Por que devemos prestar atenção em ZKApps agora?
O frenesi em torno da tecnologia de Zero-Conhecimento (ZK) na indústria de Blockchain e Web3 tem continuado há vários anos e persiste na segunda metade de 2024. Como Vitalik Buterin declarou, “Enquanto mais desenvolvimento de infraestrutura e otimização de provas serão necessários, ZK será o claro objetivo final dentro de 10 anos”, ZK é indiscutivelmente considerado por insiders da indústria como uma tecnologia promissora para resolver o trilema do blockchain, que envolve o equilíbrio entre Segurança, Escalabilidade e Descentralização sem sacrificar nenhum deles.
Montados nesta onda de hype, muitos investidores, independentemente de sua experiência técnica, provavelmente já ouviram falar de termos como SNARKs, STARKs e KZG, que são campos tecnologicamente complexos e estão sendo pesquisados e desenvolvidos especialmente dentro da comunidade Ethereum. No entanto, do ponto de vista do consumidor, uma pergunta fundamental inevitavelmente surge: 'Eu entendo que ZK é uma tecnologia impressionante, mas quando podemos realmente usar um produto legal que a aproveite? E a tecnologia é madura o suficiente para substituir as soluções existentes não-Web3?'.
Mesmo alguns anos atrás, a resposta a esta pergunta teria sido: "Ainda não, e não sabemos". Como Vitalik mencionou, a infraestrutura e as tecnologias de prova criptográfica necessárias para executar praticamente aplicações baseadas em ZK (ZKApps) no lado do cliente ainda estavam faltando, tornando seu desenvolvimento desafiador. No entanto, a partir de 2024, embora ainda haja muito espaço para melhoria, avanços tecnológicos significativos foram feitos, permitindo o potencial para a comercialização de ZKApps se enraizar. Portanto, agora precisamos mudar nosso foco para identificar os campos onde a tecnologia ZK é realmente necessária e contemplar como alavancá-la para melhorar praticamente a qualidade de nossas vidas. Do ponto de vista de um investidor, estudar as categorias de ZKApps que serão amplamente adotadas no futuro também pode apresentar novas oportunidades promissoras.
Nesta pesquisa conjunta da Presto Research e da Ocular VC, fornecemos uma visão geral e perspectivas da indústria ZKApp, aproveitando análises de tendências de marketing e insights de tecnologia de ponta de ambos os grupos de pesquisa. Na Seção 2, abordamos inicialmente o panorama atual da adoção de ZK e destacamos quais infraestruturas e ZKApps estão chamando a atenção. Entre eles, a Seção 3 foca no histórico de desenvolvimento dos ZKApps, discutindo sua necessidade e benefícios práticos. Na seguinte Seção 4, examinamos as tendências de investimento e análise de dados on-chain na indústria ZK até 2024, explicando por que os ZKApps estão prontos para se tornarem a próxima grande tendência. Por fim, na Seção 5, discutiremos os esforços contínuos de P&D e as conquistas técnicas até agora em infraestruturas para tornar os ZKApps práticos e uma tendência predominante.
A paisagem atual de adoção de ZK pode ser categorizada sob muitos critérios diferentes, mas aqui as agrupamos amplamente com base nos seguintes: se o serviço funciona como infraestrutura ou como aplicativo e se prioriza a privacidade alavancando a propriedade do conhecimento zero, ou prioriza a utilidade alavancando a propriedade de concisão.
Figura 1: Panorama atual da adoção de ZK
Fonte: Ocular VC
Tipo 1: Infraestrutura focada na privacidade
Serviços nesta categoria visam principalmente abordar questões de privacidade em sistemas ZK, já que muitos provedores de ZKP ainda podem ter a capacidade de inspecionar transações, representando um risco de exposição de dados sensíveis. Em outras palavras, vazamentos de privacidade frequentemente ocorrem durante o processo em que os clientes enviam suas transações a um provedor de ZKP para criar uma prova ZK. Assim, essa infraestrutura focada em privacidade pode ser oferecida tanto através da camada do provador (mais explicações na Seção 5.2) quanto do componente de máquina virtual (VM) para aprimorar o controle de acesso e garantir a privacidade de ponta a ponta dos dados. Exemplos representativos incluem Gate.io e outros.Ingonyama, Succinto, e Espresso.
Tipo 2: Infraestrutura focada em utilidade
A tecnologia ZK não é apenas útil para preservar a privacidade, mas também para aprimorar a utilidade dos ZKApps. Um dos melhores exemplos de alavancar a utilidade do ZK é ZK L2 (ou seja, ZK-rollups). Agora é um fato bem conhecido que, entre os ZK L2 em andamento, há muito poucas instâncias que realmente garantem privacidade de transação de ponta a ponta. No entanto, as cadeias ZK L2, como Taiko, zkSync, Intmax, e Zekoaproveitar a propriedade de concisão da tecnologia ZK para aumentar significativamente a escalabilidade da blockchain, consolidando a validade de milhares de transações em uma única prova ZK e enviando-a para L1. Outro caso de uso focado em utilidade é a camada de provador. As camadas de provador são entidades que fornecem poder computacional para ajudar indivíduos com dispositivos fracos a participar do processo de geração e verificação de ZKP. Serviços como RiscZero, Cysic, Irredutível, e Camada Alinhadaestão atualmente operando neste espaço.
Tipo 3: Aplicações focadas em privacidade
Aplicações focadas em privacidade são frequentemente o caso de uso que vem à mente quando pensamos em “Aplicações ZK”. Os serviços dessa categoria são principalmente aplicações que aproveitam a propriedade de conhecimento zero da tecnologia ZK e dão prioridade à privacidade em relação a outras propriedades. Essa propriedade é amplamente adotada em áreas que lidam com informações pessoais sensíveis, como KYC, verificação e credenciais, para proteger a privacidade dos clientes. Projetos em andamento importantes incluem zkPass, Lumina, 0xKYC, e zkMe. Esse cenário também está se expandindo para áreas como carteiras seguras e e-mails, com exemplos como ZKSafeezkEmail.
