Zusammenfassung

• Die aktuelle ZK-Landschaft kann grob anhand von zwei Hauptkriterien klassifiziert werden. Das erste Kriterium ist, ob es als Anwendung oder als Infrastruktur funktioniert, und das zweite ist, ob es die Privatsphäre priorisiert oder sich auf bessere Nützlichkeit und Skalierbarkeit konzentriert.
• Zu ihnen gehören ZK-Anwendungen (ZKApps) sind Anwendungen, die Zero-Knowledge-Proofs nutzen, um den Datenschutz und den Nutzen zu verbessern. ZKApps können unserem Leben zugute kommen, insbesondere in Bereichen wie Anmeldeinformationen, Zahlungen und sogar biomedizinischer Technik.
• Investitionstrends und On-Chain-Daten deuten auf eine wachsende Anerkennung der wachsenden Nachfrage nach der Nutzung von Zero-Knowledge-Proofs (ZKP) hin, was darauf hindeutet, dass die Einzelhandelsseite begonnen hat, relevante Anwendungen zu nutzen.
• ZKApps sind dank technischer Fortschritte bei kryptographischen Nachweissystemen und dezentralen Nachweisinfrastrukturen praktischer und realisierbarer geworden. Diese Entwicklungen haben die Barrieren für die Generierung und Überprüfung von ZKP gesenkt und ermöglichen es so, dass mehr Menschen ZKApps nutzen können.

1. Einführung

Warum sollten wir jetzt auf ZKApps achten?

Der Hype um die Zero-Knowledge (ZK) Technologie in der Blockchain- und Web3-Branche dauert seit mehreren Jahren an und hält bis zur zweiten Hälfte des Jahres 2024 an. Wie Vitalik Buterin...angegeben, “Während weitere Infrastrukturentwicklung und Beweisoptimierung erforderlich sein werden, wird ZK innerhalb von 10 Jahren zweifellos als das klare Endspiel betrachtet”, ZK wird zweifellos von Brancheninsidern als vielversprechende Technologie zur Lösung des Blockchain-Trilemmas angesehen, das das Gleichgewicht von Sicherheit, Skalierbarkeit und Dezentralisierung ohne Aufgabe eines dieser Elemente umfasst.

Auf dieser Welle der Hype reiten viele Investoren, unabhängig von ihrer technischen Expertise, haben wahrscheinlich von Begriffen wie SNARKs, STARKs und KZG gehört, die technologisch komplexe Felder sind und insbesondere innerhalb der Ethereum-Community erforscht und entwickelt werden. Aus der Sicht des Verbrauchers stellt sich jedoch unausweichlich eine grundlegende Frage: „Ich verstehe, dass ZK eine beeindruckende Technologie ist, aber wann können wir tatsächlich ein cooles Produkt nutzen, das sie nutzt? Und ist die Technologie reif genug, um bestehende nicht-Web3-Lösungen zu ersetzen?“.

Noch vor ein paar Jahren wäre die Antwort auf diese Frage gewesen: „Noch nicht, und wir wissen es nicht“. Wie Vitalik erwähnte, fehlten die Infrastruktur und die kryptographischen Nachweistechnologien, die für den praktischen Betrieb von ZK-basierten Anwendungen (ZKApps) auf der Clientseite erforderlich sind, was die Entwicklung herausfordernd machte. Allerdings wurden bis 2024 signifikante technologische Fortschritte erzielt, die das Potenzial für eine Kommerzialisierung von ZKApps schaffen. Daher müssen wir uns nun darauf konzentrieren, die Bereiche zu identifizieren, in denen die ZK-Technologie wirklich benötigt wird, und darüber nachzudenken, wie wir sie nutzen können, um die Lebensqualität praktisch zu verbessern. Aus Sicht eines Investors können auch die Kategorien von ZKApps, die in Zukunft weit verbreitet sein werden, vielversprechende neue Möglichkeiten bieten.

