Năm 2022, giữa những vụ bê bối của ngành crypto, zk (zero-knowledge) nổi lên như một điểm sáng công nghệ với những thành quả đến từ các dự án layer 2 zk-rollup và nhu cầu privacy cho blockchain & web3. Nhà sáng lập Ethereum, Vitalik cũng nhiều lần lên tiếng khẳng định giải pháp layer 2 zk-rollup sẽ là giải pháp trung và dài hạn để làm lớp thực thi cho Ethereum. zk có gì đặc biệt? Chúng ta cùng tìm hiểu nhé. 

Bằng chứng ZK là gì?

ZKP (zero-knowledge proof) là cách để người chứng minh (Prover) thuyết phục người xác minh (Verifier) rằng tuyên bố đó là đúng, mà không tiết lộ thêm bất kỳ thông tin nào.

Ví dụ 1:

Alice tuyên bố với Bob rằng mình biết pass của cánh cửa nối 2 đường hầm, nhưng Alice không muốn tiết lộ passcode hay bất cứ gì khác cho Bob biết. Vậy làm sao để Alice thuyết phục được Bob?

Alice chọn đi vào một đường hầm ngẫu nhiên và tuyên bố sẽ đi ra bất kỳ phía đường hầm nào mà Bob yêu cầu. Bob không biết Alice đi vào từ hướng nào, nên Bob chọn ngẫu nhiên một phía và yêu cầu Alice xuất hiện.

Nếu hướng Bob chọn đúng với hướng Alice đi vào thì sao? nên Bob sẽ lặp lại nhiều lần với nhiều hướng ngẫu nhiên khác nhau, nếu Alice đều có thể xuất hiện đúng phía Bob yêu cầu thì xác suất Alice may mắn gần như bằng 0, chứng tỏ Alice biết passcode, như vậy là Alice có thể chứng minh tuyên bố ban đầu của mình mà không phải tiết lộ thêm bất cứ điều gì.

Ví dụ 2:

Làm sao để bạn thuyết phục người đối diện biết bạn có mặt trong bức ảnh tại một sân vận động mà không phải tiết lộ vị trí bạn ở đâu trong bức ảnh?

Bạn sử dụng tấm bảng lớn hơn nhiều lần bức ảnh để che toàn bộ bức ảnh, và chỉ để 1 lỗ nhỏ trên tấm bảng.

Giờ bạn sẽ để vị trí của mình vào vị trí lỗ nhỏ trên tấm bảng, người đối diện có thể nhìn thấy bạn qua lỗ nhỏ đó nhưng không biết bạn ở vị trí nào trên bức ảnh.

Như vậy là bạn có thể chứng minh mình xuất hiện trong bức ảnh, nhưng không tiết lộ vị trí của mình ở đâu trên bức ảnh.

Tại sao cần ZKP?

Để có trải nghiệm hoàn chỉnh trong không gian Web3 thì không thể thiếu Privacy.

Web2 hiện tại đang chịu sự kiểm soát của những ông lớn như Google, Facebook, Amazon … họ khai thác thông tin cá nhân của bạn và bạn không có cách nào để bảo vệ quyền riêng tư mình. Điều này sẽ được khắc phục nhờ công nghệ zk, ZKP sẽ cung cấp sự lựa chọn và tính linh hoạt cho những người dùng muốn tự do và kiểm soát thông tin của họ.

Ở ví dụ thứ nhất đã nêu ở trên, ZKP cho phép người chứng minh không tiết lộ bất cứ thông tin nào mà vẫn thuyết phục được người xác minh. Ở ví dụ thứ hai, người chứng minh chỉ muốn tiết lộ một phần thông tin. 

ZKP có ý nghĩa lớn với tổ chức

ZKP giúp các tổ chức hoạt động mà không bị lộ chiến lược & bí mật kinh doanh của mình. Hay như việc có thể sử dụng dữ liệu độc quyền làm đầu vào để kích hoạt thực hiện hợp đồng thông minh.

ZKP giúp tăng khả năng mở rộng

Việc xác minh bằng chứng sẽ nhanh hơn cấp số nhân so với việc vừa tính toán vừa xác minh. Nhiều layer 2, layer 3 lựa chọn công nghệ để tạo bằng chứng ZKP cho các lô giao dịch ngoài chuỗi, chỉ những bằng chứng ZKP này được gửi về chuỗi chính để xác minh. Như vậy phí gas sẽ giảm theo cấp số nhân do các giao dịch trong lô cùng chia sẻ một xác minh ZKP trên chuỗi chính.

Các triển khai của ZKP

ZK cần tính toán các bằng chứng (thực hiện một loạt các hành động, có thể sẽ phải lặp đi lặp lại nhiều lần) để thuyết phục rằng tuyên bố đó là đúng. Nhưng nó kém hiệu quả hơn theo cấp số nhân so với việc xác minh các bằng chứng. Vì vậy, có nhiều cách triển khai ZKP khác nhau như #SNARK , #STARK , #PLONKY … để xác minh các bằng chứng thay vì tính toán chúng.