Tipo 4: Aplicações focadas em utilidade
Aplicações focadas em utilidade operam principalmente em cima de ZK L2s. Atualmente, aplicações relacionadas a DeFi, como DEXs e plataformas de empréstimo, dominam esse espaço. Embora ZK L2s não garantam privacidade, essas aplicações aproveitam a utilidade de ZK L2s para oferecer processamento de transações rápido e de baixo custo, o que é crucial no setor DeFi. Aplicações notáveis atualmente em operação incluem zkFinance, ZKX, zkEra Finance, zkLend, e eZKalibur.
As provas de conhecimento zero (ZKPs) surgiram como uma tecnologia transformadora dentro da indústria blockchain, oferecendo avanços revolucionários em privacidade e escalabilidade. Originárias da pesquisa criptográfica, as ZKPs evoluíram de conceitos teóricos para aplicações práticas de ZK (ZKApps), moldando significativamente o cenário das finanças descentralizadas (DeFi), segurança cibernética e além.
A Gênese das ZKPs
O conceito de ZKPs foi introduzido pela primeira vez em 1985 por Shafi Goldwasser, Silvio Micali e Charles Rackoff. Inicialmente, foi uma inovação teórica na criptografia, demonstrando a capacidade de provar a posse de determinado conhecimento sem revelar esse conhecimento em si. As ZKPs são particularmente úteis em sistemas de autenticação onde senhas estão envolvidas, pois permitem a verificação sem expô-las. Notavelmente, empresas de infraestrutura web como a Cloudflare adotaram mecanismos de ZKP para verificação web segura usando hardware fornecedor.
Transição para a Tecnologia Blockchain
A integração de ZKPs na tecnologia blockchain marcou um momento crucial em sua evolução. Um dos primeiros a adotar foi o Zcash, que introduziu o conceito de ZK em seu sistema de pagamento para garantir privacidade de transação de ponta a ponta. ZKPs permitem a verificação de transações (ou seja, o remetente tem a quantidade suficiente de moeda e não foi gasto duas vezes) sem revelar o remetente, o destinatário ou o valor da transação. Esse caso de uso destaca o potencial de integração de ZKPs diretamente em plataformas blockchain, apresentando uma aplicação intrigante.
A expansão da integração ZKP ganhou impulso com a implantação inicial em soluções Ethereum L2 como zkSync e Starknet. Essas plataformas utilizam ZKPs como soluções de escala para abordar as baixas taxas de TPS que são um gargalo comum nos sistemas blockchain. A implementação bem-sucedida de ZKPs nesses contextos estimulou um interesse maior no desenvolvimento de aplicações mais práticas que aproveitem a infraestrutura existente, melhorando tanto a privacidade quanto a eficiência.
À medida que a infraestrutura se consolidou e amadureceu nos últimos anos, as pessoas estão começando a olhar para os ZKApps. Falamos sobre os detalhes e benefícios dos ZKApps na seção seguinte.
Como brevemente introduzido na Seção 2, definimos ZKApps como uma aplicação que utiliza ZKPs e infraestruturas ZK para gerar transações que têm como objetivo principal 1) preservar a privacidade do usuário e/ou 2) aumentar a eficiência.
Focando no aspecto da privacidade, as aplicações que preferem não armazenar seus dados de transação (ou seja, procedimentos de KYC, testes genéticos e dados pessoais confidenciais) em blockchains públicas apresentam casos de uso convincentes. Aproveitando-se das Provas de Conhecimento Zero (ZKPs), esses dados podem ser armazenados com segurança em bancos de dados locais sem serem revelados ao público, mas podem ser verificados (por exemplo, provar que o tipo sanguíneo de Alice é B, provar que Bob tem mais de 20 anos) globalmente. Essa abordagem é particularmente vantajosa para aplicações sensíveis à privacidade onde também é necessária responsabilidade e transparência. Projetos que trabalham nesse tema incluem zkPass, nuAuth, e BioSnark.
Bhutan, um pequeno país asiático situado entre a Índia e a China, é um exemplo. O país tem sido utilizando ZKPsem todo o país para construir sua infraestrutura de identidade digital nos últimos anos. Essa abordagem facilita para o governo gerenciar dados, garantindo que eles possam ser verificados em todo o mundo sem entrar em conflito com as regulamentações de privacidade de dados de outros países.
Curiosamente, esse uso de ZKPs poderia ser implementado ainda mais nos sistemas de empréstimos de crédito e mecanismos de verificação de identidade, facilitando a cooperação internacional e a confiança em serviços digitais compartilhados. Por exemplo, empréstimos USDT poderiam utilizar ZKPs para proteger e verificar créditos off-chain. Essa abordagem poderia facilitar ainda mais a emissão de empréstimos sem garantia na cadeia usando stablecoins. Tais aplicações de ZKPs poderiam revolucionar a forma como o crédito é avaliado e os empréstimos são concedidos, aumentando a segurança e a confiança e expandindo o acesso a serviços financeiros.
Ainda existem alguns campos pouco explorados, como o GambleFi, onde essa abordagem pode ser particularmente benéfica. ZKPs permitem jogos justos e à prova de trapaça, verificando criptograficamente resultados e ações sem expor os dados subjacentes. Um exemplo pode ser a criação de pools de apostas onde as contribuições e ganhos dos usuários são mantidos anônimos, mas o tamanho total da pool e a distribuição são verificáveis. Esses benefícios podem, esperançosamente, atrair mais usuários para o GambleFi, fomentando confiança e oferecendo uma experiência de jogo mais privada e escalável.
O uso de ZKP não se limita a esses exemplos. Além dos casos de uso mencionados, ZKP pode ser introduzido nas mídias sociais para proteger a anonimidade dos criadores de conteúdo, e jogadores bem classificados que não desejam compartilhar suas estratégias de speedrun também podem receber bem a adoção dessa tecnologia. Como tal, a pesquisa em andamento explora como ZKP pode oferecer serviços mais avançados em vários campos de nossas vidas diárias em comparação com os métodos existentes, e mais casos de uso continuarão a ser descobertos no futuro.
Nesta seção, fornecemos uma análise baseada em dados de por que a tendência principal na indústria ZK está mudando de infraestrutura para aplicativos. Na Seção 4.1, exploramos por que ZKApps são a próxima tendência promissora, com base nas tendências de investimento de 2024. E na Seção 4.2, examinamos como a demanda dos clientes por ZKApps reais aumentou, usando dados on-chain como evidência.
