Proof-of-Useful-Work konsensualní protokol pro výpočet zk-SNARK důkazů

Abstract

S rozvojom blockchainových technológií a ich narastajúcim významom v rôznych oblastiach rastie potreba bezpečných, efektívnych a decentralizovaných mechanizmov konsenzu. Táto diplomová práca si kladie za cieľ posunúť existujúce prístupy spojením decentralizácie, výpočtovej užitočnosti a ochrany súkromia. Navrhujeme blockchainový systém založený na konsenze typu Proof-of-Useful-Work (PoUW), ktorý integruje dôkazy s nulovým prezradením typu zk-SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge) na umožnenie overiteľného výpočtu pri zachovaní dôvernosti svedka (witnessu). Hoci navrhovaný protokol nevyžaduje dôvernosť svedka ako nevyhnutnú vlastnosť, predstavujeme praktické techniky na návrh obvodov a správu komponentov zk-SNARK tak, aby súkromné vstupy zostali skryté pred externými dokazovateľmi. Navrhnutá architektúra podporuje bezpečné prenechanie generovania dôkazov bez odhalenia citlivých údajov, čím vytvára základ pre konsenzuálne mechanizmy s ochranou súkromia vhodné pre decentralizované aplikácie.With the development of blockchain technologies and their growing importance in various fields, there is an increasing demand for secure, efficient, and decentralized consensus mechanisms. This thesis aims to advance existing approaches by combining decentralization, computational usefulness, and privacy protection. We propose a Proof-of-Useful-Work (PoUW) based blockchain system that integrates zero-knowledge succinct non-interactive arguments of knowledge (zk-SNARKs) to enable verifiable computation while preserving the confidentiality of the witness. Although the protocol does not rely on witness confidentiality by default, we introduce practical techniques for structuring circuits and managing zk-SNARK components in a way that ensures the private input remains hidden from external provers. This architecture supports secure outsourcing of proof generation without exposing sensitive data, laying the foundation for privacy-preserving consensus in decentralized systems.