In dieser gemeinsamen ZK-Studie von Presto Research und Ocular VC bieten wir einen Überblick und einen Ausblick auf die ZKApp-Branche, wobei wir die Marketing-Trendanalyse und die Erkenntnisse aus der Spitzentechnologie beider Forschungsgruppen nutzen. In Abschnitt 2 behandeln wir zunächst die aktuelle ZK-Adoptionslandschaft und heben die ZK-Infrastrukturen und ZKApps hervor, die Aufmerksamkeit erregen. In Abschnitt 3 wird insbesondere auf die Entwicklungsgeschichte von ZKApps eingegangen und deren Notwendigkeit und praktische Vorteile erörtert. In Abschnitt 4 untersuchen wir die Investitionstrends und die On-Chain-Datenanalyse in der ZK-Branche bis 2024 und erläutern, warum ZKApps als nächster großer Trend gelten. Schließlich werden wir in Abschnitt 5 die laufenden F&E-Bemühungen und technischen Errungenschaften in den Infrastrukturen diskutieren, um ZKApps praktisch und zu einem Mainstream-Trend zu machen.

2. Aktuelle ZK-Adoptionslandschaft

Die aktuelle ZK-Adoptionslandschaft kann unter vielen verschiedenen Kriterien kategorisiert werden, aber wir ordnen sie hier grob auf der Grundlage folgender Kriterien ein: ob der Dienst als Infrastruktur oder als Anwendung fungiert und ob er die Privatsphäre priorisiert, indem er die Zero-Knowledge-Eigenschaft nutzt, oder den Nutzen priorisiert, indem er die Kürze-Eigenschaft nutzt.

Abbildung 1: Aktuelle ZK-Adoptionslandschaft

Quelle: Ocular VC

2.1. ZK Infrastruktur

Typ 1: Datenschutzorientierte Infrastruktur

Dienste in dieser Kategorie zielen in erster Linie darauf ab, Datenschutzprobleme in ZK-Systemen anzugehen, da viele ZKP-Anbieter möglicherweise immer noch die Fähigkeit haben, Transaktionen zu inspizieren, was ein Risiko für die Offenlegung sensibler Daten darstellt. Mit anderen Worten, Datenschutzlecks treten häufig während des Prozesses auf, in dem Kunden ihre Transaktionen an einen ZKP-Anbieter übermitteln, um einen ZK-Beweis zu erstellen. Diese Datenschutzinfrastruktur kann also sowohl über die Beweisschicht (weitere Erläuterungen in Abschnitt 5.2) als auch über das Virtual-Machine-(VM)-Komponent angeboten werden, um den Zugriff zu kontrollieren und die Ende-zu-Ende-Datenschutz sicherzustellen. Repräsentative Beispiele sind Ingonyama, Konzise, und Espresso.

Typ 2: Auf nützlichkeit fokussierte Infrastruktur

Die ZK-Technologie ist nicht nur nützlich, um die Privatsphäre zu schützen, sondern auch um den Nutzen von ZKApps zu verbessern. Ein gutes Beispiel dafür, wie man den Nutzen von ZK optimal nutzen kann, ist ZK L2 (d.h. ZK-Rollups). Es ist mittlerweile bekannt, dass unter den laufenden ZK L2s nur sehr wenige tatsächlich eine end-to-end Transaktionsprivatsphäre garantieren. Dennoch gibt es ZK L2-Ketten wie Taiko, zkSync, Intmax, und ZekoHebeln Sie die Kürze der ZK-Technologie aus, um die Skalierbarkeit der Blockchain erheblich zu verbessern, indem Sie die Gültigkeit von Tausenden von Transaktionen in einem einzigen ZK-Beweis konsolidieren und ihn an L1 senden. Ein weiterer nutzenorientierter Anwendungsfall ist die Prover-Schicht. Prover-Schichten sind Entitäten, die Rechenleistung bereitstellen, um Individuen mit schwachen Geräten bei der Teilnahme am ZKP-Generierungs- und Verifizierungsprozess zu unterstützen. Dienste wie RiscZero, Cysic, Irreduzibel, und Ausgerichtete Ebeneoperieren derzeit in diesem Bereich.