Ao examinar o histórico de investimentos na indústria ZK, é evidente que a maioria dos investimentos substanciais foram direcionados às infraestruturas ZK (ou seja, ZK L1/L2s, aceleração de hardware), incluindo projetos como zkSync, Starknet, Aleo e Cysics. Os investimentos acumulados para este mercado ultrapassaram US$ 1 bilhão, com muitos projetos se preparando para lançar produtos nos próximos trimestres. Essa tendência continua em 2024, como evidenciado pelo desempenho robusto dos 5 principais acordos de captação relacionados a ZK (Figura 2), dos quais 4 receberam investimentos superiores a US$ 15 milhões. Notavelmente, 4 dos 5 principais acordos estavam relacionados a camadas de provadores, enquanto um estava relacionado a soluções L2.
Por que a camada de provador está recebendo tanta atenção? Como explicado na Seção 3, a camada de provador é um componente crítico que suporta a crescente demanda por ZKPs, permitindo que indivíduos com dispositivos fracos participem do processo de geração e verificação de ZKP. Essa demanda crescente por camadas de provador indica um aumento significativo na demanda por ZKPs, sugerindo que mais pessoas querem gerar transações usando ZK L1/L2s.
Figura 2: Tendências de Investimento ZK 2024
Fonte: Cointelegraph, The Block, Ocular VC
Existem duas possíveis interpretações para o aumento da demanda por transações em cadeias ZK L1/L2. A primeira é que a demanda por ZKApps cresceu, levando a mais transações sendo enviadas para a cadeia ZK base. A segunda é que o volume de transferências em cadeias ZK aumentou significativamente devido aos lançamentos da mainnet de ZK L1/L2 nos últimos dois anos, resultando em um aumento no número de transações. Independentemente de qual interpretação for verdadeira, a perspectiva para ZKApps permanece positiva. No primeiro caso, isso indica que mais pessoas querem usar ZKApps. No segundo caso, isso indica que à medida que mais pessoas usam a cadeia ZK base e o ecossistema e a infraestrutura amadurecem, um ambiente propício ao desenvolvimento de ZKApps está sendo estabelecido.
Agora, vamos confirmar diretamente a demanda aumentada por ZKApps por meio de uma análise de dados on-chain. Pode-se observar que as taxas acumuladas usadas no processo de verificação ZKP nos últimos 1,5 anos, têmultrapassou os $198 milhões, indicando um aumento significativo na demanda por ZKPs em comparação com os anos anteriores. Mais importante ainda, a maior parte do aumento veio da crescente demanda por ZKApps. Após desmembrar o uso das taxas de verificação ZKP em infraestrutura e ZKApps, descobrimos que a participação do ZKApps, que era de 40% no passado, subiu para 70-80% em 2024. Esses dados servem como evidência de que o recente aumento na demanda por ZKPs tem vindo principalmente de ZKApps.
Figura 3: Dinâmica das Taxas de Verificação de ZKPs
Fonte: dune.xyz@nebra, Ocular VC
Até agora, exploramos o que são os ZKApps, identificamos casos de uso importantes para prestar atenção e discutimos por que a principal tendência na indústria ZK parece estar mudando de infraestruturas para aplicações. A viabilidade desses ZKApps, é claro, depende de avanços tecnológicos que os tornem práticos e viáveis. Anteriormente, observamos que a infraestrutura ZK amadureceu o suficiente e ZKApps que alavancam adequadamente essa tecnologia se tornarão mainstream na indústria Blockchain/Web3 nos próximos anos. Então, quais avanços específicos tornaram isso possível e o que mais está por vir?
A primeira coisa a discutir é o progresso nos sistemas de prova ZK. Dada a complexidade envolvida, para aqueles sem formação técnica, muitas vezes é opaco quais processos utilizam quais tipos de tecnologias criptográficas e como suas melhorias aprimoraram o sistema de prova ZK. Assim, nesta seção, destacamos avanços notáveis nos sistemas de prova ZK juntamente com metáforas fáceis de entender. Em resumo, esses avanços trouxeram dois benefícios principais: "Aumento nas funcionalidades suportadas" e "Otimização do processo de computação".
*Para os leitores que desejam verificar todos os detalhes sobre o ciclo de vida do sistema de prova ZK e os avanços em cada processo específico, consulte o Apêndice.
Suportando mais funcionalidades: Linguagens Específicas de Domínio (DSLs)
As linguagens específicas de domínio (DSLs) em sistemas de prova ZK são linguagens de programação especializadas projetadas para lidar com tarefas específicas dentro do ecossistema ZK. Essas linguagens enriquecem a criação de ZKPs fornecendo sintaxe e funcionalidades personalizadas que são otimizadas para operações ZK. DSLs como Leo, Zinc, Cairo, Noir e ZoKrates estão atualmente sendo pesquisadas e desenvolvidas para suportar mais funcionalidades, como variáveis mutáveis, declarações if e matrizes.
Isso é análogo a uma situação em que Bob precisa provar a Alice que fez um bolo com uma receita legítima, sem revelá-la. A primeira coisa que Bob precisa fazer é fazer sua receita. A receita deve incluir todos os passos de alto nível e ingredientes necessários para fazer o bolo (por exemplo, fazer uma massa com ingredientes e depois assar). Será ótimo se Bob puder usar ingredientes e habilidades culinárias mais modernos em sua receita (Figura 4)!
Figura 4: DSLs suportam mais funcionalidades para ZKPs
Fonte: DALL E, Pesquisa Presto
Otimizando o processo de computação: Arithmetization, Sistema de Prova (IOP+FCS)
Depois de escrever um programa com DSL, ele passa por processos como Arithmetization and Proof System (consiste em Interactive Oracle Proof (IOP) e Functional Commitment Scheme (FCS)) para ser convertido em ZKPs. O desafio comum nesses processos é minimizar a sobrecarga computacional, a fim de tornar o processo de geração e verificação do ZKP acessível a mais pessoas.
