằng chứng nhất định mà không tuyên bố kiến thức đó là gì. Để giải thích về giao thức này dễ hiểu hơn, nhà mật mã học Jean-Jacques Quisquater và các đồng sự khác của mình đã thông qua một câu chuyện ngụ ngôn liên quan đến hang động kho báu của Alibaba. 

Chúng ta hãy tưởng tượng về một hang động với một lối vào duy nhất và có một ô cửa ma thuật ngăn thành hai đường hai bên. Để đi qua ô cửa ma thuật, người ta cần phải nói chính xác câu thần chú bí mật. Vì vậy, hãy xem xét trường hợp sau: Alice (màu vàng) muốn chứng minh với Bob (màu xanh) rằng cô ấy biết câu thần chú là gì trong khi vẫn giữ được bí mật của câu thần chú. Để làm được như vậy, Bob đồng ý đợi bên ngoài, trong khi Alice vào hang và đi bộ cho đến khi kết thúc một trong hai đường đi. Trong ví dụ này, cô quyết định đi trên Đường 1. 

Sau một lúc, Bob đi qua lối vào và nói to lên rằng anh ta muốn Alice xuất hiện từ đường nào (trong trường hợp này là Đường 2). Nếu Alice thực sự biết bí mật, cô ấy sẽ xuất hiện từ đường mà Bob gọi tên lên. Toàn bộ quá trình có thể được lặp đi lặp lại nhiều lần như là một cách để xác nhận rằng Alice chọn đúng đường không phải là do may mắn.

Qua câu truyện ngụ ngôn, một phần của giao thức zk-SNARKs và zk-STARKs đã được minh họa rất dễ hiểu.

Giải thích zk-SNARKs là gì?

Zk-SNARKs là viết tắt của cụm từ zero-knowledge succinct non-interactive argument of knowledge – đối số tri thức không tương tác cô đọng. Trong đó, nếu giải thích chi tiết từng khái niệm thì:

Zero-Knowledge: Chính là giao thức bằng chứng kiến thức bằng 0 đã đề cập đến ở trên.

Succinct (cô đọng): Bằng chứng kích thước nhỏ và có thể được xác minh một cách nhanh chóng.

Non-interactive (không tương tác): Thông điệp được gửi đến người xác minh mà không cần thông báo qua lại. Có nghĩa là có ít hoặc không có tương tác giữa bên chứng minh và bên xác minh.

Argument (đối số): zk-SNARKs được coi là có tính đúng đắn dựa trên sức  mạnh điện toán, có nghĩa là khả năng bên chứng minh đánh lừa hệ thống thành công là rất thấp. 

Knowledge (Kiến thức): Bên chứng minh không thể xây dựng một bằng chứng mà không thực sự có kiến thức (hoặc nhân chứng) để hỗ trợ cho tuyên bố của mình.

Zk-SNARKs mở rộng trên lý thuyết toán học về các bằng chứng không có kiến ​​thức và cho phép chúng được sử dụng trong các chuỗi khối với độ phức tạp tính toán giảm. Trong các giao dịch thông thường, khi một khoản thanh toán được gửi từ bên này sang bên kia, chi tiết của khoản thanh toán này sẽ hiển thị cho tất cả các nút trên mạng. Điều này bao gồm tất cả các đầu vào và đầu ra cho giao dịch chứa thông tin về địa chỉ và số tiền công khai. Tuy nhiên, với giao dịch không có kiến ​​thức, thông tin duy nhất mà người ta có thể thu thập được là giao dịch đã diễn ra. Không có thông tin về người gửi, người nhận hoặc số tiền. 

Tuy nhiên, có một số vấn đề với zk-SNARKs. Đầu tiên là vấn đề thiết lập đáng tin cậy. Các bằng chứng dựa trên một chuỗi chung đảm bảo tính hợp pháp của các bằng chứng không có kiến ​​thức. Nhiều người đã tham gia vào quá trình tạo ra chuỗi này. Vì vậy, nói tóm lại, tính riêng tư của hệ thống phụ thuộc vào việc những cá nhân này không tiết lộ chi tiết của quy trình nói trên.  Cuối cùng, bạn phải giả định và hy vọng rằng những cá nhân này không hoặc sẽ không ảnh hưởng đến thiết lập này. Nếu họ làm như vậy, nó sẽ xâm phạm toàn bộ quyền riêng tư của zk-SNARKs. Nhận ra vấn đề này, một kỹ thuật mới đã được phát minh nhằm giải quyết mặt hạn chế này của zk-SNARKs.

Giải thích zk-STARKs là gì?

Zk-STARKs là viết tắt của cụm từ zero-knowledge succinct transparent argument of knowledge – đối số tri thức không minh bạch cô đọng. Đây được xem là phiên bản mới của zk-SNARKs nhưng được triển khai trên công nghệ nhanh hơn, rẻ hơn và đặc biệt là có tính minh bạch. Ý tưởng được đề xuất bởi Eli Ben-Sasson và đã được mở rộng với các đồng tác giả của ông trong White Paper. Ben-Sasson đã thành lập công ty của riêng mình tập trung vào việc nghiên cứu và ứng dụng zk-STARK cho các loại Blockchain.

Ngoài các khái niệm tương tự zk-SNARKs vừa kể trên thì zk-STARKs có thêm một chữ T-transparent (tính minh bạch). Kỹ thuật này loại bỏ hoàn toàn sự cần thiết của nhiều bên để tạo khóa riêng tư cần thiết cho chuỗi. Thay vào đó, mọi thứ cần thiết để tạo ra các bằng chứng đều được công khai và các bằng chứng được tạo từ các số ngẫu nhiên. Ngoài ra, chúng sẽ có thời hạn sử dụng lâu hơn về khả năng phục hồi mật mã so với zk-SNARKs.

Tuy nhiên, không phải là zk-STARKs không có khuyết điểm. Vấn đề chính với zk-STARKs là kích thước của chúng. Hiện tại, các bằng chứng mà nó sử dụng đơn giản là quá lớn để sử dụng trong hầu hết các Blockchain khi chúng tồn tại.

Kết luận

Zcash là ứng dụng đầu tiên được biết đến của zk-SNARK. Trong khi các dự án quyền riêng tư khác như Monero sử dụng chữ ký vòng và các kỹ thuật khác – qua đó tạo ra một màn khói xung quanh đối tượng gửi đi. 

Hiện tại, không có Blockchain công khai nào tích hợp zk-STARKs. Mặc dù vậy, có khả năng họ sẽ tìm thấy chính mình trong Zcash hoặc Monero trong những năm tới và có thể cả Ethereum nữa.

Mong những chia sẻ trên đã giúp bạn đọc hiểu rõ zk-SNARKs và zk-STARKs là gì. Liên quan đến vấn đề quyền riêng tư được người dùng cực kỳ quan tâm, rõ ràng là cả zk-SNARKs và zk-STARKs đều rất tiềm năng và đáng được mong đợi.