Detaylı Zero Knowledge (ZK) ve Layer- 2 Rehberi 📸

Merhabaa değerli okuyucularım😊 , ben Elif Hilal! 🔮Tanıyanlar bilirler senelerdir Blockchain üzerine çalışıyorum. Yine , yine ve yeniden bir yazımla geldim! Öncelikle yazılarımı okuduğunuz için sizlere teşekkür ederim. Aranızda beni tanımayan veya ilk defa ismimi duyanlar varsa, kendimi tanıtmak için buraya bir link bırakayım.

Şimdi lafı fazla uzatmadan, bu yazımın içeriğinde neler var, hemen özetliyorum :

Başlamadan önce bir not : Layer 2 ve Katman 2 ifadeleri aynı şeylerdir, yazımda ikisi ile de karşılaşacaksınız. 🙃

Çok uzun ve kafa yorucu bir ders sonrası hepsini yazmak zaman aldı, ama anlaşılmayan yer varsa bana ulaşmaktan çekinmeyin 🙂🙂🛠️

Zero Knowledge Proof⛓️

Bazen, bazı bilgileri bildiğimizi ispat etmemiz gerekir. Fakat bunu yaparken, o bilgiyi ifşa etmemeliyizdir. Hiç böyle bir durum yaşadınız mı? Aslında bu durumun özeti ZK dediğimiz zero-knowledge proof algoritmasında gizlidir.

Sıfır Bilgi Kanıtları bir tarafın diğer tarafa gerçek temel bilgileri ifşa etmeden, bir bilgi parçası hakkında bilgiye sahip olduğunu; kriptografik olarak kanıtladığı bir yöntemdir.

Bu arada Zero-Knowledge nedir konusunda daha önceden yazdığım bir yazıyı da burada bırakayım, temelleri anlamak açısından faydası olabilir :

Zero-Knowledge Nasıl Çalışır?

Günümüzde artık zk-SNARKS, zk-STARKS, PLONK ve Bulletproofs dahil olmak üzere çeşitli ZKP uygulamaları vardır ve bunların her birinin kendi işlem kanıt boyutu, kanıtlama süresi, doğrulama süresi ve daha fazlası kendi sistemlerinde farklı mekanizmalarla çalışmaktadır.

Sıfır Bilgi Kanıtları ilk olarak Shafi Goldwasser ve Silvio Micali’nin 1985 MIT makalesinde “ Etkileşimli Kanıt Sistemlerinin Bilgi Karmaşıklığı ” olarak tanımlanmıştır. Bu makalede yazarlar, bir kanıtlayıcının bir doğrulayıcıyı, veri hakkında herhangi bir ek bilgi ifşa etmeden bir veri noktası hakkındaki belirli bir ifadenin doğru olduğuna ikna etmesinin mümkün olduğunu göstermektedirler.

Bir ZKP’yi tanımlayan üç temel özellik şöyledir:

Zero Knowledge’a Detaylı Bakış 👀

Belirli bir genel fonksiyonda, f ve y değeri için, sıfır bilgi kanıtlama protokolü, bir tarafın (prover olarak bilinir bu)bir doğrulayıcıya x değerini ifşa etmeden f(x; y)=1 olacak şekilde x’in bir kısmını bildiğini göstermesini sağlar.Bu işlemin matematiği budur.

Örneğin, aşağıdaki Kola ya da Pepsi ZKP protokolü, kanıtlayıcının Coca-Cola ve Pepsi’yi nasıl ayırt edeceğini bildiğini, nasıl olduğunu açıklamadan göstermesini şöyle sağlar:

Yukarıdaki ZKP protokolünün mutlaka mantıklı ya da çok yararlı olması gerekmez, özet belli!

