مقدمة

حصلت Manta Pacific، وهي طبقة Ethereum المعيارية الثانية المصممة لتطبيقات ZK، على تمويل يزيد عن 60 مليون دولار من مؤسسات بارزة مثل Polychain وBinance Labs وCoinFund وSevenX Ventures. تقوم شركة Manta Pacific بدمج دوائر ZK في بنية الطبقة الثانية الخاصة بها، مما يوفر تصميمات معيارية عالية ووحدات وظائف ZK متعددة للتطبيقات اللامركزية. يمكن للمطورين استدعاء وظائف ZK بسهولة من خلال بضعة أسطر من التعليمات البرمجية باستخدام SDKs وAPIs.

يسمح نهج Manta بالإدراك الكامل لوظائف ZK داخل بيئة الطبقة الثانية، مما يتيح التكامل السلس لتصحيح ZK وضغط المعاملات في التطبيقات الحالية أو نشر تطبيقات جديدة مصممة خصيصًا لميزات ZK. هذه قدرة فريدة لمانتا باسيفيك.

تعد إثباتات المعرفة الصفرية (ZKPs) مفهومًا متعدد الاستخدامات ينطبق على أي مشكلة NP. لقد أصبح تطورهم النظري وتطبيقاتهم العملية محورًا رئيسيًا في أبحاث التشفير. إن مبدأ التشفير الأساسي الذي تستخدمه مانتا هو نوع محدد من إثبات المعرفة الصفرية غير التفاعلي، المعروف باسم حجة المعرفة غير التفاعلية المختصرة بالمعرفة الصفرية (zkSNARK). يسمح هذا النظام بالتحقق من النتائج الحسابية المعقدة دون الحاجة إلى تكرار الحساب بأكمله.

إطار عمل zkSNARK

ملخص

يتكون zkSNARK من ثلاث خوارزميات زمنية متعددة الحدود: KeyGen وProve وVerify. تسهل هذه الخوارزميات إنشاء وإثبات والتحقق من إثبات المعرفة الصفرية عبر دائرة حسابية.

  1. KeyGen(1^lect, C) -> (pk, vk):

    • بالنظر إلى معلمة الأمان lect (على سبيل المثال، 128 بت) والدائرة الحسابية C، تقوم خوارزمية KeyGen بإنشاء مفتاح إثبات pk ومفتاح تحقق vk. هذه المفاتيح عامة ويمكن استخدامها بشكل متكرر لإثبات والتحقق من العضوية باللغة المحددة بواسطة الدائرة C.

  2. إثبات (pk، x، a) -> π:

    • باستخدام مفتاح الإثبات pk والمدخلات (x, a)، حيث x عبارة عن مدخل عام وa شاهد، تقوم خوارزمية الإثبات بإخراج دليل غير تفاعلي π. يؤكد هذا الدليل على وجود شاهد بحيث أن C(x,a) = 0.

  3. تحقق (vk، x، π) -> {0,1}:

    • تستخدم خوارزمية التحقق مفتاح التحقق vk، والمدخل العام x، والدليل π لتحديد ما إذا كان x بالفعل عضوًا في اللغة المحددة بواسطة C. وتخرج 1 إذا كان الدليل صالحًا، وإلا 0.

التمثيل الرياضي

ضع في اعتبارك مجالًا محدودًا F ودائرة حسابية C محددة على F. بالنسبة للمدخل x ∈ F^n والشاهد ∈ F^h، فإن الدائرة C(x, a) تخرج قيمًا في F. الهدف هو إثبات ذلك بالنسبة لـ x معين، يوجد شاهد بحيث يكون C(x, a) = 0.

تشبيه

يمكن تشبيه براهين المعرفة الصفرية بالعرض السحري حيث تستخدم أليس (المُثبِّت) سلسلة من الحيل الذكية (الحسابات الرياضية) لإظهار أدلة (الدليل) لبوب (المتحقق) التي تقنعه بأن السر موجود بالفعل داخل صندوق . يقتنع بوب دون أن يرى السر نفسه. تستخدم أليس "مفتاحًا سحريًا" خاصًا (مفتاح التحقق العام vk)، والذي يمكن لأي شخص استخدامه للتحقق من الأدلة. يمكن تكرار هذا "العرض السحري" في مواقع مختلفة وأمام جماهير مختلفة.

أساسيات التشفير الأخرى في مانتا

نظام الالتزام غير التفاعلي (COMM)

ويضمن نظام الالتزام غير التفاعلي اتساق المعلومات. بالنظر إلى رسالة m وبذرة عشوائية r، يمكن التحقق من الالتزام c := COMMIT_r(m) من خلال الكشف عن r وm. هذا المخطط ملزم، مما يعني أنه لا يمكن تغيير الرسالة الملتزم بها بمجرد الالتزام.

الدوال العشوائية الزائفة (PRF)

تولد PRFs مخرجات تبدو عشوائية من المدخلات الثابتة. يمكن استخدامها لإنشاء العناوين والقيم nonce والمفاتيح العامة. في تطبيقات التشفير، تميز التسميات المختلفة بين PRFs المختلفة حتى لو كانت تشترك في نفس الوظيفة الأساسية.