2.2. ZK-Anwendungen

Typ 3: Datenschutzorientierte Anwendungen

Datenschutzorientierte Anwendungen sind oft der Anwendungsfall, der uns als erstes in den Sinn kommt, wenn wir an „ZK-Anwendungen“ denken. Dienste in dieser Kategorie sind hauptsächlich Anwendungen, die die Eigenschaft des Zero-Knowledge (ZK) nutzen und Datenschutz vor anderen Eigenschaften priorisieren. Diese Eigenschaft wird in Bereichen weit verbreitet eingesetzt, die sensible personenbezogene Informationen wie KYC, Verifizierung und Berechtigungen behandeln, um die Privatsphäre der Kunden zu schützen. Zu den bemerkenswerten laufenden Projekten gehören zkPass, Lumina, 0xKYC, und zkMe. Diese Landschaft erweitert sich auch auf Bereiche wie sichere Geldbörsen und E-Mails, mit Beispielen wie ZKSafeundzkEmail.

Typ 4: Anwendungen mit Fokus auf Dienstprogramme

Nutzungsorientierte Anwendungen werden in erster Linie auf ZK L2s betrieben. Derzeit dominieren DeFi-bezogene Anwendungen wie DEXs und Kreditplattformen diesen Bereich. Obwohl ZK L2s keine Privatsphäre garantieren, nutzen diese Anwendungen die Nützlichkeit von ZK L2s, um eine schnelle und kostengünstige Transaktionsabwicklung anzubieten, was im DeFi-Sektor entscheidend ist. Beachtenswerte Anwendungen, die derzeit in Betrieb sind, umfassen zkFinance, ZKX, zkEra Finanzen, zkLend, und eZKalibur.

3. ZKApps: Ursprung und Entwicklung

3.1. Die Wege zur modernen ZK-Landschaft

Zero-Knowledge Proofs (ZKPs) haben sich als transformative Technologie innerhalb der Blockchain-Industrie erwiesen und bieten revolutionäre Fortschritte in Bezug auf Privatsphäre und Skalierbarkeit. Ursprünglich aus kryptografischer Forschung stammend, haben sich ZKPs von theoretischen Konzepten zu praktischen ZK-Anwendungen (ZKApps) entwickelt und damit maßgeblich die Landschaft des dezentralen Finanzwesens (DeFi), der Cybersicherheit und darüber hinaus geprägt.

Die Genesis von ZKPs

Das Konzept der ZKPs wurde erstmals 1985 von Shafi Goldwasser, Silvio Micali und Charles Rackoff vorgestellt. Anfangs war es ein theoretischer Durchbruch in der Kryptographie, der die Fähigkeit demonstrierte, den Besitz bestimmter Kenntnisse nachzuweisen, ohne diese Kenntnisse selbst preiszugeben. ZKPs sind besonders nützlich in Authentifizierungssystemen, bei denen Passwörter eine Rolle spielen, da sie eine Überprüfung ohne Offenlegung ermöglichen. Insbesondere haben Web-Infrastrukturunternehmen wie Cloudflare ZKP-Mechanismen für die sichere Web-Verifizierung unter Verwendung von Hardware von Drittanbietern übernommen.

Übergang zur Blockchain-Technologie

Die Integration von ZKPs in die Blockchain-Technologie markierte einen Wendepunkt in ihrer Entwicklung. Einer der frühen Anwender war Zcash, das das ZK-Konzept in sein Zahlungssystem einführte, um die Privatsphäre von Transaktionen von Ende zu Ende zu gewährleisten. ZKPs ermöglichen die Überprüfung von Transaktionen (d.h. der Absender verfügt über ausreichend Münzen und es wird nicht doppelt ausgegeben), ohne den Absender, den Empfänger oder den Transaktionsbetrag preiszugeben. Dieses Anwendungsbeispiel verdeutlicht das Potenzial zur direkten Integration von ZKPs in Blockchain-Plattformen und bietet eine faszinierende Anwendung.

Die Erweiterung der ZKP-Integration gewinnt an Schwung mit der ersten Bereitstellung auf Ethereum L2-Lösungen wie zkSync und Starknet. Diese Plattformen nutzen ZKPs als Skalierungslösungen, um die niedrigen TPS-Raten zu bewältigen, die ein häufiges Nadelöhr in Blockchain-Systemen darstellen. Die erfolgreiche Implementierung von ZKPs in diesen Kontexten hat weiteres Interesse an der Entwicklung von praktischeren Anwendungen geweckt, die die vorhandene Infrastruktur nutzen und sowohl die Privatsphäre als auch die Effizienz verbessern.