Entre os esforços para reduzir a sobrecarga computacional, o mais intuitivamente compreensível é a redução do tamanho do campo nos Sistemas de Prova. Aqui, o tamanho do campo refere-se ao tamanho do campo matemático usado no processo de geração de ZKP. Em palavras simples, representa o número total de valores possíveis que podem ser usados para criar códigos secretos; tamanhos de campo maiores tornam mais difícil para alguém adivinhar o código, mas levam mais tempo para gerar. Sistemas de prova criptográfica famosos como Groth16, Plonk e Halo2, que até mesmo aqueles não familiarizados com ZKPs podem ter ouvido falar, usam um tamanho de campo de 256 bits. No entanto, com os avanços da tecnologia, sistemas de prova recentes como Goldilocks e Plonky3 usam tamanhos de campo de 31 a 64 bits sem sacrificar a segurança. O sistema de prova de última geração, Binius, aumentou significativamente a velocidade computacional usando apenas 1 bit (zeros e uns) como seu tamanho de campo.
O segundo avanço tecnológico a ser discutido é o desenvolvimento de infraestruturas de provas descentralizadas. Enquanto os avanços nos sistemas de prova ZK otimizaram e simplificaram o processo de geração e verificação de provas, reduzindo a quantidade de computação necessária, as infraestruturas de provas descentralizadas permitiram que indivíduos terceirizassem o poder computacional intenso para a geração de ZKPs.
Atualmente, existem dois métodos principais para implementar infraestrutura de prova descentralizada na indústria ZK. O primeiro método envolve uma cadeia baseada em ZK construindo sua própria camada comprovadora interna, e o segundo é operar uma camada comprovadora terceirizada que pode lidar com solicitações de geração de ZKP de várias cadeias e aplicativos.
Camada de Prover Interna
Para o método de camada de provador interno, as entidades de geração ZKP (ou seja, os provadores) são subordinadas a cadeias específicas. O maior gargalo de uma camada de provador interna é o processo de inicialização: Como é economicamente inviável para os desenvolvedores de cadeias equiparem-se com dispositivos de prova ZK para fornecer uma camada de provador contínua para todos os usuários da rede (esse método também afeta negativamente a segurança e a vivacidade da rede), geralmente eles implementam protocolos que atraem indivíduos ou grupos com poder computacional para participar da camada de provador oferecendo recompensas na forma de tokens nativos.
Um exemplo representativo de um projeto que opera uma camada de prova interna é a Aleo, uma blockchain ZK Layer 1. Semelhante ao PoW no Bitcoin, a Aleo exige que os provadores gerem ZKPs que atendam a um certo limite (ou seja, "Alvo de Prova") para cada bloco. Se a soma das provas acumuladas exceder o "Alvo da Coinbase", a recompensa da coinbase (token Aleo) é compartilhada entre os provadores de forma proporcional com base em suas contribuições. Esse protocolo de prova de mineração pode incentivar o desenvolvimento de software e hardware mais rápidos para ZKPs e descentralizar o ecossistema de provadores devido à distribuição generalizada das recompensas dos provadores.
Camada de verificador terceirizada
Por outro lado, as camadas de provador terceirizadas estão localizadas fora do blockchain; e fornecem poder computacional mediante solicitação de várias cadeias baseadas em ZK e ZKApps. Você pode pensar em blockchains modulares como Celestia, mas com função de geração de ZKP. Essas camadas de provador terceirizadas geralmente são operadas em forma de 'mercado de provador': onde os clientes enviam suas transações que exigem geração de ZKP, enquanto os provadores oferecem seus serviços de prova, incluindo sua capacidade e custo para gerar ZKPs.
Exemplos representativos de projetos que atualmente operam camadas de verificador terceirizadas incluem = nil e Gevulot. = nil mantém um livro de pedidos para cada circuito com ordens de compra de usuários e ordens de venda de verificadores. A descoberta de preço para gerar uma prova é gerenciada por meio desse mecanismo de livro de pedidos. Gevulot opera de maneira PoS: requer que os verificadores depositem uma participação e concluam tarefas de prova de carga de trabalho para participar. Além do sistema de lances, os trabalhos de geração de prova são alocados aleatoriamente usando uma função aleatória verificável (VRF) para garantir a justiça.
No entanto, o método da camada de provador terceirizado também tem uma grande preocupação, que é a dificuldade de preservar a privacidade de ponta a ponta, uma vez que os dados da transação incluídos no pedido de prova são submetidos aos provadores enquanto não selados. Para resolver este problema, projetos como Marlin e zkPass aproveitam enclaves (um ambiente de execução seguro e isolado que protege a integridade dos dados) para garantir que não haja vazamento de privacidade no processo de geração de ZKP.
Figura 5: Visão Geral das Infraestruturas de Prova Descentralizadas
Origem: Pesquisa Presto
Até agora, analisamos o panorama geral de adoção da indústria ZK, os benefícios que os ZKApps podem nos trazer, as evidências de que a principal tendência na indústria ZK está mudando da infraestrutura para os ZKApps e os avanços tecnológicos que apoiarão a ascensão dos ZKApps. O desenvolvimento de sistemas de prova criptográfica e infraestrutura de prova descentralizada abriu caminho para que os ZKApps sejam usados de forma mais rápida e acessível, aproximando a tecnologia de conhecimento zero da vida cotidiana.
A indústria Blockchain/Web3 frequentemente enfrenta críticas por desenvolver tecnologias superestimadas com o objetivo de atrair investidores, com pouca consideração dada à demanda real do mercado. Para superar essa crítica, os desenvolvedores devem avançar a tecnologia de maneiras que genuinamente melhorem nossas vidas; no entanto, é igualmente importante para nós, os usuários, avaliar continuamente em quais áreas essa tecnologia pode ser aplicada de forma eficaz. Esperamos que este artigo forneça aos leitores uma compreensão ampla de ZKP e ZKApps, e desperte mais pesquisas por conta própria nesta indústria.
Na próxima série de colaboração Presto Research & Ocular VC, vamos revisar uma lista de projetos ZK de ponta (ou seja, roll-ups de privacidade, comprovação do lado do cliente, camadas de provador de preservação de privacidade) tanto na infraestrutura quanto nos lados da aplicação, que estão prontos para serem lançados com base nos avanços tecnológicos mencionados neste artigo. Fique ligado!
Este artigo é reproduzido de [Ponto Focal - Boletim Web3 da Ocular], Encaminhe o Título Original 'ZKApps 101: Uma Visão Geral e Perspectivas da Paisagem ZKApps', Todos os direitos autorais pertencem ao autor original [GateYIWEI]. Se houver objeções a esta reprodução, por favor entre em contato com o Gate Learnequipe e eles lidarão com isso prontamente.
