Comment un circuit Zksnark sur une blockchain est-il conçu?

La conception d'un circuit Zksnark sur une blockchain implique plusieurs étapes et considérations complexes. Zksnarks , ou des arguments non interactifs succincts succincts de connaissance, sont des protocoles cryptographiques qui permettent à une partie de prouver à une autre qu'une déclaration est vraie sans révéler aucune information au-delà de la validité de la déclaration elle-même. Dans le contexte des blockchains, ces circuits sont utilisés pour améliorer la confidentialité et l'efficacité. Plongeons dans le processus de conception d'un tel circuit.

Comprendre les bases de Zksnarks

Avant de plonger dans la conception d'un circuit Zksnark, il est crucial de comprendre les concepts fondamentaux. Zksnarks se composent de trois algorithmes: génération de clés , prouvants et vérification . L'algorithme de génération de clés produit une chaîne de référence courante (CRS), qui est utilisée par le prover pour générer des preuves et par le vérificateur pour vérifier ces preuves. L'algorithme prouvant prend une déclaration et un témoin, et produit une preuve. L'algorithme de vérification vérifie la preuve par rapport à l'énoncé à l'aide du CRS.

Définir l'énoncé du problème

La première étape de la conception d'un circuit Zksnark consiste à définir clairement l'instruction Problème. Cela implique d'identifier ce qui doit être prouvé et quelles informations doivent rester privées. Par exemple, dans un contexte de blockchain, vous voudrez peut-être prouver qu'une transaction est valide sans révéler l'expéditeur, le récepteur ou le montant de la transaction. L'énoncé du problème doit être bien défini et spécifique pour garantir que le circuit peut être construit avec précision.

Construire le circuit arithmétique

Une fois que l'instruction du problème est claire, l'étape suivante consiste à construire un circuit arithmétique qui représente le calcul à prouver. Un circuit arithmétique est un graphique acyclique dirigé où les nœuds représentent les opérations (telles que l'addition, la multiplication et les constantes), et les bords représentent le flux de données. Chaque porte du circuit doit être conçue pour correspondre à une opération spécifique dans le calcul .

• Commencez par décomposer le calcul en pièces plus petites et gérables.
• Représentent chaque partie comme une série de portes et de fils.
• Assurez-vous que le circuit modélise correctement l'intégralité du calcul de l'entrée à la sortie.

Conversion en programme arithmétique quadratique (QAP)

Après avoir construit le circuit arithmétique, il doit être converti en un programme arithmétique quadratique (QAP) . Un QAP est un ensemble de polynômes qui représentent les contraintes du circuit. Cette conversion est cruciale car les Zksnarks opèrent sur des engagements polynomiaux.

• Identifiez les contraintes du circuit arithmétique.
• Transformez ces contraintes en un système d'équations quadratiques.
• Convertissez le système d'équations en un QAP en utilisant une interpolation polynomiale.

Génération de la chaîne de référence commune (CRS)

L'étape suivante consiste à générer la chaîne de référence courante (CRS) , qui est utilisée pour prouver et vérifier. Le CRS est créé à l'aide de l'algorithme de génération de clés du protocole Zksnark. Cette étape consiste à générer des valeurs aléatoires et à les engager dans les polynômes .

• Utilisez une configuration de confiance pour générer les valeurs aléatoires.
• Engagez ces valeurs aux polynômes pour créer le CRS.
• Assurez-vous que le CRS est en toute sécurité distribué à toutes les parties impliquées.

Créer la preuve

Avec le QAP et le CRS en place, le prover peut désormais générer la preuve. Le prover prend le témoin (l'entrée privée) et la contribution du public, et les utilise pour calculer la preuve. Cela implique d'évaluer les polynômes du QAP en utilisant le témoin et le CRS .

• Évaluez les polynômes du QAP avec le témoin.
• Utilisez le CRS pour vous engager dans ces évaluations.
• Générez la preuve finale en utilisant les valeurs engagées.

Vérifier la preuve

La dernière étape du processus Zksnark est la vérification. Le vérificateur utilise l'entrée du public, la preuve et le CRS pour vérifier la validité de la preuve. Le processus de vérification est conçu pour être efficace et peut être effectué sans connaître le témoin .

