Có thể chứng minh toàn bộ blockchain bằng một luận đề toán học

Electric Coin Company (ECC) cho biết họ đã phát hiện ra một cách mới để mở rộng quy mô blockchain có “thành phần bằng chứng đệ quy” (recursive proof composition), là bằng chứng để xác minh toàn bộ blockchain trong một chức năng. Đối với ECC và Zcash, dự án mới Halo có thể giữ chìa khóa riêng tư ở cấp quy mô.

Là một coin riêng tư dựa trên bằng chứng không kiến thức (zero-knowledge proofs – zk-SNARKs), giao thức cơ bản hiện tại của Zcash phụ thuộc vào “các thiết lập đáng tin cậy”. Các tham số toán học này đã được sử dụng 2 lần trong lịch sử ngắn ngủi của Zcash: khi ra mắt vào năm 2016 và lần thay đổi giao thức lớn đầu tiên, Sapling, vào năm 2018.

Giao dịch Zcash ngụy trang di chuyển qua zk-SNARK nhưng việc tạo các tham số ban đầu vẫn là một vấn đề. Bằng cách không phá hủy nền tảng toán học của giao dịch – thiết lập đáng tin cậy – chủ sở hữu có thể tạo ra Zcash giả mạo.

Hơn nữa, các ‘nghi thức’ phức tạp mà cộng đồng Zcash thực hiện để tạo ra các thiết lập đáng tin cậy được xem là tốn kém và là một điểm yếu cho toàn bộ hệ thống. Sự phụ thuộc vào các thiết lập đáng tin cậy có zk-SNARKs đã được biết đến ngay cả trước khi Zcash ra mắt vào năm 2016. Theo ECC, mặc dù các nghiên cứu khác không thể thu hẹp khoảng cách nhưng bằng chứng đệ quy làm cho các thiết lập đáng tin cậy trở thành quá khứ.

Halo của Bowe

Kỹ sư ECC và nhà phát minh Sean Bowe của Halo cho biết thành phần bằng chứng đệ quy là kết quả của nhiều năm lao động của ông cũng như những người khác và nhiều tháng thất vọng. Trên thực tế, ông gần như đã từ bỏ đến 3 lần.

Bowe bắt đầu làm việc cho ECC sau khi CEO của ECC và đồng sáng lập Zooko Wilcox của Zcash chú ý đến zk-SNARKs vào năm 2015. Sau khi giúp khởi động Zcash và thay đổi giao thức quan trọng đầu tiên với Sapling, Bowe chuyển sang nghiên cứu toàn thời gian cho công ty.

Trước Halo, Bowe đã làm việc trên một biến thể zk-SNARK khác, Sonic, chỉ yêu cầu một thiết lập đáng tin cậy.

Đối với hầu hết các cypherpunk, như vậy là quá nhiều. Bowe cho biết:

“Chúng tôi cũng bắt đầu nghĩ đến vào năm 2008, chúng tôi sẽ có thể có bằng chứng xác minh các bằng chứng khác, cái mà chúng tôi gọi là thành phần bằng chứng đệ quy. Điều này đã xảy ra vào năm 2014”.

Cần nhiều bằng chứng hơn

Về bản chất, Bowe và Co. đã phát hiện ra một phương pháp mới để chứng minh tính hợp lệ của các giao dịch bị che giấu bằng cách nén dữ liệu tính toán đến mức tối thiểu. Như bài viết của ECC đưa ra, “các bằng chứng có khả năng xác minh các trường hợp khác của chính nó”.

Giao dịch Blockchain như Bitcoin và Zcash dựa trên các đường cong elip có các điểm trên đường cong làm cơ sở cho các khóa công khai và khóa riêng tư. Địa chỉ công khai có thể thấy rõ trên đường cong. Chúng ta biết đường cong elip nói chung trông như thế nào, nhưng chúng ta không biết địa chỉ riêng tư nằm ở đâu trên đường cong.

Đó là chức năng của zk-SNARK để liên lạc các địa chỉ riêng tư và giao dịch, nếu một địa chỉ tồn tại và nơi nó tồn tại trên đường cong ẩn danh.

Đường cong elip secp256k1 được sử dụng cho Bitcoin và Ethereum | Nguồn: Hackernoon

Công việc của Bowe tương tự như bulletproof, một zk-SNARK khác không yêu cầu thiết lập đáng tin cậy. Bowe nói: “Halo giống như bulletproof đệ quy”.

Từ quan điểm kỹ thuật, bulletproof dựa vào “đối số sản phẩm bên trong” để chuyển tiếp thông tin nhất định về các đường cong cho nhau. Thật không may, đối số vừa tốn kém vừa mất thời gian so với xác minh zk-SNARK điển hình.