Responsabilidade de Isenção: As opiniões expressas neste artigo são exclusivamente as do autor e não constituem qualquer conselho de investimento.
As traduções do artigo para outros idiomas são feitas pela equipe Gate Learn. A menos que seja mencionado, copiar, distribuir ou plagiar os artigos traduzidos é proibido.
Por que devemos prestar atenção em ZKApps agora?
O frenesi em torno da tecnologia de Zero-Conhecimento (ZK) na indústria de Blockchain e Web3 tem continuado há vários anos e persiste na segunda metade de 2024. Como Vitalik Buterin declarou, “Enquanto mais desenvolvimento de infraestrutura e otimização de provas serão necessários, ZK será o claro objetivo final dentro de 10 anos”, ZK é indiscutivelmente considerado por insiders da indústria como uma tecnologia promissora para resolver o trilema do blockchain, que envolve o equilíbrio entre Segurança, Escalabilidade e Descentralização sem sacrificar nenhum deles.
Montados nesta onda de hype, muitos investidores, independentemente de sua experiência técnica, provavelmente já ouviram falar de termos como SNARKs, STARKs e KZG, que são campos tecnologicamente complexos e estão sendo pesquisados e desenvolvidos especialmente dentro da comunidade Ethereum. No entanto, do ponto de vista do consumidor, uma pergunta fundamental inevitavelmente surge: 'Eu entendo que ZK é uma tecnologia impressionante, mas quando podemos realmente usar um produto legal que a aproveite? E a tecnologia é madura o suficiente para substituir as soluções existentes não-Web3?'.
Mesmo alguns anos atrás, a resposta a esta pergunta teria sido: "Ainda não, e não sabemos". Como Vitalik mencionou, a infraestrutura e as tecnologias de prova criptográfica necessárias para executar praticamente aplicações baseadas em ZK (ZKApps) no lado do cliente ainda estavam faltando, tornando seu desenvolvimento desafiador. No entanto, a partir de 2024, embora ainda haja muito espaço para melhoria, avanços tecnológicos significativos foram feitos, permitindo o potencial para a comercialização de ZKApps se enraizar. Portanto, agora precisamos mudar nosso foco para identificar os campos onde a tecnologia ZK é realmente necessária e contemplar como alavancá-la para melhorar praticamente a qualidade de nossas vidas. Do ponto de vista de um investidor, estudar as categorias de ZKApps que serão amplamente adotadas no futuro também pode apresentar novas oportunidades promissoras.
Nesta pesquisa conjunta da Presto Research e da Ocular VC, fornecemos uma visão geral e perspectivas da indústria ZKApp, aproveitando análises de tendências de marketing e insights de tecnologia de ponta de ambos os grupos de pesquisa. Na Seção 2, abordamos inicialmente o panorama atual da adoção de ZK e destacamos quais infraestruturas e ZKApps estão chamando a atenção. Entre eles, a Seção 3 foca no histórico de desenvolvimento dos ZKApps, discutindo sua necessidade e benefícios práticos. Na seguinte Seção 4, examinamos as tendências de investimento e análise de dados on-chain na indústria ZK até 2024, explicando por que os ZKApps estão prontos para se tornarem a próxima grande tendência. Por fim, na Seção 5, discutiremos os esforços contínuos de P&D e as conquistas técnicas até agora em infraestruturas para tornar os ZKApps práticos e uma tendência predominante.
A paisagem atual de adoção de ZK pode ser categorizada sob muitos critérios diferentes, mas aqui as agrupamos amplamente com base nos seguintes: se o serviço funciona como infraestrutura ou como aplicativo e se prioriza a privacidade alavancando a propriedade do conhecimento zero, ou prioriza a utilidade alavancando a propriedade de concisão.
Figura 1: Panorama atual da adoção de ZK
Fonte: Ocular VC
Tipo 1: Infraestrutura focada na privacidade
Serviços nesta categoria visam principalmente abordar questões de privacidade em sistemas ZK, já que muitos provedores de ZKP ainda podem ter a capacidade de inspecionar transações, representando um risco de exposição de dados sensíveis. Em outras palavras, vazamentos de privacidade frequentemente ocorrem durante o processo em que os clientes enviam suas transações a um provedor de ZKP para criar uma prova ZK. Assim, essa infraestrutura focada em privacidade pode ser oferecida tanto através da camada do provador (mais explicações na Seção 5.2) quanto do componente de máquina virtual (VM) para aprimorar o controle de acesso e garantir a privacidade de ponta a ponta dos dados. Exemplos representativos incluem Gate.io e outros.Ingonyama, Succinto, e Espresso.
Tipo 2: Infraestrutura focada em utilidade
A tecnologia ZK não é apenas útil para preservar a privacidade, mas também para aprimorar a utilidade dos ZKApps. Um dos melhores exemplos de alavancar a utilidade do ZK é ZK L2 (ou seja, ZK-rollups). Agora é um fato bem conhecido que, entre os ZK L2 em andamento, há muito poucas instâncias que realmente garantem privacidade de transação de ponta a ponta. No entanto, as cadeias ZK L2, como Taiko, zkSync, Intmax, e Zekoaproveitar a propriedade de concisão da tecnologia ZK para aumentar significativamente a escalabilidade da blockchain, consolidando a validade de milhares de transações em uma única prova ZK e enviando-a para L1. Outro caso de uso focado em utilidade é a camada de provador. As camadas de provador são entidades que fornecem poder computacional para ajudar indivíduos com dispositivos fracos a participar do processo de geração e verificação de ZKP. Serviços como RiscZero, Cysic, Irredutível, e Camada Alinhadaestão atualmente operando neste espaço.
Tipo 3: Aplicações focadas em privacidade
Aplicações focadas em privacidade são frequentemente o caso de uso que vem à mente quando pensamos em “Aplicações ZK”. Os serviços dessa categoria são principalmente aplicações que aproveitam a propriedade de conhecimento zero da tecnologia ZK e dão prioridade à privacidade em relação a outras propriedades. Essa propriedade é amplamente adotada em áreas que lidam com informações pessoais sensíveis, como KYC, verificação e credenciais, para proteger a privacidade dos clientes. Projetos em andamento importantes incluem zkPass, Lumina, 0xKYC, e zkMe. Esse cenário também está se expandindo para áreas como carteiras seguras e e-mails, com exemplos como ZKSafeezkEmail.
