Perkenalan

Manta Pacific, Layer 2 modular Ethereum yang dirancang untuk aplikasi ZK, telah mengumpulkan lebih dari $60 juta pendanaan dari institusi terkemuka seperti Polychain, Binance Labs, CoinFund, dan SevenX Ventures. Manta Pacific mengintegrasikan sirkuit ZK ke dalam arsitektur Layer 2, menawarkan desain yang sangat modular dan beberapa modul fungsi ZK untuk DApps. Pengembang dapat dengan mudah menjalankan fungsionalitas ZK hanya dengan beberapa baris kode menggunakan SDK dan API.

Pendekatan Manta memungkinkan realisasi fungsionalitas ZK secara lengkap dalam lingkungan Layer 2, memungkinkan integrasi kebenaran ZK dan kompresi transaksi ke dalam aplikasi yang sudah ada atau penerapan aplikasi baru yang disesuaikan dengan fitur ZK. Ini merupakan kemampuan unik Manta Pacific.

Bukti Tanpa Pengetahuan (ZKPs) adalah konsep serbaguna yang dapat diterapkan pada masalah NP apa pun. Perkembangan teoretis dan penerapan praktisnya telah menjadi fokus utama dalam penelitian kriptografi. Primitif kriptografi utama yang digunakan oleh Manta adalah jenis khusus dari bukti tanpa pengetahuan non-interaktif, yang dikenal sebagai Argumen Pengetahuan Non-Interaktif Ringkas Pengetahuan Nol (zkSNARK). Sistem ini memungkinkan verifikasi hasil komputasi yang kompleks tanpa perlu mengulangi seluruh komputasi.

Kerangka zkSNARK

Ringkasan

ZkSNARK terdiri dari tiga algoritma waktu polinomial: KeyGen, Prove, dan Verify. Algoritme ini memfasilitasi pembuatan, pembuktian, dan verifikasi bukti tanpa pengetahuan melalui rangkaian aritmatika.

  1. KeyGen(1^λ, C) -> (pk, vk):

    • Mengingat parameter keamanan λ (misalnya, 128 bit) dan rangkaian aritmatika C, algoritma KeyGen menghasilkan kunci pembuktian pk dan kunci verifikasi vk. Kunci ini bersifat publik dan dapat digunakan berulang kali untuk membuktikan dan memverifikasi keanggotaan dalam bahasa yang ditentukan oleh sirkuit C.

  2. Buktikan(pk, x, a) -> π:

    • Menggunakan kunci pembuktian pk dan masukan (x, a), di mana x adalah masukan publik dan a adalah saksi, algoritma Buktikan mengeluarkan bukti non-interaktif π. Pembuktian ini menyatakan adanya saksi a sehingga C(x, a) = 0.

  3. Verifikasi(vk, x, π) -> {0,1}:

    • Algoritme Verifikasi menggunakan kunci verifikasi vk, masukan publik x, dan bukti π untuk menentukan apakah x memang merupakan anggota bahasa yang ditentukan oleh C. Ini menghasilkan 1 jika buktinya valid, jika tidak maka 0.

Representasi Matematika

Pertimbangkan medan berhingga F dan rangkaian aritmatika C yang didefinisikan pada F. Untuk masukan x ∈ F^n dan saksi a ∈ F^h, rangkaian C(x, a) menghasilkan nilai dalam F. Tujuannya adalah untuk membuktikan bahwa untuk x tertentu, terdapat saksi a sehingga C(x, a) = 0.

Analogi

Pembuktian tanpa pengetahuan dapat diibaratkan seperti pertunjukan sulap di mana Alice (pepatah) menggunakan serangkaian trik cerdik (perhitungan matematis) untuk menunjukkan kepada Bob (penguji) petunjuk (pembuktian) yang meyakinkannya bahwa suatu rahasia memang ada di dalam kotak. . Bob yakin tanpa melihat rahasianya sendiri. Alice menggunakan "kunci ajaib" khusus (kunci verifikasi publik vk), yang dapat digunakan siapa pun untuk memverifikasi petunjuk. "Pertunjukan sulap" ini dapat diulangi di lokasi berbeda dan di hadapan penonton berbeda.

Primitif Kriptografi Lainnya di Manta

Skema Komitmen Non-Interaktif (COMM)

Skema komitmen non-interaktif memastikan konsistensi informasi. Diberikan pesan m dan benih acak r, komitmen c := COMMIT_r(m) dapat diverifikasi dengan mengungkapkan r dan m. Skema ini bersifat mengikat, artinya pesan yang telah dilakukan tidak dapat diubah setelah komitmen dibuat.