Da sich die Infrastruktur in den letzten Jahren konsolidiert und gereift hat, beginnen die Menschen, sich ZKApps anzusehen. In dem folgenden Abschnitt sprechen wir über die Einzelheiten und Vorteile von ZKApps.

3.2. Definition und Vorteile von ZKApps

Wie in Abschnitt 2 kurz eingeführt, definieren wir ZKApps als eine Anwendung, die ZKPs und ZK-Infrastrukturen nutzt, um Transaktionen zu generieren, die hauptsächlich darauf abzielen, 1) die Privatsphäre der Benutzer zu schützen und/oder 2) die Effizienz zu steigern.

Mit Fokus auf den Datenschutzaspekt präsentieren Anwendungen, die ihre Transaktionsdaten (d.h. KYC-Verfahren, Gentests und vertrauliche persönliche Daten) nicht auf öffentlichen Chains speichern möchten, überzeugende Anwendungsfälle. Durch die Nutzung von ZKPs können diese Daten sicher in lokalen Datenbanken gespeichert werden, ohne der Öffentlichkeit preisgegeben zu werden, können aber global überprüft werden (z.B. Nachweis, dass Alices Blutgruppe B ist, Nachweis, dass Bob älter als 20 Jahre ist). Dieser Ansatz ist besonders vorteilhaft für datenschutzsensible Anwendungen, bei denen auch Rechenschaftspflicht und Transparenz erforderlich sind. Projekte, die an diesem Thema arbeiten, sind zkPass, nuAuth, und BioSnark.

Bhutan, ein kleines asiatisches Land zwischen Indien und China, ist ein Beispiel. Das Land ist unter Verwendung von ZKPslandesweit in den letzten Jahren ihre digitale Identitätsinfrastruktur aufgebaut. Dieser Ansatz erleichtert es der Regierung, Daten zu verwalten, während sichergestellt wird, dass sie grenzüberschreitend verifiziert werden kann, ohne im Widerspruch zu den Datenschutzbestimmungen anderer Länder zu stehen.

Interessanterweise könnte diese Verwendung von ZKPs auch in Kreditsystemen und Identitätsprüfmechanismen implementiert werden, um die internationale Zusammenarbeit und das Vertrauen in gemeinsam genutzte digitale Dienste zu erleichtern. Zum Beispiel könnten USDT-Kredite ZKPs verwenden, um Off-Chain-Kredite zu schützen und zu verifizieren. Dieser Ansatz könnte die Ausgabe von unbesicherten Krediten auf der Chain unter Verwendung von Stablecoins weiter erleichtern. Solche Anwendungen von ZKPs könnten die Bewertung von Krediten und die Ausgabe von Krediten revolutionieren, die Sicherheit und das Vertrauen stärken und den Zugang zu Finanzdienstleistungen erweitern.

Es gibt immer noch einige unerforschte Bereiche, wie zum Beispiel GambleFi, wo dieser Ansatz besonders vorteilhaft sein könnte. ZKPs ermöglichen faires und manipulationssicheres Glücksspiel, indem sie kryptografisch Ergebnisse und Handlungen verifizieren, ohne die zugrunde liegenden Daten offenzulegen. Ein Beispiel dafür könnte die Schaffung von Wett-Pools sein, bei denen die Beiträge und Gewinne der Benutzer anonym bleiben, aber die Gesamtgröße und Verteilung des Pools überprüfbar sind. Diese Vorteile können hoffentlich mehr Benutzer für GambleFi gewinnen, indem sie Vertrauen schaffen und ein privateres und skalierbareres Spielerlebnis bieten.

Die Verwendung von ZKP ist natürlich nicht auf diese Beispiele beschränkt. Neben den genannten Anwendungsfällen kann ZKP auch in sozialen Medien eingeführt werden, um die Anonymität von Inhaltserstellern zu schützen, und Top-Gamer, die ihre Speedrun-Strategien nicht teilen möchten, können ebenfalls die Einführung dieser Technologie begrüßen. In laufenden Forschungen wird erkundet, wie ZKP im Vergleich zu bestehenden Methoden in verschiedenen Bereichen unseres täglichen Lebens fortschrittlichere Dienste anbieten kann, und weitere Anwendungsfälle werden in Zukunft entdeckt werden.