Tipo 4: Aplicações focadas em utilidade
Aplicações focadas em utilidade operam principalmente em cima de ZK L2s. Atualmente, aplicações relacionadas a DeFi, como DEXs e plataformas de empréstimo, dominam esse espaço. Embora ZK L2s não garantam privacidade, essas aplicações aproveitam a utilidade de ZK L2s para oferecer processamento de transações rápido e de baixo custo, o que é crucial no setor DeFi. Aplicações notáveis atualmente em operação incluem zkFinance, ZKX, zkEra Finance, zkLend, e eZKalibur.
As provas de conhecimento zero (ZKPs) surgiram como uma tecnologia transformadora dentro da indústria blockchain, oferecendo avanços revolucionários em privacidade e escalabilidade. Originárias da pesquisa criptográfica, as ZKPs evoluíram de conceitos teóricos para aplicações práticas de ZK (ZKApps), moldando significativamente o cenário das finanças descentralizadas (DeFi), segurança cibernética e além.
A Gênese das ZKPs
O conceito de ZKPs foi introduzido pela primeira vez em 1985 por Shafi Goldwasser, Silvio Micali e Charles Rackoff. Inicialmente, foi uma inovação teórica na criptografia, demonstrando a capacidade de provar a posse de determinado conhecimento sem revelar esse conhecimento em si. As ZKPs são particularmente úteis em sistemas de autenticação onde senhas estão envolvidas, pois permitem a verificação sem expô-las. Notavelmente, empresas de infraestrutura web como a Cloudflare adotaram mecanismos de ZKP para verificação web segura usando hardware fornecedor.
Transição para a Tecnologia Blockchain
A integração de ZKPs na tecnologia blockchain marcou um momento crucial em sua evolução. Um dos primeiros a adotar foi o Zcash, que introduziu o conceito de ZK em seu sistema de pagamento para garantir privacidade de transação de ponta a ponta. ZKPs permitem a verificação de transações (ou seja, o remetente tem a quantidade suficiente de moeda e não foi gasto duas vezes) sem revelar o remetente, o destinatário ou o valor da transação. Esse caso de uso destaca o potencial de integração de ZKPs diretamente em plataformas blockchain, apresentando uma aplicação intrigante.
A expansão da integração ZKP ganhou impulso com a implantação inicial em soluções Ethereum L2 como zkSync e Starknet. Essas plataformas utilizam ZKPs como soluções de escala para abordar as baixas taxas de TPS que são um gargalo comum nos sistemas blockchain. A implementação bem-sucedida de ZKPs nesses contextos estimulou um interesse maior no desenvolvimento de aplicações mais práticas que aproveitem a infraestrutura existente, melhorando tanto a privacidade quanto a eficiência.
À medida que a infraestrutura se consolidou e amadureceu nos últimos anos, as pessoas estão começando a olhar para os ZKApps. Falamos sobre os detalhes e benefícios dos ZKApps na seção seguinte.
Como brevemente introduzido na Seção 2, definimos ZKApps como uma aplicação que utiliza ZKPs e infraestruturas ZK para gerar transações que têm como objetivo principal 1) preservar a privacidade do usuário e/ou 2) aumentar a eficiência.
Focando no aspecto da privacidade, as aplicações que preferem não armazenar seus dados de transação (ou seja, procedimentos de KYC, testes genéticos e dados pessoais confidenciais) em blockchains públicas apresentam casos de uso convincentes. Aproveitando-se das Provas de Conhecimento Zero (ZKPs), esses dados podem ser armazenados com segurança em bancos de dados locais sem serem revelados ao público, mas podem ser verificados (por exemplo, provar que o tipo sanguíneo de Alice é B, provar que Bob tem mais de 20 anos) globalmente. Essa abordagem é particularmente vantajosa para aplicações sensíveis à privacidade onde também é necessária responsabilidade e transparência. Projetos que trabalham nesse tema incluem zkPass, nuAuth, e BioSnark.
Bhutan, um pequeno país asiático situado entre a Índia e a China, é um exemplo. O país tem sido utilizando ZKPsem todo o país para construir sua infraestrutura de identidade digital nos últimos anos. Essa abordagem facilita para o governo gerenciar dados, garantindo que eles possam ser verificados em todo o mundo sem entrar em conflito com as regulamentações de privacidade de dados de outros países.
Curiosamente, esse uso de ZKPs poderia ser implementado ainda mais nos sistemas de empréstimos de crédito e mecanismos de verificação de identidade, facilitando a cooperação internacional e a confiança em serviços digitais compartilhados. Por exemplo, empréstimos USDT poderiam utilizar ZKPs para proteger e verificar créditos off-chain. Essa abordagem poderia facilitar ainda mais a emissão de empréstimos sem garantia na cadeia usando stablecoins. Tais aplicações de ZKPs poderiam revolucionar a forma como o crédito é avaliado e os empréstimos são concedidos, aumentando a segurança e a confiança e expandindo o acesso a serviços financeiros.
Ainda existem alguns campos pouco explorados, como o GambleFi, onde essa abordagem pode ser particularmente benéfica. ZKPs permitem jogos justos e à prova de trapaça, verificando criptograficamente resultados e ações sem expor os dados subjacentes. Um exemplo pode ser a criação de pools de apostas onde as contribuições e ganhos dos usuários são mantidos anônimos, mas o tamanho total da pool e a distribuição são verificáveis. Esses benefícios podem, esperançosamente, atrair mais usuários para o GambleFi, fomentando confiança e oferecendo uma experiência de jogo mais privada e escalável.
O uso de ZKP não se limita a esses exemplos. Além dos casos de uso mencionados, ZKP pode ser introduzido nas mídias sociais para proteger a anonimidade dos criadores de conteúdo, e jogadores bem classificados que não desejam compartilhar suas estratégias de speedrun também podem receber bem a adoção dessa tecnologia. Como tal, a pesquisa em andamento explora como ZKP pode oferecer serviços mais avançados em vários campos de nossas vidas diárias em comparação com os métodos existentes, e mais casos de uso continuarão a ser descobertos no futuro.