Hãy tưởng tượng, nó giống như việc bạn vào siêu thị mua đồ, các quầy nhỏ phía trong cân đo, tính sẵn tiền rồi in cho bạn một phiếu thu, bạn ra ngoài cửa dùng phiếu thu đó để thanh toán. Thu ngân chỉ cần xác minh phiếu thu đó để thanh toán thay vì mang ra ngoài cửa siêu thị rồi mới tính toán từng thứ một, thịt bao nhiêu, cá bao nhiêu, rau bao nhiêu…

Có rất nhiều triển khai ZKP nhưng có hai triển khai phổ biến nhất là SNARK và STARK. Sự khác biệt lớn nhất giữa SNARK và STARK là cơ chế tạo bằng chứng ZKP. Trong khi STARK sử dụng các hàm băm chống va chạm, tận dụng sức mạnh tính toán. Còn zkSNARKs sử dụng các đường cong elip chống va chạm để đảm bảo tính ngẫu nhiên cần thiết cho một bằng chứng (vì vậy rất khó tìm thấy hai đầu vào riêng biệt tạo ra cùng một đầu ra).

Những khó khăn của ZKP

Công nghệ non trẻ và phức tạp

Lý thuyết về ZKP lần đầu tiên được giới thiệu bởi MIT năm 1985, nhưng phải đến năm 2012 nó mới bắt đầu đi vào thực tế với sự ra đời của zkSNARK. Năm 2016 dự án Zcash được fork từ Bitcoin với mục tiêu trở thành phương tiện thanh toán di động rẻ hơn và cho phép lựa chọn quyền riêng tư nhờ công nghệ SNARK.

Hai năm gần đây 2021-2022, zk đã nhận được sự quan tâm rất lớn từ các nhà phát triển, các quỹ đầu tư. Thực tế gần đây công nghệ zk đã đạt được rất nhiều thành tựu, nhiều dự án đang trong giai đoạn thử nghiệm sản phẩm. Tuy nhiên công nghệ zk vẫn là thách thức lớn với các DEV, công nghệ phức tạp, khó tương thích và ít công cụ hỗ trợ tool dev.

Yêu cầu phần cứng cao, tốn phí gas

Công nghệ zk mang lại bảo mật cao so với các giải pháp khác, nhưng đổi lại nó cần sức tính toán lớn, nên để tăng tốc độ xử lý, zk cần yêu cầu phần cứng cao hơn. Đi cùng với việc khối lượng tính toán lớn là phí gas cao.

Khó tương thích EVM

Công nghệ zk không thân thiện với EVM, nên buộc các nhà phát triển phải lựa chọn:

• Hoặc xây dựng ngôn ngữ lập trình mới, dễ phát triển zk hơn nhưng không tương thích EVM đồng nghĩa với việc phải educate ngôn ngữ mới và không thể tận dụng tài nguyên từ các platform EVM như Etherem.
• Hoặc phát triển công nghệ zk tương thích EVM nhưng sẽ khó khăn hơn rất nhiều, tốn thời gian hơn rất nhiều, có thể sẽ không thể phát huy hết công nghệ zk hoặc thậm trí không thể thành công.

Các dự án đang theo đuổi zk

Layer 1:

Zcash: Là blockchain được fork từ Bitcoin, Zcash hướng tới việc thanh toán di động với chi phí thấp. Với Zcash, người dùng có thể chọn chế độ private hoặc public.

Mina Protocol: Blockchain nhẹ nhất thế giới,  nhờ đệ quy snark mà Mina có thể giữ được kích thước cố định chỉ ~22KB. Mina đang trong giai đoạn phát triển và thử nghiệm zkBridge và zkApp

Aleo: Là nền tảng mang lại quyền riêng tư cho người dùng web3, Aleo cũng là nền tảng zk thân thiện với các dev giúp dễ dàng xây dựng các dApp.

Layer 2:

Aztec:  Aztec sử dụng PLONKY (PLONKY = PLONK + Halo, 15s) mang lại quyền riêng tư

Polygon Zero:  PLONKY2 = PLONK + FRI + Wizardry) có khả năng tạo bằng chứng ZKP nhanh nhất hiện nay với chỉ 170 mili giây bằng macbook.

zkSync, Polygon (Polygon zkEVM, Polygon Nightfall, Polygon ID), Scroll, Loopring, zkSpace:  Sử dụng Snark

StarkNet, Polygon Miden:  Sử dụng Stark, triển khai máy ảo riêng, không tương thích EVM

Polygon zkEVM, Polygon Zero:  Sử dụng Stark và Snark

BNB zkRollup:  zkBAS

Sự kiện nổi bật năm 2022

10/1/2022: Polygon ra mắt PLONKY2 – một SNARK đệ quy nhanh hơn 100 lần so với các giải pháp thay thế hiện có và tương thích với Ethereum. Nó kết hợp PLONK và FRI để tạo ra STARK tốt nhất, với bằng chứng nhanh và không cần thiết lập đáng tin cậy, cũng như SNARK tốt nhất, với sự hỗ trợ cho đệ quy và chi phí xác minh thấp trên Ethereum. Plonky2 chỉ mất 170 mili giây trên Macbook Pro để tạo bằng chứng đệ quy.