Bằng cách chứng minh nhiều zk-SNARK với một người, nhiệm vụ không thể thực hiện được cho đến khi nghiên cứu năng lượng tính toán của Bowe cắt giảm một phần chi phí. Bowe cho biết:

“Mọi người đã nghĩ đến việc xếp chồng bulletproof. Vấn đề của trình xác minh bulletproof cực kỳ tốn kém vì đối số sản phẩm bên trong. Tôi không sử dụng chính xác bulletproof, tôi sử dụng ý tưởng bulletproof được xây dựng trước đó”.

Trên thực tế, Bowe cho biết bằng chứng đệ quy có nghĩa là bạn có thể chứng minh toàn bộ blockchain Bitcoin trong không gian ít hơn so với Bitcoin chiếm 80 byte dữ liệu.

Tương lai của Zcash

Trên Twitter, Wilcox cho biết công ty hiện đang nghiên cứu triển khai Halo dưới dạng giải pháp lớp 1 trên zcash.

Các giải pháp lớp 1 là các triển khai vào cơ sở mã để tạo thành một blockchain. Hầu hết các giải pháp mở rộng quy mô, như Lightning Network của Bitcoin, là các giải pháp lớp 2 được xây dựng dựa trên trạng thái blockchain. Sự quan tâm của ECC trong việc biến Halo thành một giải pháp lớp 1 nói lên tính nguyên bản của việc khám phá vì nó sẽ nằm bên cạnh mã được sao chép từ chính cha đẻ Bitcoin, Satoshi Nakamoto.

“ECC đang khám phá việc sử dụng Halo cho Zcash để loại bỏ thiết lập đáng tin cậy và mở rộng quy mô Zcash ở lớp 1 bằng cách sử dụng thành phần bằng chứng lồng vào nhau” – zooko.

Kể từ những ngày đầu tiên của coin riêng tư, việc mở rộng quy mô đã là một vấn đề gây tranh cãi: với rất nhiều dữ liệu cần thiết để che giấu các giao dịch, làm thế nào để bạn phát triển mạng lưới toàn cầu?

Bowe và ECC yêu cầu bằng chứng đệ quy giải quyết vấn đề nan giải này: chỉ với một bằng chứng cần thiết để xác minh toàn bộ blockchain, mối quan tâm về dữ liệu có thể được giải quyết:

“Quyền riêng tư và khả năng mở rộng là hai khái niệm khác nhau, nhưng có sự kết hợp độc đáo ở đây. Khoảng 5 năm trước, các học giả đang nghiên cứu về snark đệ quy, một bằng chứng có thể tự xác minh hoặc xác minh bằng chứng khác và thậm chí xác minh nhiều bằng chứng. Vì vậy, với thành phần bằng chứng đệ quy, bạn chỉ cần một bằng chứng để xác minh toàn bộ blockchain”.

Để chắc chắn, đây không phải là đại số cấp hai: Bowe cho biết chỉ riêng bằng chứng đã mất gần 9 tháng để dán các mảnh khác nhau lại với nhau.

Một cách mới cho node

Một hàm ý nữa của bằng chứng đệ quy là lượng dữ liệu được lưu trữ trên blockchain. Bowe cho biết vì toàn bộ sổ cái có thể được xác minh trong một chức năng, việc đưa lên các node mới sẽ dễ dàng hơn bao giờ hết.

“Bạn có thể thấy các blockchain có dung lượng cao hơn nhiều vì bạn không thể truyền đạt toàn bộ lịch sử trong một blockchain. Chuỗi trạng thái vẫn cần phải được nhìn thấy nếu bạn muốn quan sát toàn bộ mạng mà không cần phải tải xuống toàn bộ blockchain”.

Mặc dù các chuỗi trạng thái vẫn cần được theo dõi để xác minh giao dịch cơ bản nhưng việc đồng bộ hóa toàn bộ lịch sử của một blockchain trên 400 GB và 200 GB đối với Ethereum và Bitcoin sẽ trở thành một giải pháp dự phòng.

Đối với Zcash, Halo có nghĩa là hard fork dễ dàng hơn. Nếu không có các thiết lập đáng tin cậy, nghiên cứu của ECC tuyên bố “các thay đổi PoS chỉ cần tham khảo bằng chứng mới nhất, cho phép lịch sử cũ bị loại bỏ mãi mãi”.

Khi được yêu cầu xếp hạng phát hiện của ông với những tiến bộ khác, Bowe đã nói về tính thực tế của nó:

“Nghiên cứu của tôi đứng ở đâu trong hệ thống của thế giới tiền điện tử? Nó có một công cụ mã hóa để nén các tính toán và giao thức mở rộng”.

• Sberbank “mua nợ” 15 triệu đô la thông qua sử dụng Blockchain Hyperledger
• Mastercard, R3 phát triển nền tảng thanh toán xuyên biên giới dựa trên blockchain

Minh Anh

    Tạp chí Bitcoin | Coindesk