ما هو ZK Rollup؟ كل ما تحتاج إلى معرفته

تخيل الجيل التالي من الإنترنت الآمن حيث تكون معلوماتك الشخصية محمية منذ لحظة تسجيل الدخول. في هذا الإنترنت الجديد، تبقى بياناتك على جهازك وتحت سيطرتك الكاملة، مما يزيل خطر وخوف السرقة أو الاحتيال. نحن نعتقد أن البنية التحتية المستقبلية للإنترنت التي تعطي الأولوية للأمان والخصوصية قد تصل في وقت أقرب مما هو متوقع.

صُممت البنية التحتية للإنترنت اليوم لاستخراج البيانات من كل تفاعل وتخزينها في مخزن مركزي للبيانات. ومن ثم تستخدم الشركات هذه البيانات لتحليل سلوك المستخدم على الإنترنت واستهداف الإعلانات لتحقيق الربح، دون أن يعود ذلك بالنفع على المستخدم. بالطبع، مشاركة البيانات ضرورية أيضًا لوظائف العديد من تطبيقات الإنترنت. من محركات البحث إلى منصات التواصل الاجتماعي إلى مواقع التجارة الإلكترونية، تتيح مشاركة البيانات مجموعة واسعة من الأنشطة عبر الإنترنت التي نعتمد عليها في حياتنا اليومية.

ومع ذلك، يرغب العديد من مستخدمي الإنترنت بشكل متزايد في الحصول على إنترنت خاص. ويتطلب ذلك بنية تحتية جديدة لا يشارك فيها المستخدمون بياناتهم تلقائياً مع التطبيقات، ولكن لا يزال بإمكانهم الاستفادة من التطبيقات التي تعتمد على الشبكة عبر الإنترنت.

يمكن تحقيق ذلك من خلال إجراء عمليات حسابية من جانب العميل ثم إثباتها لكيان أو كمبيوتر مركزي. تُعد بروتوكولات إثباتات المعرفة الصفرية (ZKPs) والبروتوكولات مرشحة لتشكيل الطبقة التأسيسية لهذه البنية التحتية الجديدة للإنترنت، حيث تكون الخصوصية هي الإعداد الافتراضي.

هذا ليس مجرد خيال مستقبلي؛ فالإمكانات الهائلة في هذا المجال تتراكم بالفعل. وقد قام قسم أبحاث العملات الرقمية الذي تم إنشاؤه حديثًا في Steel DAO بتتبع هذا المجال وشهد تدفق أكثر من 725 مليون دولار إلى شركات “اللعب الخالص” المتخصصة في بناء حلول إثبات المعرفة الصفرية في عام 2022.

كانت أكبر جولات التمويل هي 200 مليون دولار لكل من Aleo وMatter Labs، تليها 100 مليون دولار لشركة Aztec. وتشمل الشركات الأخرى Scroll وRiscZero وElusiv وMina Protocol.

يأتي هذا البحث عن ZK من شركة الاستثمار الأمريكية الشهيرة Bessemer Venture Partners. سيشرح هذا المقال تقنيات ZKPs و zkEVMs بطريقة سهلة الفهم، مع التركيز على ثلاث فئات رئيسية للابتكار في هذا المجال: الخصوصية وقابلية التوسع والتطبيقات الجديدة، إلى جانب إمكاناتها والتحديات التي يجب التغلب عليها.

ما هو إثبات المعرفة الصفرية (ZKP)؟

برهان المعرفة الصفرية (ZKP) هو طريقة للتحقق من بيان أو عملية حسابية دون الكشف عن أي معلومات حول البيان نفسه.

على سبيل المثال، إذا أراد أحد المواقع الإلكترونية التي تبيع المشروبات الكحولية التحقق مما إذا كان عمر المستهلك أكبر من 21 عامًا، يمكن أن يجيب ZKP على السؤال ب “نعم” أو “لا” دون الكشف عن العمر الفعلي للمستهلك أو أي معلومات أخرى عن هويته.

عادةً ما تتضمن بروتوكولات ZKPs طرفين: المثبت والمحقق. المُثبت مسؤول عن إثبات البيان، والمحقق مسؤول عن التحقق منه.