Nesta seção, fornecemos uma análise baseada em dados de por que a tendência principal na indústria ZK está mudando de infraestrutura para aplicativos. Na Seção 4.1, exploramos por que ZKApps são a próxima tendência promissora, com base nas tendências de investimento de 2024. E na Seção 4.2, examinamos como a demanda dos clientes por ZKApps reais aumentou, usando dados on-chain como evidência.
Ao examinar o histórico de investimentos na indústria ZK, é evidente que a maioria dos investimentos substanciais foram direcionados às infraestruturas ZK (ou seja, ZK L1/L2s, aceleração de hardware), incluindo projetos como zkSync, Starknet, Aleo e Cysics. Os investimentos acumulados para este mercado ultrapassaram US$ 1 bilhão, com muitos projetos se preparando para lançar produtos nos próximos trimestres. Essa tendência continua em 2024, como evidenciado pelo desempenho robusto dos 5 principais acordos de captação relacionados a ZK (Figura 2), dos quais 4 receberam investimentos superiores a US$ 15 milhões. Notavelmente, 4 dos 5 principais acordos estavam relacionados a camadas de provadores, enquanto um estava relacionado a soluções L2.
Por que a camada de provador está recebendo tanta atenção? Como explicado na Seção 3, a camada de provador é um componente crítico que suporta a crescente demanda por ZKPs, permitindo que indivíduos com dispositivos fracos participem do processo de geração e verificação de ZKP. Essa demanda crescente por camadas de provador indica um aumento significativo na demanda por ZKPs, sugerindo que mais pessoas querem gerar transações usando ZK L1/L2s.
Figura 2: Tendências de Investimento ZK 2024
Fonte: Cointelegraph, The Block, Ocular VC
Existem duas possíveis interpretações para o aumento da demanda por transações em cadeias ZK L1/L2. A primeira é que a demanda por ZKApps cresceu, levando a mais transações sendo enviadas para a cadeia ZK base. A segunda é que o volume de transferências em cadeias ZK aumentou significativamente devido aos lançamentos da mainnet de ZK L1/L2 nos últimos dois anos, resultando em um aumento no número de transações. Independentemente de qual interpretação for verdadeira, a perspectiva para ZKApps permanece positiva. No primeiro caso, isso indica que mais pessoas querem usar ZKApps. No segundo caso, isso indica que à medida que mais pessoas usam a cadeia ZK base e o ecossistema e a infraestrutura amadurecem, um ambiente propício ao desenvolvimento de ZKApps está sendo estabelecido.
Agora, vamos confirmar diretamente a demanda aumentada por ZKApps por meio de uma análise de dados on-chain. Pode-se observar que as taxas acumuladas usadas no processo de verificação ZKP nos últimos 1,5 anos, têmultrapassou os $198 milhões, indicando um aumento significativo na demanda por ZKPs em comparação com os anos anteriores. Mais importante ainda, a maior parte do aumento veio da crescente demanda por ZKApps. Após desmembrar o uso das taxas de verificação ZKP em infraestrutura e ZKApps, descobrimos que a participação do ZKApps, que era de 40% no passado, subiu para 70-80% em 2024. Esses dados servem como evidência de que o recente aumento na demanda por ZKPs tem vindo principalmente de ZKApps.
Figura 3: Dinâmica das Taxas de Verificação de ZKPs
Fonte: dune.xyz@nebra, Ocular VC
Até agora, exploramos o que são os ZKApps, identificamos casos de uso importantes para prestar atenção e discutimos por que a principal tendência na indústria ZK parece estar mudando de infraestruturas para aplicações. A viabilidade desses ZKApps, é claro, depende de avanços tecnológicos que os tornem práticos e viáveis. Anteriormente, observamos que a infraestrutura ZK amadureceu o suficiente e ZKApps que alavancam adequadamente essa tecnologia se tornarão mainstream na indústria Blockchain/Web3 nos próximos anos. Então, quais avanços específicos tornaram isso possível e o que mais está por vir?
A primeira coisa a discutir é o progresso nos sistemas de prova ZK. Dada a complexidade envolvida, para aqueles sem formação técnica, muitas vezes é opaco quais processos utilizam quais tipos de tecnologias criptográficas e como suas melhorias aprimoraram o sistema de prova ZK. Assim, nesta seção, destacamos avanços notáveis nos sistemas de prova ZK juntamente com metáforas fáceis de entender. Em resumo, esses avanços trouxeram dois benefícios principais: "Aumento nas funcionalidades suportadas" e "Otimização do processo de computação".
*Para os leitores que desejam verificar todos os detalhes sobre o ciclo de vida do sistema de prova ZK e os avanços em cada processo específico, consulte o Apêndice.
Suportando mais funcionalidades: Linguagens Específicas de Domínio (DSLs)
As linguagens específicas de domínio (DSLs) em sistemas de prova ZK são linguagens de programação especializadas projetadas para lidar com tarefas específicas dentro do ecossistema ZK. Essas linguagens enriquecem a criação de ZKPs fornecendo sintaxe e funcionalidades personalizadas que são otimizadas para operações ZK. DSLs como Leo, Zinc, Cairo, Noir e ZoKrates estão atualmente sendo pesquisadas e desenvolvidas para suportar mais funcionalidades, como variáveis mutáveis, declarações if e matrizes.
Isso é análogo a uma situação em que Bob precisa provar a Alice que fez um bolo com uma receita legítima, sem revelá-la. A primeira coisa que Bob precisa fazer é fazer sua receita. A receita deve incluir todos os passos de alto nível e ingredientes necessários para fazer o bolo (por exemplo, fazer uma massa com ingredientes e depois assar). Será ótimo se Bob puder usar ingredientes e habilidades culinárias mais modernos em sua receita (Figura 4)!
Figura 4: DSLs suportam mais funcionalidades para ZKPs
Fonte: DALL E, Pesquisa Presto
Otimizando o processo de computação: Arithmetization, Sistema de Prova (IOP+FCS)
Depois de escrever um programa com DSL, ele passa por processos como Arithmetization and Proof System (consiste em Interactive Oracle Proof (IOP) e Functional Commitment Scheme (FCS)) para ser convertido em ZKPs. O desafio comum nesses processos é minimizar a sobrecarga computacional, a fim de tornar o processo de geração e verificação do ZKP acessível a mais pessoas.