مدخرات التشفير

تسمح المجمعات بإثبات الكفاءة وعدم المعرفة بالعضوية في مجموعات البيانات الكبيرة. فهي تتيح تجميع العديد من نقاط البيانات في قيمة صغيرة ذات حجم ثابت، مما يسهل التحقق الفعال من إدراج البيانات دون توفير مجموعة البيانات بأكملها. وهذا مفيد بشكل خاص في blockchain لتحسين عمليات تخزين البيانات والتحقق منها.

نظام التشفير المتكامل ذو المنحنى الإهليلجي (ECIES)

يسمح ECIES، المستند إلى منحنى إهليلجي لتبادل مفاتيح Diffie-Hellman، بتبادل آمن للمعلومات عبر قناة غير آمنة. يقوم المرسل بتشفير الرسالة باستخدام المفتاح العام للمستلم، ولا يستطيع فك تشفيرها إلا المستلم الذي يمتلك المفتاح الخاص المقابل. يُستخدم هذا النظام غالبًا مع تشفير الكتل مثل AES لتوفير حماية قوية للتشفير.

معاملات حلبة مانتا ZK

تتبع معاملات دائرة Manta ZK نموذج UTXO، حيث تستهلك المعاملات العملات القديمة من واحد أو أكثر من المدخلات وتولد عملات معدنية جديدة. تقوم عمليات التعدين بإنشاء UTXOs جديدة، بينما تستهلك عمليات المعاملات UTXOs الموجودة. تتضمن العملية:

  1. الإعداد: تهيئة النظام باستخدام معلمات نظام NIZK.

  2. GenMint: إنشاء معاملة سك العملة، واختيار UTXO كمدخل، وتحديد قيم جديدة للعملات المعدنية، وإنشاء إثبات.

  3. Mint: تقوم الشبكة بالتحقق من UTXO الجديد وتسجيله بعد التحقق الناجح من الإثبات.

  4. GenTransfer: إنشاء معاملة تحويل، وتحديد حالة دفتر الأستاذ الحالي، والعملات المعدنية المطلوب نقلها، والمفتاح العام للمستلم، وإنشاء إثبات.

  5. النقل: يقوم المدقق بتنفيذ معاملة النقل، وتحديث حالة دفتر الأستاذ عند التحقق الناجح من الإثبات.

  6. GenReclaim: إنشاء معاملة استرداد لاسترداد الأرصدة غير المستخدمة من UTXOs.

  7. الاسترداد: يقوم المدقق بتنفيذ معاملة الاسترداد، وتحديث حالة دفتر الأستاذ عند التحقق الناجح من الإثبات.

إطار إثبات الأمان

بناء محاكاة

لتوضيح خاصية المعرفة الصفرية لمخطط zkSNARK، تم إنشاء جهاز محاكاة لإنشاء وجهة نظر لا يمكن تمييزها عن وجهة نظر الخصم الحقيقي (Real Adv). وقد تم إثبات ذلك من خلال إظهار أنه في ظل مخطط الالتزام وافتراضات PRF، من غير الممكن التمييز بين وجهة النظر الناتجة عن المحاكاة وبين وجهة نظر الخصم الحقيقي.

حجة الهجين

يتم إنشاء سلسلة من طرق العرض المتوسطة عن طريق استبدال عناصر عرض الإعلان الحقيقي تدريجيًا حتى الوصول إلى عرض الإعلان المثالي. تعتمد الحجة على فرضية مفادها أن الخصم القادر على التمييز بين وجهتي نظر وسيطتين متتاليتين يمكنه أيضًا التمييز بين وجهة نظر العرض الحقيقية الأولية وعرض الحالة المثالي النهائي. ويظهر الدليل أن ميزة الخصم في التمييز بين وجهات النظر هذه محدودة بحدود متعددة، مما يؤكد أمان مخطط zkSNARK.

خاتمة

تتضمن الأدلة الأمنية لهذه الأنظمة عادةً إنشاء تجربتين: واحدة للتشغيل الفعلي للبروتوكول (الحقيقي) والأخرى للتشغيل المثالي للبروتوكول (المثالي)، حيث يحاكي جهاز المحاكاة سلوك الخصم الحقيقي. إذا كان لا يمكن تمييز مخرجات هذه التجارب، يعتبر البروتوكول آمنًا. يعد نموذج الأمان المثالي/الحقيقي مفهومًا شائعًا في إثباتات المعرفة الصفرية، مما يضمن إمكانية اقتناع المدقق (أو النظام) بصدق بعض البيانات مع الحفاظ على الأمان ضد المهاجمين المحتملين.

يسلط هذا الاستكشاف التفصيلي الضوء على المبادئ الرياضية الصارمة وآليات التشفير التي تقوم عليها دائرة ZK الخاصة بـ Manta، مع التركيز على نهجها المبتكر وضماناتها الأمنية.