Non-Interactive Zero-Knowledge (NIZK) 👻

Geleneksel olarak, birçok ZKP protokolü etkileşimsiz hale getirilebilir.(Buna Non-Interactive Zero-Knowledge denir, NIZK yani). Bu, kanıtlayıcının yalnızca (f, x, y)’yi girdi olarak alan bir programı çalıştırması gerektiği ve pi kanıtını çıktı olarak alması gerektiği anlamına gelir. (f, y, pi) ile herhangi bir doğrulayıcı bunu doğrulayabilir ve ispatlayanın x’i görmeden gerçekten bildiğine ikna olabilir.

Basite indirgersek eğer, bir NIZK’in iş akışı dijital bir imzaya benzer:

İmzalayan, özel imzalama anahtarını kullanarak genel bir belgeyi imzalar ve bir imza oluşturur; belge, imza ve doğrulama anahtarına sahip herhangi bir doğrulayıcı, imzanın geçerliliğini kontrol edebilir.

NIZK’ler, kolayca ve gizlice aktarılabilirlik özelliklerinden dolayı blockchain alanında birçok uygulama alanı da bulmuştur kendisine:

Çok küçük kanıtları olan NIZK’ler genellikle zk-SNARK’lar olarak sınıflandırılır.

Bunlar, özellikle kanıtı kontrol etmekle ilgilenen birçok doğrulayıcının bulunabileceği açık sistemler için uygundur. Bu durumda, kanıtın yalnızca bir kez hesaplanması ve birçok doğrulayıcı tarafından ucuza doğrulanması gerekir.

Bununla birlikte, kısa ve öz ZK’nın bu avantajları bazı dezavantajlarla birlikte gelir, şöyle ki :

Farklı bir ZKP protokolü türü etkileşimli ZKP’dir. Yukarıdaki Coca cola-Pepsi örneğinde, kanıtlayıcı ve doğrulayıcı arasındaki etkileşimli bir ZKP örneği gördünüz, nasıl mı:

ZK alanı dışında, etkileşimli protokoller pratikte çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Örneğin, bir kullanıcının parola yoluyla kimlik doğrulaması yapması için etkileşimli bir zk protokol çalıştırabilir:

📌 Etkileşimli bir zk protokolü, sunucu tarafından oluşturulan bir nonce’a izin verir ve böylece yeniden yürütme saldırılarını önler (saldırganın iletiyi yakaladması ve daha sonra kimlik doğrulaması için sunucuya yeniden göndermesi gibi saldırılar).

📌📌📌Unutmayın, parola kimlik doğrulaması yalnızca istemciden sunucuya giden tek bir mesajdan oluşuyorsa, tekrar saldırılarını önlemek çok daha zor olacağından, bir dizi etkileşime izin vermek çok önemlidir.

📌 Etkileşimli ZKP, genellikle NIZK protokollerini içeren daha geniş bir protokol setidir (özellikle, bir NIZK’yi etkileşimli bir ZKP’ye dönüştürmek için her zaman etkileşim eklenebilir). Ancak etkileşim, kısa ve öz NIZK’lerin sergilemediği özelliklere yol açabilir, örneğin çok büyük ifadelere yüksek ölçeklenebilirlik, ucuz hesaplama, güvenilir kurulumdan kaçınma ve minimum bellek kullanımı.

NOT: Zero-knowledge ya da türkçe tabirle sıfır bilgi teknolojisi, blok zinciri projelerinin birçok layer-1 blokzincirine özgü ölçeklendirme ve gizlilik sınırlamalarının üstesinden gelmesine yardımcı olan bir kriptografi alt kümesidir.

İşte şimdi işin rengi değişiyor. Çünkü Layer 1 kavramı devreye giriyor. Layer 1 varsa eğer Layer 2 de vardır değil mi?

Layer 2 🕹️

Layer 2 (katman 2), temel katman ağının yeteneklerini genişletmeye yardımcı olan bir blok zincirinin üzerine inşa edilmiş herhangi bir zincir dışı ağ, sistem veya teknolojiyi ifade eder. Layer — 2 ağları, daha yüksek işlem hacmi gibi geliştirmeler ve güncellemeler sağlamak için herhangi bir blok zincirini destekleyebilirler.