Entre os esforços para reduzir a sobrecarga computacional, o mais intuitivamente compreensível é a redução do tamanho do campo nos Sistemas de Prova. Aqui, o tamanho do campo refere-se ao tamanho do campo matemático usado no processo de geração de ZKP. Em palavras simples, representa o número total de valores possíveis que podem ser usados para criar códigos secretos; tamanhos de campo maiores tornam mais difícil para alguém adivinhar o código, mas levam mais tempo para gerar. Sistemas de prova criptográfica famosos como Groth16, Plonk e Halo2, que até mesmo aqueles não familiarizados com ZKPs podem ter ouvido falar, usam um tamanho de campo de 256 bits. No entanto, com os avanços da tecnologia, sistemas de prova recentes como Goldilocks e Plonky3 usam tamanhos de campo de 31 a 64 bits sem sacrificar a segurança. O sistema de prova de última geração, Binius, aumentou significativamente a velocidade computacional usando apenas 1 bit (zeros e uns) como seu tamanho de campo.
O segundo avanço tecnológico a ser discutido é o desenvolvimento de infraestruturas de provas descentralizadas. Enquanto os avanços nos sistemas de prova ZK otimizaram e simplificaram o processo de geração e verificação de provas, reduzindo a quantidade de computação necessária, as infraestruturas de provas descentralizadas permitiram que indivíduos terceirizassem o poder computacional intenso para a geração de ZKPs.
Atualmente, existem dois métodos principais para implementar infraestrutura de prova descentralizada na indústria ZK. O primeiro método envolve uma cadeia baseada em ZK construindo sua própria camada comprovadora interna, e o segundo é operar uma camada comprovadora terceirizada que pode lidar com solicitações de geração de ZKP de várias cadeias e aplicativos.
Camada de Prover Interna
Para o método de camada de provador interno, as entidades de geração ZKP (ou seja, os provadores) são subordinadas a cadeias específicas. O maior gargalo de uma camada de provador interna é o processo de inicialização: Como é economicamente inviável para os desenvolvedores de cadeias equiparem-se com dispositivos de prova ZK para fornecer uma camada de provador contínua para todos os usuários da rede (esse método também afeta negativamente a segurança e a vivacidade da rede), geralmente eles implementam protocolos que atraem indivíduos ou grupos com poder computacional para participar da camada de provador oferecendo recompensas na forma de tokens nativos.
Um exemplo representativo de um projeto que opera uma camada de prova interna é a Aleo, uma blockchain ZK Layer 1. Semelhante ao PoW no Bitcoin, a Aleo exige que os provadores gerem ZKPs que atendam a um certo limite (ou seja, "Alvo de Prova") para cada bloco. Se a soma das provas acumuladas exceder o "Alvo da Coinbase", a recompensa da coinbase (token Aleo) é compartilhada entre os provadores de forma proporcional com base em suas contribuições. Esse protocolo de prova de mineração pode incentivar o desenvolvimento de software e hardware mais rápidos para ZKPs e descentralizar o ecossistema de provadores devido à distribuição generalizada das recompensas dos provadores.
Camada de verificador terceirizada
Por outro lado, as camadas de provador terceirizadas estão localizadas fora do blockchain; e fornecem poder computacional mediante solicitação de várias cadeias baseadas em ZK e ZKApps. Você pode pensar em blockchains modulares como Celestia, mas com função de geração de ZKP. Essas camadas de provador terceirizadas geralmente são operadas em forma de 'mercado de provador': onde os clientes enviam suas transações que exigem geração de ZKP, enquanto os provadores oferecem seus serviços de prova, incluindo sua capacidade e custo para gerar ZKPs.
Exemplos representativos de projetos que atualmente operam camadas de verificador terceirizadas incluem = nil e Gevulot. = nil mantém um livro de pedidos para cada circuito com ordens de compra de usuários e ordens de venda de verificadores. A descoberta de preço para gerar uma prova é gerenciada por meio desse mecanismo de livro de pedidos. Gevulot opera de maneira PoS: requer que os verificadores depositem uma participação e concluam tarefas de prova de carga de trabalho para participar. Além do sistema de lances, os trabalhos de geração de prova são alocados aleatoriamente usando uma função aleatória verificável (VRF) para garantir a justiça.
No entanto, o método da camada de provador terceirizado também tem uma grande preocupação, que é a dificuldade de preservar a privacidade de ponta a ponta, uma vez que os dados da transação incluídos no pedido de prova são submetidos aos provadores enquanto não selados. Para resolver este problema, projetos como Marlin e zkPass aproveitam enclaves (um ambiente de execução seguro e isolado que protege a integridade dos dados) para garantir que não haja vazamento de privacidade no processo de geração de ZKP.
Figura 5: Visão Geral das Infraestruturas de Prova Descentralizadas
Origem: Pesquisa Presto
Até agora, analisamos o panorama geral de adoção da indústria ZK, os benefícios que os ZKApps podem nos trazer, as evidências de que a principal tendência na indústria ZK está mudando da infraestrutura para os ZKApps e os avanços tecnológicos que apoiarão a ascensão dos ZKApps. O desenvolvimento de sistemas de prova criptográfica e infraestrutura de prova descentralizada abriu caminho para que os ZKApps sejam usados de forma mais rápida e acessível, aproximando a tecnologia de conhecimento zero da vida cotidiana.
A indústria Blockchain/Web3 frequentemente enfrenta críticas por desenvolver tecnologias superestimadas com o objetivo de atrair investidores, com pouca consideração dada à demanda real do mercado. Para superar essa crítica, os desenvolvedores devem avançar a tecnologia de maneiras que genuinamente melhorem nossas vidas; no entanto, é igualmente importante para nós, os usuários, avaliar continuamente em quais áreas essa tecnologia pode ser aplicada de forma eficaz. Esperamos que este artigo forneça aos leitores uma compreensão ampla de ZKP e ZKApps, e desperte mais pesquisas por conta própria nesta indústria.
Na próxima série de colaboração Presto Research & Ocular VC, vamos revisar uma lista de projetos ZK de ponta (ou seja, roll-ups de privacidade, comprovação do lado do cliente, camadas de provador de preservação de privacidade) tanto na infraestrutura quanto nos lados da aplicação, que estão prontos para serem lançados com base nos avanços tecnológicos mencionados neste artigo. Fique ligado!
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