يتم حل هذه البراهين من خلال معادلات رياضية تتطلب معادلات حسابية كبيرة، درسها في الأصل الباحثان في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا شافي غولدفاسر وسيلفيو ميكالي، إلى جانب تشارلز راكوف من جامعة تورنتو.

في حين أن هذه البراهين تقنية بطبيعتها، إلا أن حالات الاستخدام التي يمكنها حلها واسعة جدًا في الواقع.

على سبيل المثال، دعنا نفكر في التقدم بطلب للحصول على قرض. في واقعنا اليوم، يحتاج مقدمو الطلبات إلى الإفصاح عن إثبات الأموال والدرجات الائتمانية وغيرها من المعلومات ذات الصلة لإثبات أهليتهم للحصول على القرض. يحتاج مقدمو الطلبات إلى الثقة في أن البنك لن يسيء استخدام المعلومات الحساسة والشخصية.

ومع ذلك، مع ZKP، يمكن للأشخاص التقدم بطلب للحصول على قرض دون الكشف عن أي بيانات حساسة. هذا لديه القدرة على إحداث تغيير جذري في كيفية تعاملنا مع الخصوصية في العالمين الحقيقي والافتراضي، وتوسيع السلاسل الأساسية الحالية، وتطوير تطبيقات أخرى (متخصصة حاليًا) مثل الذكاء الاصطناعي اللامركزي.

نحن نعتقد أن اعتماد ZKP على نطاق واسع في السنوات القادمة سيتطلب العوامل الثلاثة التالية:

1. التحسين المستمر لآلات الإيثيريوم الافتراضية ذات المعرفة الصفرية (zkEVMs);
2. زيادة الوعي والطلب على خصوصية البيانات بين المستخدمين;
3. استمرار استخدام حلول التحجيم من الطبقة الثانية.

ما هو zkEVM؟ ما أهميتها؟

آلة zkEVM هي آلة افتراضية متوافقة مع آلة الإيثيريوم الافتراضية (EVM) التي يمكنها تشغيل حسابات ZKP. EVM هي بيئة وقت التشغيل للعقود الذكية المنشورة على الإيثيريوم. بعبارة أخرى، يمكن أن تتفاعل ZKPs الآن مع العقود الذكية على الإيثيريوم، مما يتيح تطوير مجموعة أوسع من حالات الاستخدام التي تحافظ على الخصوصية، بما في ذلك عمليات ZK-rollups.

تُعد عمليات التجميع حلاً للتوسع يعالج معاملات متعددة خارج السلسلة ثم يجمعها في معاملة واحدة على الإيثيريوم، مما يقلل من تكلفة ووقت معالجة المعاملات. قبل ذلك، لم تكن ZKPs قبل ذلك متوافقة مع العقود الذكية على الإيثيريوم وكان يجب تطويرها لتطبيقات محددة (على سبيل المثال، المدفوعات وتبادل الرموز). في هذه المقالة، سوف نستكشف تطبيق ZKP في الخصوصية وقابلية التوسع بمزيد من التفصيل.

الخصوصية

تتمثل إحدى الخصائص الرياضية المهمة لإثباتات المعرفة الصفرية (ZKPs) في أنها تسمح للمحقق بالتحقق من صحة بيان ما بطريقة المعرفة الصفرية. تتطلب تطبيقات اليوم نقل البيانات من الأجهزة المحلية إلى خوادم مركزية لحسابها.

على الرغم من أن ZKPs شائعة حاليًا في المقام الأول في مجتمع العملات الرقمية، إلا أن تطبيقاتها تمتد إلى ما هو أبعد من مجال البلوك تشين. في الواقع، دخلت شركات التكنولوجيا الكبرى في هذا المجال، حيث حصلت على عدد كبير من براءات الاختراع المتعلقة ب ZKP.

في الفترة من 2010 إلى 2021، أصدرت علي بابا 1111 براءة اختراع ZKP، تليها شركة Tencent (382 براءة اختراع) وشركة IBM (225 براءة اختراع). تركز علي بابا وتينسنت، على وجه الخصوص، على حالات استخدام ZKP في الخدمات المالية، حيث يمكن أن تصبح البنية التحتية الأساسية للعديد من العمليات المصرفية، بما في ذلك التحقق من هوية العملاء، ومعالجة القروض، وفتح حسابات الاستثمار.

