Zk-SNARK ve Zk-STARK Kanıtları Nedir?
Temel Bilgiler
Kripto para meraklıları gizliliğe yüksek değer verir; bu, paranın geniş kabul görmesi için önemli olan ikame edilebilirlik (fungibility) açısından gereklidir. Çoğu kripto sahibi varlıklarını ve işlem geçmişlerini açıklamak istemez. Blokzincire gizlilik sağlamak için çeşitli kriptografik yöntemler geliştirildi. En dikkat çekici olanlardan ikisi zk-SNARK ve zk-STARK kanıtlarıdır.
zk-SNARK ve zk-STARK kanıtları sırasıyla 'zero-knowledge succinct non-interactive argument of knowledge' (sıfır-bilgi, özlü, etkileşimsiz bilgi argümanı) ve 'zero-knowledge succinct transparent argument of knowledge' (sıfır-bilgi, özlü, şeffaf bilgi argümanı) ifadelerinin kısaltmalarıdır. zk-SNARK'lar Zcash'te, JP Morgan Chase'in blokzincir tabanlı ödeme sisteminde ve istemcileri sunuculara doğrulama yöntemi olarak zaten kullanılıyor. zk-SNARK'lar geniş kabul görmüş olsa da, zk-STARK kanıtları protokolün geliştirilmiş bir versiyonu olarak tanıtıldı ve zk-SNARK'ların önceki bazı sorunlarına çözüm getirmeyi amaçlıyor.
Ali Baba'nın Mağarası Benzetmesi
Kryptograf Jean-Jacques Quisquater ve işbirlikçileri 1990'da 'How to Explain Zero-Knowledge Protocols to Your Children' başlıklı bir makale yayımladı ve bu makalede Ali Baba'nın Mağarası kurgusu üzerinden zk kanıtları kavramını tanıttılar. O zamandan beri hikâyenin çeşitli uyarlamaları yapıldı, ancak temel fikir aynı kaldı.
Benzetme, tek girişli halka biçiminde bir mağara ve iki yolu ayıran sihirli bir kapı etrafında döner. Kapıdan geçmek için doğru gizli kelimeleri fısıldamak gerekir. Hikâyede Emma, gizli kelimeleri bildiğini David'e ispatlamak ister ancak kelimeleri açığa çıkarmak istemez. Bu amaçla David dışarıda kalmayı kabul eder, Emma mağaraya girer ve iki yoldan birinin sonuna yürür. Bu örnekte Emma 1 numaralı yolu seçer.
David, girişten Emma'nın belirli bir yol üzerinden çıkmasını ister; bu örnekte 2 numaralı yol söylenir. Eğer Emma gizliyi biliyorsa, istenen yoldan çıkar. Bu süreç tekrarlandığında Emma'nın sadece şans eseri doğruyu tahmin etmediği doğrulanabilir.
Ali Baba'nın Mağarası hikâyesi, zk-SNARK ve zk-STARK protokollerinin temelini oluşturan sıfır-bilgi kanıtlarına örnek teşkil eder. Bu kanıtlar, bir bilgiye sahip olunduğunu kanıtlamayı sağlar ancak bilgi hakkında hiçbir şey açığa çıkarmaz.
zk-SNARK'lar Nasıl Çalışır?
Sıfır-bilgi kanıtı kavramı, zk-SNARK'ları kullanarak ilk geniş erişilebilir gizlilik odaklı para birimi olan Zcash'in oluşturulmasında uygulandı. Halka imzalar ve diğer tekniklerle işlemler etrafında duman perdeleri oluşturan projelerin aksine, Zcash verilerin paylaşım biçimini temelden değiştirir. Zcash ağındaki işlemler şifreli kalır, ancak sıfır-bilgi kanıtları sayesinde işlemlerin geçerli olduğu doğrulanabilir; bu da konsensüs kurallarının uygulanmasını sağlayıp her işlemin dayandığı veriyi açığa çıkarmaz. Ancak Zcash'teki gizlilik özellikleri varsayılan olarak aktif değildir ve manuel olarak ayarlanması gerekir.