4. Eine Analyse: Warum ZKApps der nächste Trend sind

In diesem Abschnitt bieten wir eine datengesteuerte Analyse, warum der Haupttrend in der ZK-Branche sich von der Infrastruktur hin zu Anwendungen verschiebt. In Abschnitt 4.1 untersuchen wir, warum ZKApps der nächste vielversprechende Trend sind, basierend auf den Investitionstrends von 2024. Und in Abschnitt 4.2 untersuchen wir, wie die Nachfrage der Kunden nach tatsächlichen ZKApps gestiegen ist, unter Verwendung von On-Chain-Daten als Beweis.

4.1. Investment Trends

Bei der Untersuchung der Investitionshistorie in der ZK-Branche wird deutlich, dass die meisten bedeutenden Investitionen in ZK-Infrastrukturen (d.h. ZK L1/L2s, Hardwarebeschleunigung) geflossen sind, darunter Projekte wie zkSync, Starknet, Aleo und Cysics. Kumulative Investitionen in diesen Markt haben 1 Milliarde US-Dollar überschritten, und viele Projekte bereiten sich darauf vor, in den kommenden Quartalen Produkte auf den Markt zu bringen. Dieser Trend setzt sich auch 2024 fort, wie die robuste Performance der fünf besten ZK-bezogenen Fundraising-Deals (Abbildung 2) zeigt, von denen vier Investitionen von über 15 Millionen US-Dollar erhalten haben. Bemerkenswert ist, dass vier der fünf besten Deals mit Prover-Layern zusammenhängen, während einer mit L2-Lösungen zusammenhängt.

Warum erhält die Prover-Schicht so viel Aufmerksamkeit? Wie in Abschnitt 3 erläutert, ist die Prover-Schicht eine entscheidende Komponente, die das wachsende Interesse an ZKPs unterstützt, indem sie es Personen mit schwachen Geräten ermöglicht, am Generierungs- und Verifizierungsprozess von ZKPs teilzunehmen. Die gestiegene Nachfrage nach Prover-Schichten weist auf einen signifikanten Anstieg der Nachfrage nach ZKPs hin und legt nahe, dass mehr Menschen Transaktionen über ZK L1/L2s generieren möchten.

Abbildung 2: 2024 ZK-Investitionstrends

Quelle: Cointelegraph, The Block, Ocular VC

Es gibt zwei mögliche Interpretationen für die gestiegene Nachfrage nach Transaktionen auf ZK L1/L2-Ketten. Die erste ist, dass die Nachfrage nach ZKApps gewachsen ist, was zu mehr Transaktionen auf der Basis-ZK-Kette führt. Die zweite ist, dass das Volumen der Überweisungen auf ZK-Ketten aufgrund der Hauptnetzstarts von ZK L1/L2 in den letzten zwei Jahren deutlich gestiegen ist, was zu einer Zunahme der Anzahl von Transaktionen führt. Unabhängig davon, welche Interpretation zutrifft, bleibt der Ausblick für ZKApps positiv. Im ersten Fall signalisiert dies, dass mehr Menschen ZKApps nutzen möchten. Im letzteren Fall zeigt es, dass mit zunehmender Nutzung der Basis-ZK-Kette und der Reifung von Ökosystem und Infrastruktur eine Umgebung geschaffen wird, die die Entwicklung von ZKApps fördert.

4.2. On-chain Datenanalyse

Jetzt bestätigen wir direkt die gestiegene Nachfrage nach ZKApps durch eine On-Chain-Datenanalyse. Man kann beobachten, dass die in den letzten 1,5 Jahren im ZKP-Verifizierungsprozess verwendeten Gebühren angewachsen sind. überschritten $198 Millionen, was auf eine signifikante Nachfragesteigerung bei ZKPs im Vergleich zu den Vorjahren hinweist. Noch wichtiger ist, dass der größte Teil des Anstiegs auf die wachsende Nachfrage nach ZKApps zurückzuführen ist. Bei der Aufschlüsselung der Verwendung von ZKP-Verifizierungsgebühren in Infrastruktur und ZKApps stellten wir fest, dass der Anteil von ZKApps, der in der Vergangenheit bei 40% lag, im Jahr 2024 auf 70-80% gestiegen ist. Diese Daten belegen, dass der jüngste Anstieg der Nachfrage nach ZKPs hauptsächlich von ZKApps verursacht wurde.