نحن نعتقد أن الابتكارات والتحولات في أدوات ZKP والبنية التحتية ستؤثر على كيفية تفاعلنا مع التطبيقات التي لها سير عمل افتراضي وواقعي على حد سواء بثلاث طرق رئيسية:

1) تسجيل الدخول إلى الحساب

اليوم، تتحقق جميع التطبيقات من هويات المستخدمين من خلال تخزين كلمات المرور. على الرغم من أن بروتوكول كلمة المرور الآمنة عن بُعد (SRPP) مع ZKPs موجود منذ بعض الوقت، إلا أنه لم تستفد أي شركة ناشئة حتى الآن من هذه التقنية لمنافسة Okta.

ويرجع السبب في ذلك إلى أن تطبيقات الويب مكتوبة بلغة JavaScript، كما أن تنفيذ SRPP في تطبيقات الويب يمثل تحديًا بسبب عدم نضج أدوات المطورين.

نحن نعتقد أنه باستخدام إثباتات المعرفة الصفرية، يمكن إعادة تصميم عملية المصادقة للتطبيقات المستخدمة على نطاق واسع، مما يسمح للمستخدمين بإثبات امتلاكهم لكلمة مرور حساباتهم دون الكشف عنها للتطبيق.

2) المدفوعات

تقوم مواقع التجارة الإلكترونية اليوم بتجميع الكثير من البيانات المالية للمستخدمين، والتي يمكن استخدامها بطرق ليست دائمًا في صالح العميل.

على الرغم من أن هذه قد تبدو مشكلة ثانوية، إلا أننا نعتقد أن هناك مجالاً لتطوير واجهات برمجة تطبيقات موحدة للدفع تسهل عمليات الدفع دون الكشف عن بيانات المستخدم، بطريقة لا تعرفها بالكامل. وهذا مشابه لحلول توسيع نطاق الطبقة الثانية التي تعتمد على الخصوصية أولاً مثل Aztec، ولكن لمدفوعات الإنترنت العادية.

3) التحقق من الهوية عبر الإنترنت (الافتراضي) والعالم الحقيقي

في جميع التفاعلات عبر الإنترنت والعالم الحقيقي تقريبًا، يحتاج المستخدمون إلى التحقق من هويتهم. على سبيل المثال، عند التقدم بطلب للحصول على تأشيرة دخول، يحتاج الأفراد إلى تقديم كشوف حسابات مصرفية وجوازات سفر وبيانات حساسة أخرى إلى طرف ثالث.

مع إثباتات المعرفة الصفرية، لن ينتج عن تقديم طلب الحصول على التأشيرة سوى إجابة بـ “نعم” أو “لا”، مع الإشارة إلى ما إذا كانت المستندات اللازمة موجودة دون الكشف عن المستندات الفعلية.

وبالمثل، عند شراء عملة رقمية عبر الإنترنت، نحتاج إلى إرسال “جواز سفرنا” ووثائق حساسة أخرى إلى طرف ثالث للتحقق من “اعرف عميلك” / مكافحة غسل الأموال.

تستخدم شركات مثل Notebook Labs إثباتات المعرفة الصفرية لمنع الجهات الفاعلة السيئة المشبوهة من التفاعل مع بروتوكولات DeFi. تُصدر هذه الشركة رموزًا تم التحقق منها بواسطة ZKP للمستخدمين المتوافقين، مما يسمح للبروتوكولات الأخرى بمعرفة أن هؤلاء المستخدمين متوافقين دون الاطلاع على مستنداتهم.

نتوقع أن نرى حالات استخدام لإثباتات المعرفة الصفرية خارج نطاق البلوك تشين، على الرغم من أن وجود البلوك تشين هو الذي يمكّنها بشكل فريد من التوسع.

بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن سلاسل البلوك تشين مصممة لتكون مجهولة الهوية، إلا أنها لا توفر حماية للخصوصية، حيث تكون جميع المعاملات شفافة تمامًا. لذا، نعتقد أن سلاسل البلوك تشين التي تركز على الخصوصية مثل Aleo ضرورية لمعالجة هذه المشكلة.