• Utilisez l'entrée du public et la preuve pour évaluer le polynôme de vérification.
• Vérifiez si l'évaluation correspond aux valeurs engagées dans le CRS.
• Si le chèque passe, la preuve est considérée comme valide.

Implémentation du circuit sur une blockchain

La mise en œuvre d'un circuit Zksnark sur une blockchain implique l'intégration du circuit dans le protocole de la blockchain. Cela nécessite de modifier le mécanisme consensuel de la blockchain pour inclure le processus de vérification Zksnark. La mise en œuvre doit être soigneusement conçue pour s'assurer qu'elle ne compromet pas la sécurité ou les performances de la blockchain .

• Modifiez le protocole de la blockchain pour inclure la vérification Zksnark.
• Assurez-vous que le processus de vérification est intégré de manière transparente aux opérations existantes de la blockchain.
• Testez la mise en œuvre de manière approfondie pour assurer son exactitude et son efficacité.

Optimisation du circuit

L'optimisation d'un circuit Zksnark est crucial pour assurer son praticité sur une blockchain. L'optimisation consiste à réduire la taille du circuit et à améliorer l'efficacité des processus de prouvance et de vérification .

• Minimisez le nombre de portes et de fils dans le circuit arithmétique.
• Utilisez des techniques avancées telles que les schémas d'engagement polynomial pour réduire la taille de la preuve.
• Implémentez les techniques de lots pour vérifier plusieurs preuves en une seule opération.

Assurer la sécurité et la confidentialité

Assurer la sécurité et la confidentialité d'un circuit Zksnark est primordial. Le circuit doit être conçu pour se protéger contre les attaques et les vulnérabilités potentielles .

• Effectuer des audits de sécurité approfondis pour identifier et atténuer les vulnérabilités potentielles.
• Assurez-vous que le processus de configuration de confiance est sécurisé et que le CRS n'est pas compromis.
• Mettre en œuvre des mesures pour protéger la vie privée du témoin et prévenir les fuites d'informations.

Questions fréquemment posées

Q: Les circuits Zksnark peuvent-ils être utilisés pour tout type de calcul sur une blockchain?

R: Bien que les circuits Zksnark puissent théoriquement être utilisés pour tout type de calcul, ils sont les plus pratiques pour les calculs qui peuvent être représentés efficacement comme des circuits arithmétiques. Des calculs complexes peuvent entraîner de grands circuits, ce qui peut être difficile à mettre en œuvre et à vérifier sur une blockchain.

Q: Comment le processus de configuration de confiance a-t-il un impact sur la sécurité de Zksnarks?

R: Le processus de configuration de confiance est essentiel pour la sécurité des zksnarks. Si les valeurs aléatoires utilisées dans la configuration sont compromises, cela pourrait permettre à un attaquant de forger des preuves. Par conséquent, il est essentiel de mener la configuration de manière sécurisée et transparente, impliquant souvent plusieurs parties pour s'assurer qu'aucune entité unique ne peut compromettre la configuration.

Q: Quels sont les principaux défis de la mise en œuvre des circuits Zksnark sur une blockchain?

R: Les principaux défis incluent la complexité de calcul de la génération et de la vérification des preuves, la nécessité d'une configuration de confiance sécurisée et l'intégration du processus de vérification dans le mécanisme consensuel de la blockchain. De plus, l'optimisation du circuit pour réduire sa taille et améliorer l'efficacité est un défi important.

Q: Comment les zksnarks se comparent-ils à d'autres systèmes de preuve de connaissance zéro comme Zkstarks?

R: Zksnarks et ZkStarks sont tous deux des systèmes de preuve de connaissance zéro, mais ils ont des caractéristiques différentes. Zksnarks nécessite une configuration de confiance mais offrent des tailles de preuve plus petites et des temps de vérification plus rapides. Zkstarks, en revanche, ne nécessitent pas de configuration de confiance mais ont des tailles de preuve plus importantes et des temps de vérification plus lents. Le choix entre eux dépend des exigences spécifiques de l'application Blockchain.