Sıfır-bilgi kanıtları, bir kişinin bir ifadenin doğru olduğunu diğerine herhangi bir ek bilgi vermeden ispatlamasını sağlar. Bu süreçte bir taraf kanıtlayıcı (prover) ve diğer taraf doğrulayıcı (verifier) olarak adlandırılır; tarafların gizli tuttuğu ifade ise tanık (witness) olarak adlandırılır. Sıfır-bilgi kanıtlarının hedefi, iki taraf arasında mümkün olduğunca az bilgi açığa çıkarmaktır.
zk-SNARK kısaltmasında "succinct" (özlü), kanıtların daha küçük boyutta ve hızlı doğrulanabilir olduğu anlamına gelirken; "non-interactive" (etkileşimsiz) kanıtlayıcı ile doğrulayıcı arasında çok az veya hiç etkileşim olmadığı anlamına gelir. Eski sıfır-bilgi protokolleri kanıtlayıcı ile doğrulayıcı arasında karşılıklı iletişim gerektirirken, etkileşimsiz yapılar tek bir kanıt alışverişiyle çalışır.
zk-SNARK kanıtları başlangıçta kanıtlayıcı ile doğrulayıcı arasında güvenilen bir kurulum gerektirir; araştırmacılar bu süreçte gereken güven miktarını azaltmak için alternatifler arıyor. Bu ilk kurulum sahte harcama riskini önlemek için kritiktir ve Zcash'te Parametre Üretim Töreni (Parameter Generation Ceremony) olarak bilinir.
zk-SNARK'ların soundness (güvenilirlik) özelliği, kötü niyetli bir kanıtlayıcının sınırlı hesaplama gücüne sahip olduğunu varsayar; yeterli hesaplama gücüne sahip bir kanıtlayıcı sahte kanıtlar üretebilir. Bu nedenle kuantum bilgisayarlar zk-SNARK'lar ve blokzincir sistemleri için bir tehdit olarak görülür.
Son olarak, sıfır-bilgi kanıtları hızlıca doğrulanabilir ve standart Bitcoin işlemlerine kıyasla daha az veri kullanır; bu özellikleriyle hem gizlilik hem de ölçeklenebilirlik çözümleri için uygundurlar.
zk-STARK'lar Nasıl Çalışır?
Technion—İsrail Teknoloji Enstitüsü'nden Prof. Eli-Ben Sasson, zk-SNARK'lara alternatif olarak zk-STARK'ları geliştirdi. Uygulamaya bağlı olarak zk-STARK'lar daha verimli, potansiyel olarak daha hızlı ve daha ucuz olabilir. zk-SNARK'lardan farklı olarak zk-STARK'lar başlangıçta güvenilir bir kurulum gerektirmez; bu yüzden 'T' harfi 'transparent' (şeffaf) anlamına gelir.
zk-STARK'lar çarpışma dirençli karma fonksiyonlarına dayanır; bu yaklaşım, sayılar teorisine dayanan ve hesaplama açısından pahalı olan zk-SNARK varsayımlarını ortadan kaldırır ve teorik olarak kuantum bilgisayar saldırılarına karşı daha dayanıklı bir yapı sunar. Kriptografik varsayımlar açısından daha basit bir yapı sergiler.
Bununla birlikte zk-STARK kanıtlarının en az bir büyük dezavantajı vardır: zk-SNARK'lara kıyasla daha büyük kanıt boyutlarına sahiptirler. Bu veri farkı bazı bağlamlarda kullanımını sınırlayabilir, ancak bu durum daha fazla test ve araştırma ile iyileştirilebilir.
Sonuç
zk-SNARK ve zk-STARK'ların kripto para dünyasındaki potansiyeli açıktır; her iki protokol de artan gizlilik ihtiyacına cevap verir. Bu teknolojiler umut vaat ediyor ve kriptonun daha geniş kabulünde önemli bir etken olabilir.