Bir ağ, sistem veya teknolojinin 2. katman olarak kabul edilmesi için temel gereksinimlerden biri, üzerine inşa edildiği blok zincirinin güvenliğine sahip olmasıdır.💯

💯 Yan zincirler (side chains) genellikle 2. katman olarak kabul edilmez çünkü genellikle kendi mutabakat mekanizmalarını ve doğrulayıcılarını kullanırlar, bu da temel katman zincirinden farklı bir güvenlik garantileri kümesine yol açar.

Daha yüksek merkeziyetsizlik ve güvenlik elde etmek için ölçeklenebilirlikten ödün veren blok zincirleri için, katman 2'ler daha yüksek işlem hacmi sağlar ve bu da daha düşük ücretlere yol açar. Layer — 2'ler, ölçeklenebilirlik sorununa harika bir çözüm olarak görülüyor .

📌 Neden Layer 2 İhtiyacımız Var ? Ya da Var mı?📽️

2008'de blockchain teknolojisinin ortaya çıkışından bu yana, binlerce araştırmacı ve geliştirici, bu teknolojiye ayak uydurmak için blockchain ölçeklenebilirliğindeki sorunlara odaklandı. Bu sınırlamalar tarihsel olarak yüksek ücretler ve yavaş uygulama süreleriyle sonuçlanarak blok zincirlerinin geniş ölçekte çalışma yeteneğini azaltan sorunlardır.

🔱 Ethereum Kurucu Ortağı Vitalik Buterin tarafından ortaya atılan blok zinciri ölçeklenebilirlik trimemması (blockchain trilemma), blok zincirlerinin, temeldeki ağı hem güvenli hem de merkezi olmayan bir şekilde tutarken etkili bir şekilde ölçeklenemeyeceğini öne sürüyor. Bunun yerine, bu üç özellik arasında değiş tokuş yapılmalıdır diyor, günümüzün blockchain ağları üç koşuldan ikisini karşılayabilir, ancak üçünü aynı anda karşılayamaz gibi bir sonuç da çıkıyor.

🔱 Olaya şuradan bakalım. Günümüzde blok zincirler üç temel görevi yerine getiriyor.

1- Execution — yürütme

2- Data availability — veri kullanılabilirliği

3- Consensus — fikir birliği

Detaylarına bakalım hemen, neymiş bunlar?😋

📌 Layer 2 Çözümleri Nasıl Çalışır Peki?😉

Burada belirtmekte fayda gördüğüm bir durum söz konusu. Blockchain hala bütün sistemler için muhteşem uygulanabilir değildir, hal böyleyken Layer 2 çözümleri zaten yüzde yüz sonuç vermez. Henüz başlangıç ve gelişme aşamasında olan Layer 2 konsepti, önümüzdeki birkaç sene içerisinde daha net açıklanacak ve use-caseler ile karşımıza çıkacaktır.

Aslında temelde Layer-2'lerin tipik olarak iki bölümü vardır:

1️⃣ İşlemleri işleyen ve yürüten bir ağ

2️⃣ Temeldeki blok zincirinde, herhangi bir anlaşmazlığı çözen ve katman-2 ağının durumu üzerinde onu temeldeki bir blok zincirine yapıştırarak fikir birliğine varan bir akıllı sözleşme

Layer-2 ağları, işlemlerin ve hesaplamaların hızlı bir şekilde gerçekleştirildiği yerdir.

Hangi Layer-2 ortamı söz konusu olursa olsun, hepsi arasındaki ortak payda; temel zincirde katman 2'lerin blok zincirine önerilen durum değişikliğinin bütünlüğü hakkında önleyici veya geriye dönük olarak bir tür kriptografik ve doğrulanabilir “kanıt” sağlaması gerektiğidir.