Abbildung 3: Dynamik der ZKP-Verifikationsgebühren

Quelle: dune.xyz@nebra, okuläres VC

5. Technische Fortschritte machen ZKApps praktisch

Bisher haben wir untersucht, was ZKApps sind, die wichtigsten Anwendungsfälle identifiziert, auf die man achten sollte, und diskutiert, warum sich der Haupttrend in der ZK-Branche von Infrastrukturen zu Anwendungen zu verlagern scheint. Die Rentabilität dieser ZKApps hängt natürlich von technologischen Fortschritten ab, die sie praktisch und machbar machen. Zuvor haben wir festgestellt, dass die ZK-Infrastruktur ausreichend ausgereift ist und ZKApps, die diese Technologie angemessen nutzen, in den kommenden Jahren in der Blockchain/Web3-Branche zum Mainstream werden werden. Welche spezifischen Fortschritte haben dies möglich gemacht, und was wird noch kommen?

5.1. ZK-Prüfsysteme

Das erste, worüber wir diskutieren möchten, ist der Fortschritt bei ZK-Beweissystemen. Angesichts der Komplexität ist es für Personen ohne technischen Hintergrund oft undurchsichtig, welche Prozesse welche Arten von kryptografischen Technologien verwenden und wie ihre Verbesserungen das ZK-Beweissystem verbessert haben. In diesem Abschnitt möchten wir daher bemerkenswerte Fortschritte bei ZK-Beweissystemen hervorheben und leicht verständliche Metaphern verwenden. Kurz gesagt haben diese Fortschritte zwei Hauptvorteile gebracht: 'Eine Erhöhung der unterstützten Funktionalitäten' und 'Optimierung des Berechnungsprozesses'.

*Für Leser, die die vollständigen Details zum Lebenszyklus des ZK-Beweissystems und den Fortschritten in jedem einzelnen Prozess überprüfen möchten, siehe bitte den Anhang.

Unterstützung weiterer Funktionalitäten: Domain-spezifische Sprachen (DSLs)

Domänenspezifische Sprachen (DSLs) in ZK-Beweissystemen sind spezialisierte Programmiersprachen, die für bestimmte Aufgaben im ZK-Ökosystem konzipiert sind. Diese Sprachen bereichern die Erstellung von ZKPs, indem sie maßgeschneiderte Syntax und Funktionalitäten bereitstellen, die für ZK-Operationen optimiert sind. DSLs wie Leo, Zinc, Cairo, Noir und ZoKrates werden derzeit erforscht und entwickelt, um weitere Funktionalitäten wie mutable Variablen, if-Statements und Arrays zu unterstützen.

Dies ist analog zu einer Situation, in der Bob Alice beweisen muss, dass er mit einem legitimen Rezept einen Kuchen gemacht hat, ohne es preiszugeben. Das Erste, was Bob tun muss, ist sein Rezept zu machen. Das Rezept sollte alle Schritte und Zutaten auf hohem Niveau enthalten, die benötigt werden, um den Kuchen herzustellen (z. B. einen Teig aus Zutaten herstellen und diesen dann backen). Es wäre großartig, wenn Bob in seinem Rezept trendige Zutaten und Kochfertigkeiten verwenden könnte (Abbildung 4)!

Abbildung 4: DSLs unterstützen mehr Funktionalität für ZKPs

Quelle: DALL E, Presto-Forschung

Optimierung des Berechnungsprozesses: Arithmetisierung, Beweissystem (IOP+FCS)

Nachdem ein Programm mit DSL geschrieben wurde, durchläuft es Prozesse wie Arithmetisierung und Beweissystem (bestehend aus interaktiver Oracle-Beweisführung (IOP) und funktionalem Verpflichtungsschema (FCS)), um in ZKPs umgewandelt zu werden. Die häufigste Herausforderung bei diesen Prozessen besteht darin, den Rechenaufwand zu minimieren, um die Erstellung und Überprüfung von ZKPs für mehr Menschen zugänglich zu machen.