بالإضافة إلى سعي المستخدمين المستمر لتحقيق الخصوصية من قبل المستخدمين، يجب أيضًا معالجة مشكلة قابلية التوسع. فالطبقة الأولى مثل الإيثيريوم تواجه “ثلاثية” قابلية التوسع، حيث يجب المفاضلة بين قابلية التوسع والأمان واللامركزية.

على سبيل المثال، إذا كانت الإيثيريوم تهدف إلى أن تكون آمنة ولامركزية قدر الإمكان، فقد تضحي بقابلية التوسع، مما قد يؤدي إلى معاملات أبطأ ورسوم أعلى مع نمو استخدام الإيثيريوم. لذلك، يمكن أيضًا استخدام إثباتات المعرفة الصفرية لتحسين قابلية التوسع.

قابلية توسيع نطاق ZK Rollup

يمكن تحقيق قابلية التوسع لسلاسل الكتل مثل الإيثيريوم بطريقتين: زيادة سعة المعاملات للكتل، وهو ما ينطوي على مخاطر مثل جعل التحقق من الصحة أكثر صعوبة؛ أو التفاعل مع سلسلة الكتل بطرق مختلفة، مثل معالجة المعاملات على دفعات وإرسالها كمعاملة واحدة إلى الشبكة الرئيسية.

يُطلق على شبكات الطبقة العليا للإيثيريوم التي تطبق هذا النهج اسم حلول التوسع L2. فهي تسمح للمطورين ببناء تطبيقات موجودة داخل نظام إيثريوم البيئي، والاستفادة من أمانها ولامركزيتها وتأثيرات الشبكة، مع زيادة إنتاجية المعاملات وتقليل تكاليف المعاملات.

تأتي هذه الحلول، المعروفة باسم Rollup، في شكلين: الرولب المتفائل والرولب المعرفة الصفرية (ZK). تعتمد الترحيلات المتفائلة على “إثباتات الاحتيال”، مما يعني أن معاملات الدُفعات تعتبر صالحة خلال فترة تحدي مدتها 7 أيام، يمكن لأي شخص خلالها الطعن في صحة المعاملات الأساسية.

من ناحية أخرى، لا تفترض ZK Rollups أن المعاملات صالحة بشكل افتراضي ولكنها تعتمد بدلاً من ذلك على “براهين الصلاحية”، والتي تتحقق من صحة المعاملات الأساسية. فهي تعتمد على خاصيتها الرياضية المسماة “الصحة”.

السلامة هي الضمانة الرياضية التي تضمن أنه إذا كان البيان كاذبًا، فلن يتمكن أي مدقق غشاش من إقناع مدقق نزيه بأنه صحيح، إلا باحتمال ضئيل. يتم ضمان ذلك من خلال افتراضات التشفير المدروسة جيدًا والحسابات التي يمكن التحقق منها، مما يجعل من الصعب على المدقق التلاعب بالنظام بشكل خبيث، مثل تغيير المدخلات.

يمكن لـ ZK Rollups معالجة المعاملات بشكل أسرع ولا تتطلب فترة تحدي مدتها 7 أيام مثل عمليات Rollups المتفائلة. لذلك، لن يضطر المستخدمون إلى الانتظار طويلاً حتى يتم سحب الأموال من الطبقة 2.

التحديات والفرص

لا تزال براهين المعرفة الصفرية، بما في ذلك zkEVMs، في مراحلها الأولى وتواجه تحديات تطويرية وفرصاً كبيرة. فالعديد من شبكات ZK Rollup لم تطبق حتى الآن شبكات zkEVMs الأصلية، ولم تصل zkEVMs بعد إلى جمهور واسع من المطورين لبناء التطبيقات.

نعتقد أن هناك عاملين سيكونان حاسمين في حل هذه المشكلة:

1. اعتماد حلول الطبقة الثانية ودمجها مع البنية التحتية الحالية و
2. تطوير واجهات أكثر سهولة في الاستخدام.

لا يمكن إنكار أن ابتكارات ZK Rollup و zkEVM تتقدم بسرعة، ولم تدمج العديد من الشبكات هذه الأدوات في حزم التطوير الخاصة بها حتى الآن.