27/1/2022: BitDAO ra mắt zkDAO trị giá $200M để nâng cao khả năng mở rộng trên Ethereum thông qua zkSync. 

07/2/2022: Polygon công bố huy động được $450M từ Sequoia Capital India, SoftBank và Tiger Global… (trước đó Polygon đã cam kết $1B để phát triển zk)

22/2/2022: Aleo đã huy động thành công $200M từ các nhà đầu tư lớn như Softbank, Tiger Global… để hỗ trợ quyền riêng tư trong DeFi.

23/2/2022: Matter Labs khởi chạy zkSync 2.0 public testnet. zkSync 2.0 – một giải pháp layer 2 zk-rollup tương thích EVM.

17/3/2022: Mina công bố huy động thành công $100M từ FTX, 3AC và nhiều nhà đầu tư khác.

28/4/2022: Ví Argent công bố huy động thành công $40M vòng Series B.

9/5/2022: StarkWare khởi chạy StarkGate – cầu nối Ethereum -StarkGate trên alpha mainnet. 

25/5/2022: StarkWare công bố huy động thành công $100M vòng Series D ở định giá $8B từ các nhà đầu tư Greenoaks Capital, Coatue, Tiger Global…

5/2022: Mina tiếp tục thử nghiệm zkBridge và tổ chức hackathon xây dựng zkApps trên Mina Protocol. 6/2022 Mina công bố partner với Brave, DIA… để test SnarkyJS.

5/2022: BSC đưa ra kế hoạch phát triển zkRollup.

7/7/2022: Aztec Connect chạy trên mainnet, giúp mang private DeFi đến với Ethereum.

19/7/2022: Scroll – dự án zkRollup tương thích EVM tốt nhất, đã công bố Pre-alpha testnet.

20/7/2022: zkSync công bố chiến dịch 100 ngày tới mainnet.

2/8/2022: Aleo công bố chương trìnhTestnet3.

10/10/2022: Polygon zkEVM – dự án zkRollup tương thích EVM khởi chạy testnet.

29/10/2022: zkSync 2.0 khởi chạy baby alpha mainnet (tuy nhiên đây giai đoạn chạy kín nên người dùng chưa thể trải nghiệm) và zkSync cũng công bố lộ trình các tiếp theo, trong đó có việc phát triển Layer 3.

16/11/2022: Matter Labs công bố đã huy động thành công thêm $200M, nâng tổng số vốn huy động lên thành $458M.

Mục tiêu của các dự án trong năm 2023

Zcash: Cung cấp ví nguồn mở có sẵn trên các cửa hàng Apple và Android và được ECC hỗ trợ tốt; cải thiện ZEC UX bao gồm quyền riêng tư của mạng và đồng bộ hóa tức thì.

Mina Protocol: Tiếp tục phát triển và thử nghiệm zkBridge, zkApp, zkOracle và onchain vote…

Aleo: Tiếp tục chương trình incentivized testnet, hướng tới chạy mainnet trong năm 2023.

zkSync: Mục tiêu hoàn thành thử nghiệm và audit mạng baby alpha mainnet, tiến hành alpha mainnet mở cho cộng đồng, cải thiện UX, phát triển Layer 3 và phi tập trung hóa mạng lưới.

StarkNet: Mục tiêu cải thiện hiệu suất của Sequencer (sắp xếp, thực thi trình tự giao dịch), chạy Sequencer song song, triển khai rust cho máy ảo Cairo VM. Ngoài ra Starknet cũng đang triển khai đệ quy bằng chứng Stark cho Layer 3.

Scroll: Scroll đang giai đoạn Pre-Alpha testnet, giai đoạn tiếp theo sẽ là Alpha testnet và zkEVM mainnet và phi tập trung hóa.

Polygon zk: Polygon tiếp tục phát triển Polygon Zero, Polygon Miden, Polygon Nightfall, Polygon ID. Nhưng Polygon sẽ tập trung nhất cho Polygon zkEVM, dự án đang trong giai đoạn testnet.

Aztec: Aztec mới gọi thành công $100m vòng series B do a16z dẫn đầu. Aztec sẽ tiếp tục sứ mệnh mang private DeFi cho Ethereum. 

Kết luận 

zk (zero-knowledge) là công nghệ quan trọng để mang đến quyền riêng tư, bảo mật và tính toàn vẹn cho người dùng web3. zk có rất nhiều tiềm năng ứng dụng trong thực tiễn nhưng công nghệ zk quá mới, quá phức tạp, nên hiện tai vẫn đang trong giai đoạn phát triển và thử nghiệm. Việc đầu tư và phát triển nhanh chóng các bằng chứng zk trong năm 2022 là một tín hiệu quan trọng cho thấy công nghệ này đã sẵn sàng cho thời điểm bùng nổ, mở ra các trường áp dụng thực tiễn.