Unter den Bemühungen, den Rechenaufwand zu reduzieren, ist die Reduzierung der Feldgröße in den Proof-Systemen am intuitivsten verständlich. Hier bezieht sich die Feldgröße auf die Größe des mathematischen Feldes, das im ZKP-Generierungsprozess verwendet wird. In einfachen Worten repräsentiert es die Gesamtanzahl der möglichen Werte, die zur Erstellung geheimer Codes verwendet werden können; größere Feldgrößen machen es schwieriger, den Code zu erraten, dauern jedoch länger, um generiert zu werden. Berühmte kryptographische Beweissysteme wie Groth16, Plonk und Halo2, von denen auch Personen, die mit ZKPs nicht vertraut sind, möglicherweise gehört haben, verwenden eine Feldgröße von 256 Bits. Mit den Fortschritten in der Technologie verwenden jedoch aktuelle Beweissysteme wie Goldilocks und Plonky3 Feldgrößen von 31 bis 64 Bits, ohne die Sicherheit zu gefährden. Das modernste Beweissystem, Binius, hat die Rechengeschwindigkeit erheblich erhöht, indem es nur 1 Bit (Nullen und Einsen) als seine Feldgröße verwendet.

5.2. Dezentralisierte Beweisinfrastrukturen

Die zweite technologische Weiterentwicklung, über die zu sprechen ist, ist die Entwicklung dezentraler Beweisinfrastrukturen. Während die Fortschritte bei ZK-Beweissystemen den Beweisgenerierungs- und Verifizierungsprozess durch Verringerung der erforderlichen Rechenleistung optimiert und vereinfacht haben, ermöglichen dezentrale Beweisinfrastrukturen Einzelpersonen, intensive Rechenleistung zur Generierung von ZKPs auszulagern.

Derzeit gibt es zwei Hauptmethoden zur Implementierung einer dezentralen Nachweisinfrastruktur in der ZK-Branche. Die erste Methode besteht darin, dass eine ZK-basierte Kette ihre eigene interne Beweisschicht aufbaut, und die zweite besteht darin, eine ausgelagerte Beweisschicht zu betreiben, die ZKP-Generierungsanfragen von verschiedenen Ketten und Anwendungen verarbeiten kann.

Interne Prover-Schicht

Für die Inhouse-Prüfschichtmethode sind die ZKP-Generierungseinheiten (d. h. die Beweiser) Untergebene bestimmter Chains. Der größte Engpass einer Inhouse-Prüfschicht ist der Bootstrap-Prozess: Da es wirtschaftlich untragbar ist, dass sich Chain-Entwickler mit ZK-Beweisgeräten ausstatten, um eine nahtlose Beweisschicht für alle Netzwerkbenutzer bereitzustellen (dieser Ansatz wirkt sich auch negativ auf die Sicherheit und Lebendigkeit des Netzwerks aus), setzen sie in der Regel Protokolle ein, die Einzelpersonen oder Gruppen mit Rechenleistung anlocken, um an der Beweisschicht teilzunehmen, indem sie Belohnungen in Form von nativen Token anbieten.

Ein repräsentatives Beispiel für ein Projekt, das eine interne Prover-Schicht betreibt, ist Aleo, eine ZK-Layer-1-Blockchain. Ähnlich wie PoW in Bitcoin verlangt Aleo von den Prüfern, dass sie ZKPs generieren, die einen bestimmten Schwellenwert (d. h. "Proof Target") für jeden Block erreichen. Übersteigt die Summe der gesammelten Proofs das "Coinbase Target", wird die Coinbase-Belohnung (Aleo-Token) anteilig auf Basis ihrer Beiträge unter den Prüfern aufgeteilt. Dieses Proof-of-Mining-Protokoll kann Anreize für die Entwicklung schnellerer Software und Hardware für ZKPs schaffen und das Prover-Ökosystem aufgrund der weit verbreiteten Verteilung von Prover-Belohnungen dezentralisieren.

Outsourced Prover Layer

Auf der anderen Seite befinden sich ausgelagerte Beweiserschichten außerhalb der Blockchain; und stellen auf Anfrage von verschiedenen ZK-basierten Ketten und ZKApps Rechenleistung zur Verfügung. Man kann sich modulare Blockchains wie Celestia vorstellen, aber mit ZKP-Generierungsfunktion. Diese ausgelagerten Beweiserschichten werden normalerweise in Form eines "Beweisermarktes" betrieben: Hier reichen die Kunden ihre Transaktionen ein, die ZKP-Generierung erfordern, während die Beweiser bieten, ihre Beweisdienste anzubieten, einschließlich ihrer Kapazität und Kosten zur Generierung von ZKPs.