Benzer şekilde, temeldeki akıllı sözleşme uygulaması layer 2'ler arasında değişebilir, ancak akıllı sözleşmenin temel işlevleri her zaman:

✅ Katman 2'ye aktarılan fonları tutmak ve serbest bırakmak ✅ 2. layer tarafından oluşturulan bir tür kanıtı almak, onaylamak, anlaşmazlıkları çözümek ve ardından işlemleri sonlandırmaktır.

Bu iki dinamiği kavramsallaştırmanın en iyi yollarından bir tanesi, mevcut 2. katman uygulamalarından iki örnek almaktır:

Bu arada yine geçmişte yazdığım ZK Rollup’ları ve Optimistic Rollupları kıyasladığım bir yazımı buraya bırakıyorum :

📌Ödeme Kanalları/Payment Channels Ne Peki?🎶

Bir ödeme kanalı, bir kanala ön fonlama likiditesiyle iki veya daha fazla kullanıcı arasında zincir üstü tokenlerin zincir dışı transferini sağlar.

✔️ Her zamanki gibi bir örnekle açıklamak gerekir. Alice ve Bob, toplu fonları akıllı bir sözleşmeye kilitleyerek ve (kriptografik imzalar aracılığıyla) her birinin ne kadar erişime sahip olduğunu kabul ederek bir ödeme kanalı oluşturur. Örneğin, her ikisi de toplam 100 ABD Doları karşılığında 50 ABD Doları tutarında fonu bloke ettiyse, ödeme kanalında her birinin 50 ABD Doları kullanacağını büyük olasılıkla kabul edeceklerdir.

✔️ Ödeme kanalı kurulduktan sonra Alice ve Bob, işlemleri temeldeki blok zincirine göndermeden imzalı mesajlar aracılığıyla zincir dışı işlem yapmakta özgürdürler. Alice, Bob’a sıfır maliyetle ve yıldırım hızında gecikmelerle ödeme yapabilir ve tabiki bunun tam tersi de geçerlidir. İki yönlü ödeme kanalı üzerinden iletişim kurarken, Alice ve Bob’un işlemleri temeldeki blok zincirine gönderilmez; yalnızca karşılıklı olarak kanalı kapatmaya karar verdiklerinde, nihai sonuçlar blok zincirine iletilir ve blok zincirinde kararlaştırılır.

✔️ Bu sistemin nihai sonucu, Bob ve Alice’in ödeme kanalını açmak ve kapatmak için yalnızca iki zincir üstü işlem için ödeme yapması gerektiğidir. Ödeme kanalı açıkken, doğrudan eşler arası sıfır maliyetle ve saniyenin altındaki hızlarda milyonlarca transfer yapılabilir; işte bu, ölçeklenebilirliğin klasik bir örneğidir.

📌 Rollup’lar Ne Peki? 💬

Optimistic rolluplar ve zero-knowledge rolluplar, akıllı sözleşme durum değişikliklerini zincir dışında yürüterek ve bunları zincir üzerinde kanıtlayarak daha yüksek verim ve daha düşük maliyetler sunar. Rolluplarda ölçeklenebilirlik, aşağıdaki üç yöntemle sağlanır :

Off-Chain Execution💥

Rollupların önemli bir özelliği, yukarıda da belirttiğim üzere işlemlerin zincir dışı yürütülmesini gerçekleştirmeleridir. Bu, katman-2 ağlarının, temel blok zinciri adına başka bir kullanıcıyla veya bir akıllı sözleşmeyle işlemlerin yürütülmesi anlamına gelir. Daha iyi donanıma sahip daha küçük bir doğrulayıcı seti ile birlikte bu, temel blok zincirlerine kıyasla katman-2 ağında işlem yaparken çok daha yüksek bir verim sunar.