Fungsi Pseudorandom (PRF)

PRF menghasilkan keluaran yang muncul secara acak dari masukan tetap. Mereka dapat digunakan untuk menghasilkan alamat, nilai nonce, dan kunci publik. Dalam aplikasi kriptografi, label yang berbeda membedakan PRF yang berbeda meskipun mereka memiliki fungsi inti yang sama.

Akumulator Kriptografi

Akumulator memungkinkan bukti keanggotaan yang efisien dan tanpa pengetahuan untuk kumpulan data besar. Mereka memungkinkan agregasi sejumlah titik data menjadi nilai kecil dengan ukuran tetap, memfasilitasi verifikasi penyertaan data yang efisien tanpa menyediakan seluruh kumpulan data. Hal ini sangat berguna dalam blockchain untuk meningkatkan penyimpanan data dan proses verifikasi.

Skema Enkripsi Terintegrasi Kurva Elips (ECIES)

ECIES, berdasarkan kurva elips pertukaran kunci Diffie-Hellman, memungkinkan pertukaran informasi yang aman melalui saluran yang tidak aman. Pengirim mengenkripsi pesan menggunakan kunci publik penerima, dan hanya penerima, yang memiliki kunci pribadi yang sesuai, yang dapat mendekripsinya. Skema ini sering digunakan dengan cipher blok seperti AES untuk perlindungan enkripsi yang kuat.

Transaksi Sirkuit Manta ZK

Transaksi sirkuit Manta ZK mengikuti model UTXO, di mana transaksi menggunakan koin lama dari satu atau lebih input dan menghasilkan koin baru. Operasi pencetakan membuat UTXO baru, sementara operasi transaksi menggunakan UTXO yang sudah ada. Prosesnya melibatkan:

  1. Setup: Menginisialisasi sistem dengan parameter sistem NIZK.

  2. GenMint: Menghasilkan transaksi pencetakan, memilih UTXO sebagai masukan, menentukan nilai koin baru, dan menghasilkan bukti.

  3. Mint: Jaringan memverifikasi dan mencatat UTXO baru setelah verifikasi bukti berhasil.

  4. GenTransfer: Menghasilkan transaksi transfer, menentukan status buku besar saat ini, koin yang akan ditransfer, dan kunci publik penerima, dan menghasilkan bukti.

  5. Transfer: Verifikator mengeksekusi transaksi transfer, memperbarui status buku besar setelah verifikasi bukti berhasil.

  6. GenReclaim: Menghasilkan transaksi reclaim untuk memulihkan saldo yang tidak terpakai dari UTXO.

  7. Klaim Kembali: Verifikator mengeksekusi transaksi klaim kembali, memperbarui status buku besar setelah verifikasi bukti berhasil.

Kerangka Bukti Keamanan

Konstruksi Simulator

Untuk mendemonstrasikan properti tanpa pengetahuan dari skema zkSNARK, sebuah simulator dibangun untuk menghasilkan pandangan yang tidak dapat dibedakan dari pandangan musuh nyata (Real adv). Hal ini dibuktikan dengan menunjukkan bahwa berdasarkan skema komitmen dan asumsi PRF, tidak mungkin membedakan pandangan yang dihasilkan oleh simulator dengan pandangan musuh yang sebenarnya.

Argumen Hibrida

Serangkaian tampilan perantara dibangun dengan secara bertahap mengganti elemen tampilan Real adv hingga mencapai tampilan Ideal adv. Argumennya bergantung pada premis bahwa musuh yang mampu membedakan dua pandangan perantara yang berurutan juga dapat membedakan antara pandangan Real adv awal dan pandangan Ideal adv akhir. Buktinya menunjukkan bahwa keuntungan musuh dalam membedakan pandangan-pandangan ini dibatasi secara polinomial, sehingga menegaskan keamanan skema zkSNARK.

Kesimpulan

Bukti keamanan untuk sistem ini biasanya melibatkan pembuatan dua eksperimen: satu untuk menjalankan protokol sebenarnya (Nyata) dan satu lagi untuk menjalankan protokol ideal (Ideal), di mana simulator meniru perilaku musuh sebenarnya. Jika keluaran percobaan ini tidak dapat dibedakan, maka protokol dianggap aman. Model keamanan Ideal/Nyata adalah konsep umum dalam pembuktian tanpa pengetahuan, yang memastikan bahwa verifikator (atau sistem) dapat diyakinkan akan kebenaran pernyataan tertentu sambil menjaga keamanan terhadap calon penyerang.

Eksplorasi mendetail ini menyoroti prinsip matematika dan mekanisme kriptografi yang mendasari sirkuit ZK Manta, menekankan pendekatan inovatif dan jaminan keamanannya.