Beispiele für Projekte, die derzeit ausgelagerte Prover-Schichten betreiben, sind =nil und Gevulot. =nil führt für jeden Schaltkreis ein Orderbuch mit Kaufaufträgen von Benutzern und Verkaufsaufträgen von Provern. Die Preisermittlung für die Erzeugung eines Nachweises erfolgt über diesen Orderbuch-Mechanismus. Gevulot arbeitet nach dem PoS-Verfahren: Es erfordert von Provern, einen Einsatz zu hinterlegen und Nachweis-Arbeitslastaufgaben abzuschließen, um beizutreten. Neben dem Bietungssystem werden die Nachweisgenerierungsaufträge mithilfe einer überprüfbaren Zufallsfunktion (VRF) zufällig zugewiesen, um Fairness zu gewährleisten.

Dennoch haben auch ausgelagerte Beweisschichtverfahren ein Hauptproblem, nämlich die Schwierigkeit, die End-to-End-Privatsphäre zu wahren, da die in der Beweisanforderung enthaltenen Transaktionsdaten an Beweiser übermittelt werden, während sie unversiegelt sind. Um dieses Problem zu lösen, nutzen Projekte wie Marlin und zkPass Enklaven (eine sichere, isolierte Ausführungsumgebung, die die Datenintegrität schützt), um sicherzustellen, dass kein Datenschutzleck beim Generieren von ZKP auftritt.

Abbildung 5: Übersicht über dezentrale Prüfinfrastrukturen

Quelle: Presto Research

Schluss

Bisher haben wir die allgemeine Annahme der ZK-Branche, die Vorteile, die ZKApps uns bringen können, die Beweise dafür, warum der Haupttrend in der ZK-Branche von der Infrastruktur zu ZKApps wechselt, und die technologischen Fortschritte, die den Aufstieg von ZKApps unterstützen, untersucht. Die Entwicklung kryptografischer Nachweissysteme und dezentralisierter Nachweisinfrastrukturen hat den Weg für einen schnelleren und kostengünstigeren Einsatz von ZKApps geebnet und die Zero-Knowledge-Technologie näher an den Alltag gebracht.

Die Blockchain/Web3-Branche sieht sich oft mit Kritik konfrontiert, dass überhypte Technologien entwickelt werden, die mehr darauf abzielen, Investoren anzuziehen, ohne dabei die tatsächliche Marktnachfrage ausreichend zu berücksichtigen. Um diese Kritik zu überwinden, müssen Entwickler die Technologie auf eine Weise vorantreiben, die tatsächlich dazu beiträgt, unser Leben zu verbessern. Es ist jedoch ebenso wichtig für uns, die Benutzer, kontinuierlich zu prüfen, in welchen Bereichen diese Technologie effektiv eingesetzt werden kann. Wir hoffen, dass dieser Artikel den Lesern ein umfassendes Verständnis von ZKP und ZKApps vermittelt und mehr DYORs für diese Branche interessiert.

In der kommenden Presto Research & Ocular VC Collaboration-Serie werden wir eine Liste von innovativen ZK-bezogenen Projekten (d.h. Privacy Roll-ups, Client-seitiges Beweisen, Privatsphäre-Erhaltende Prover-Schichten) sowohl auf der Infrastruktur- als auch auf der Anwendungseite behandeln, die auf technologischen Fortschritten basieren, die wir in diesem Artikel erwähnt haben. Bleiben Sie dran!

Verzichtserklärung:

1. Dieser Artikel ist ein Nachdruck von [Focal Point - Ocular's Web3-Newsletter], Weiterleitung des Originaltitels 'ZKApps 101: Ein Überblick und Ausblick auf die ZKApps-Landschaft', Alle Urheberrechte liegen beim Originalautor [YIWEI]. Sollten Einwände gegen diesen Nachdruck bestehen, wenden Sie sich bitte an die Tor lernenTeam und sie werden es prompt bearbeiten.

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