↪️ Toplu İşlemler↩️😊

Maliyetleri azaltmanın bir başka yolu da toplu işlemleri gerçekleştirmektir. Bu hediye paketi olarak düşünülebilir. Blok zincirinde her işlem ayrı bir hediyedir ve ayrı bir kutuda teslim edilir. Bu, her hediye göndermek istediğinizde bir nakliye ücreti ödemeniz gerektiğinden nakliyeyi pahalı hale getirir. Rolluplarla birçok hediyeyi daha büyük bir kutuya daha seyrek aralıklarla paketler ve daha büyük bir nakliye ücretini birden fazla hediye arasında bölüştürürsünüz.Böyle düşünmek işleri anlamayı kolaylaştırır 🙂

🗯 Teknik olarak daha doğru bir açıklama, toplu ham işlem verilerini calldata olarak toplamasıdır.

Rollup işlemlerinin, zincir üstü işlemlerde olduğu gibi doğrulanması gerekmez; bunun yerine toplu işlem verileri, verileri temel zincirde depolamanın basit bir yoludur, böylece gerekirse bir doğrulayıcı veya toparlama katılımcısı herhangi bir zamanda katman-2 ağının durumunu yeniden oluşturabilir.

Bununla birlikte, temel mantık hala aynıdır ; ana zincirdeki bir toplu işlem, birden çok rollup işlemiyle ilgili verileri depolar.

Bu, bir blok zincirinde ölçeklenebilirliği engelleyen işlem ücretlerini azaltmanın açık ve çok net, anlaşılır bir yoludur ve veri sıkıştırma ile birleştiğinde, temel blok zincirinde işlem yapmaya kıyasla yürütme maliyetlerinde dikkate değer indirimler sunar. Hem zero-knowledge rolluplar hem de optimistic rolluplar toplu işlemleri benzer şekilde yapar.

Layer 2 Güvenliği : Kanıt Ne Kadar Önemli?

“Kanıt” kavramı, bir temel zincirin güvenlik garantileri için katman 2'ler için temel bir öneme sahiptir. Fiziksel dünyada ispat çeşitli biçimlerde olabilir. Silah üzerindeki parmak izleri ve olay anındaki kamera kayıtları hepimizin bildiği üzere delil teşkil eder.

📌 Kriptografik kanıtlar da benzer şekilde çalışır, ancak içerikler, fiziksel mahkemelerde kabul edilenden çok daha nesneldir.

Kriptografi ile bir şeyi kanıtlamak, kesin bir şeyin doğru olduğuna dair nesnel, doğrulanabilir ve manipülasyona karşı korumalı garantiler verir. Kanıt işe yararsa, doğru olması garanti edilir. Ödeme kanalları söz konusu olduğunda, işlemlerdeki kriptografik imzalar, herhangi bir anlaşmazlığı çözmek için akıllı sözleşmenin ihtiyaç duyduğu kesin gerçeği sağlarlar.

Tekrar etmekte fayda var, her katman 2, temel zincirdeki anlaşmazlıkları çözmek için bir tür kriptografik kanıta dayanır. Günümüzün en belirgin kanıtları, hata kanıtları ve geçerlilik kanıtları/validity proofs (zero-knowledge proofs) olarak ifade edilebilir.

Optimistic Rollup Fault Proofs (Hata Kanıtları) 🕘 🕙

Hata kanıtları doğası gereği basittir. Fault proofs kullanan bir katman 2, tüm işlemlerin varsayılan olarak geçerli olduğu varsayımıyla hareket eder. Ancak, herhangi bir ağ katılımcısının bir anlaşmazlık oluşturabileceği ve akıllı sözleşmeye işlem verilerinin ve önerilen durum değişikliğinin yanlış olduğunu kanıtlayabileceği bir anlaşmazlık dönemi vardır.

Bir hata kanıtı yayınlandığında, rollup işlemi kısmen veya tamamen zincir üzerinde yeniden yürütülür ve ortaya çıkan durum değişikliği, orijinal taleple karşılaştırılır. Yeniden execution farklı bir sonuçla sonuçlanırsa, orijinal iddia geçersiz sayılır ve geri alınır.