على سبيل المثال، على الرغم من أن Loopring و ImmutableX يقدمان ZK Rollups، إلا أن أياً منهما لم يدمج حل zkEVM. ويرجع ذلك جزئيًا إلى تعقيد براهين ZK Rollup، والتكرار السريع لأدوات zkEVM، وعدم وجود بيئة تطوير zkEVM ناضجة.

ومع ذلك فإن مختبرات ماتر لابس‘ zkSync هو أحد أشهر حلول التحجيم L2 الأكثر شيوعًا، ويدعم zkEVM ويتلقى تمويلًا كبيرًا لمزيد من التطوير. نحن نعتقد أن zkSync وغيرها تخطو خطوات واسعة نحو بناء zkEVM، في حين أن مؤسسة Ethereum والفريق الذي يقف وراء Arbitrum (حل Optimistic Rollup للتوسع) يتجهون إلى تنفيذ zkEVM في حلول L2 الخاصة بهم.

تواجه zkEVM أيضًا تحديات في تحسين قابليتها للتركيب والتدقيق في النظام البيئي الأوسع للشبكة. لا تزال zkEVMs في المراحل الأولى من معالجة قابلية التركيب، والتي تشير إلى سهولة الجمع بين التطبيقات المختلفة لإنشاء تطبيقات أكثر تعقيدًا داخل نفس النظام البيئي.

لا تزال أدوات zkEVM غير ناضجة، مما يشكل تحديًا كبيرًا للمطورين الذين يتطلعون إلى إنشاء أنواع جديدة من تطبيقات zk. بالإضافة إلى ذلك، تُعد قابلية التدقيق في zkEVM أمرًا بالغ الأهمية للعديد من الصناعات، خاصةً في مجال المؤسسات.

ومع ذلك، فإن تحقيق قابلية التدقيق في zkEVM هي عملية معقدة تنطوي على التحقق الرسمي من العقود الذكية، مما يجعلها أكثر صعوبة من التدقيق التقليدي في آلية إدارة المخاطر الإلكترونية. نحن نعتقد أن تحسين قابلية تركيب zkEVM وقابلية التدقيق سيكون أمرًا بالغ الأهمية لتبني حلول ZkK Rollup على نطاق أوسع.

وبالإضافة إلى تحديات تطوير zkEVM، تواجه تطبيقات ZKEVM فرصة أوسع لإنشاء تطبيقات جديدة تمتد عبر سلاسل الكتل والأنظمة البيئية المختلفة.

تستثمر zkSync وغيرها مثل Celestia وStarkNet في إنشاء تطبيقات zkEVM وZK التي يمكن أن تتفاعل عبر سلاسل بلوك تشين متعددة، وهو تطور يُعرف باسم التواصل عبر السلاسل.

يمكن لهذه القدرة أن تمكّن تطبيقات ZK من الجمع بين نقاط القوة في سلاسل الكتل المختلفة لإنشاء أشكال جديدة من التطبيقات، بما في ذلك DeFi عبر السلاسل والشبكات الاجتماعية عبر السلاسل.

خريطة سوق ZKP

الأفكار النهائية

لا يزال مجال ZK في مراحله الأولى، ولكنه يتطور بسرعة وسيكون له تأثير واسع على مجموعة متنوعة من الصناعات. نحن نعتقد أن ZKPs و zkEVMs ستلعب دورًا مهمًا في التطوير المستقبلي للبنية التحتية والتطبيقات التي تركز على الخصوصية وكذلك في توسيع قابلية التوسع ووظائف شبكات البلوك تشين.

على الرغم من أن تقنية إثباتات المعرفة الصفرية لا تزال جديدة نسبيًا، إلا أن إمكانات الابتكار والتحول هائلة، ونتوقع أن نشهد نموًا مستمرًا واعتمادًا في السنوات القادمة. نظرًا لأن المزيد من الشركات والمطورين والمستخدمين يدركون قيمة إثباتات المعرفة الصفرية، فإننا نعتقد أن التكنولوجيا ستصبح جزءًا لا يتجزأ من عالمنا الرقمي، مما يؤدي إلى إنشاء إنترنت أكثر أمانًا وخصوصية وقابلية للتطوير.