Bu sistem bugün optimistic rolluplar tarafından kullanılmaktadır. “İyimserlik yani optimistic” felsefi bakış açısı aslında, hataya karşı korumadan gelir:

📌 Akıllı sözleşme “iyimser bir şekilde” tüm işlemlerin aksi kanıtlanana kadar geçerli olduğunu varsayar (suçluluğu kanıtlanana kadar masumdur herkes).

Bunu dürüst olmayan bir doğrulayıcı örneğine geri götürürsek, herhangi bir ağ katılımcısının, işlemler tamamlanmadan önce doğrulayıcının eylemlerinin geçersiz kılınması için ihtilaf süresi boyunca akıllı sözleşmeye yalnızca geçerli bir hata kanıtı önermesi gerekir.

🔵 ZK-Rollup Validity Proofs (Geçerlilik Kanıtları)

Basitçe söylemek gerekirse, geçerlilik kanıtları bir şeyin doğru olduğunu kanıtlar. Evet cidden böyle. Bir zk rollup durumunda, bu zorunlu olarak katman-2 ağında gerçekleşen işlemlere ve hesaplamalara atıfta bulunur. Karşılık gelen zincir üstü akıllı sözleşme, durum değişikliklerini onaylamak için katman 2'nin geçerlilik kanıtını doğrulayabilir.

Doğrulayıcılar bağlamında, tam işlevli bir zk rollup, her partinin karşılık gelen bir geçerlilik kanıtına sahip olması gerektiğinden, hatalı veya kötü niyetli işlemlerin temel zincirde çözülmesini etkili bir şekilde imkansız hale getirir.

Blockchainlerde Ölçeklendirme ♥️

Ödeme kanalları, rolluplar ve daha geniş anlamda katman 2'ler, hem Web3 uygulamalarının benimsenmesini hem de gelişmiş kullanıcı deneyimini destekleyen, blok zincir ölçeklenebilirlik sorununa sürdürülebilir ve uzun vadeli odaklı bir şekilde yaklaşmanın yöntemleridir.

Gelişmekte olan bir teknoloji olarak, temel blok zincirleri ve katman 2'ler dahil olmak üzere çoğu Web3 altyapı bileşeni, pazarın ihtiyaçlarına en uygun yaklaşımın kesin olarak bilindiği bükülme noktasına henüz ulaşmadı. 📌 Doğru okudunuz, hala bu konuda çalışılıyor fakat yüzde yüz bir sistematik mükemmeli yok.

Bununla birlikte, binlerce developer ve araştırmacı, Web3'ün vaatlerini toplumun ön saflarına taşımak için bugün var olan geniş blockchain ağları, DAG çözümleri ve katman 2 ekosistemi aracılığıyla uygulanabilir çözümler bulmak için çalışmaya devam ediyor.

Ama sizlere şunu söyleyebilirim ki, 2023 ZK-Rollupların, Optimistik Rollupların ve Layer 2 çözümlerinin yılı olacak gibi gözüküyor. :) Görelim!📚

📚 Görüşmek üzere🌻

Bu arada son olarak, Optimistic rolluplar ve zero knowledge protokolleri arasındaki farklar hakkında daha fazla bilgi edinmek için, Amsterdam’da kaydettiğimiz Offchain Labs, Polygon Hermez, Matter Labs, Metis DAO ve Optimism liderleriyle birlikte Ethereum layer 2'lerinin geleceğine ilişkin bu son videoyu izleyebilirsiniz :

💻 Bu arada Blockchain ekosisteminde düzenlediğim etkinliklerden haberdar olmak için Meetup sayfama kaydolabilir, Telegram grubuma girebilir, Twitter’dan takip edebilirsiniz!👻 Umarım yazılar, içerikler ve paylaşımlarım sizlere fayda sağlıyordur. Bana ulaşmaktan çekinmeyin 🔮