擴展性之外 零知識證明的 Web3 用例還有很多_以太坊

2022年，由于ZK-Rollups在以太坊領域取得進展，零知識證明成為Web3年度關熱詞。甚至有人預測下一輪牛市的發動機就將會是零知識證明，并宣稱零知識證明之于Web3的重要性，能和Bitcoin引入了區塊鏈概念、以太坊引入了智能合約相媲美。

零知識證明何以擁有如此強大發展潛力？這或許要從Web3的發展談起。Web3旨在通過去中心化網絡將網絡所有權移交給其用戶，然而當下Web3似乎只是帶來了以用戶為中心的價值觀，距離其愿景落地還有很多問題需要解決，隱私安全即是其面臨的關鍵問題。

Web3網絡在設計中宣稱用戶與去中心化的網絡進行交互，以避免如Web2中心化網絡數據泄露、私有數據化、集權等弊端。即如果您正在運行一個完整的節點，您將獲得完整的、數學上保證的加密安全性。然而，運行一個完整的節點需要昂貴的硬件以及保持連接到100GB的大型區塊鏈。

印度央行公布第二屆全球黑客馬拉松，包括CBDC、區塊鏈可擴展性用例:金色財經報道，印度央行（印度儲備銀行）公布了第二屆全球黑客馬拉松 Harbinger 2023。該活動有四個重點，包括其零售中央銀行數字貨幣和區塊鏈可擴展性的用例。報名從2月22日開始，提案截止日期為3月24日。一等獎是400萬盧比（48,000 美元），獲獎者將于8月中旬公布。雖然黑客馬拉松邀請了包括個人在內的全球參與者，但更傾向于那些了解印度金融服務行業和消費者的人。

區塊鏈的可擴展性也是印度央行黑客馬拉松的主題之一。它指出，這是在零售CBDC等用例中更廣泛采用的挑戰之一。[2023/2/15 12:08:30]

顯然目前的加密客戶端無法處理這類需求。因此，當下Web3仍在很大程度上依賴于受信任的中心化中介，由這些中介連接起Web3去中心化網絡，這似乎與Web3愿景背道而馳。如何在去中心化網絡環境中，以去中心化的方式保障隱私安全呢？零知識證明技術巧妙地解決了這個問題。而網絡安全之外，零知識證明的用例還有很多，下文將為大家介紹該技術在加密領域中的用例。

動態 | 報告：未來比特幣的可擴展性改進可能更具挑戰性:據AMBCrypto報道，加密貨幣交易所BitMEX的研究部門最近發布了一份報告，報告內容涉及對比特幣核心性能的測試，該測試方法是進行35次初始塊下載（IBD），并記錄節點與網絡同步所需的時間。該團隊使用了2012年至2019年期間發布的軟件，并聲稱即使使用最新的計算機硬件，較老版本的比特幣也難以克服交易量的增長。報告還指出，IBD時間的大幅減少，以及舊節點無法完全同步，如果沒有這些可伸縮性增強，比特幣現在基本上已經死了。未來的可擴展性改進可能更具挑戰性，盡管軟件進一步升級和硬件性能適度提高，IBD時間可能會繼續增加。[2019/11/30]

什么是零知識證明

在介紹零知識證明在Web3的用例之前，讓我們快速了解零知識證明的原理。零知識證明是一種密碼學，允許一個人向另一方證明某些細節是真實的，而無需提供任何額外信息。

零知識證明需要以下三個關鍵要求：

動態 | Zcash背后的ECC公司CEO：Zcash需要在第一層獲得高可擴展性:據Coindesk消息，加密貨幣Zcash背后的ECC公司首席執行官Zooko Wilcox表示，預計還需要五年Zcash才能達到我們希望的繁榮水平。“我贊成雄心勃勃的可擴展性改進，我認為我們需要在第一層獲得高可擴展性。盡管我認為第二層很酷并且有很多潛在的用途，但我認為我們還需要一個可擴展的第一層。這就是我在公司內部和Zcash社區內推動的事情。” 他指出，還有其他提議，其中包括擴展“Zcash，使其像以太坊一樣可編程。[2019/4/12]

完整性：如果陳述真的是真的，并且兩個用戶都正確地遵守規則，那么驗證者將不需要任何其他條件，就可以完成驗證。

可靠性：如果陳述為假，驗證者在任何情況下都不會被說服。該方法利用概率檢查理論，以確保不會發生錯誤。

零知識：意味著驗證信息的人無法知道除斷言是否正確之外的任何信息。

零知識證明有兩種主要類型：

聲音 | V神：加密貨幣同時具有可擴展性、去中心化和安全性并非不可能:據bitcoinist報道，末日博士、紐約大學經濟學教授Nouriel Roubini近日再次發表了有關加密貨幣是泡沫，只對希望用加密貨幣洗錢的犯罪分子和逃稅者有用，以及加密貨幣毫無價值等言論。對此，以太坊聯合創始人V神（Vitalik Buterin）對他的許多主張進行了反擊。V神表示，加密貨幣作為支付手段提供的任何便利都是所有人都喜歡的。V神指責末日博士的批評沒有考慮到采用加密貨幣的諸多好處。至于該技術的低效率，V神強調加密貨幣和區塊鏈領域目前正在進行持續的技術進步。對于加密貨幣的三難問題，V神表示，三難論并沒有數學證明。同時具有可擴展性、去中心化和安全性并非不可能。[2019/4/6]

交互式零知識證明要求證明者執行一組任務或操作，以向驗證者證明他們擁有特定信息。為了通過交互式零知識證明而必須完成的大部分任務通常涉及數學概率之類內容。

證明者和驗證者無需相互通信即可使非交互式零知識證明有效，而驗證將在之后進行。這類特殊、的零知識證明需要使用額外的計算或程序。

精選 | 圖靈獎得主Silvio Micali破解區塊鏈在擴展性、安全性、去中心三者兼容難題:圖靈獎得主、美國麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室（MIT CSAIL）教授Silvio Micali提出了一個解決方案——Algorand，破解了區塊鏈在擴展性、安全性、去中心三者不可兼得的難題。Silvio Micali表示，Algorand由“algorithm”（算法）和“random”（隨機）兩個字組合而成，有“純粹的權益證明”（PPOS）,每一枚代幣都擁有相同權利，不需要提出作為抵押;超快速拜占庭協議，即時發起與確認來形成共識;能夠持續“演化”的區塊鏈,解決分叉問題。

通過所有代幣權利相等、每個步驟皆隨機替換參與者，來確保整個網絡可以最大程度去中心化；而 Algorand 借由加密抽簽組建臨時驗證委員會來減輕工作量、提升效率，也保證了網絡的可擴展性；且因驗證者皆為隨機加密選出，也來不及篡改或撤回他們對外發出的消息，下一輪又將是新一批隨機選出的參與者，所以也讓安全性有極大的保證。[2018/9/23]

零知識證明的Web3用例

盡管零知識證明技術早在1980年已經產生，但受困于技術難度，其并未得以廣泛應用。零知識證明到底能夠為Web3的發展帶來哪些幫助？讓我們從技術用例中窺探一二。

鏈下計算

隨著越來越多應用在以太坊上部署，在以太坊上的交易處理速度較慢，網絡擴展性不足成為阻礙其發展的重要難題。而構建一個Layer2網絡，將計算處理轉移至鏈下成為解決當下問題的重要方案。ZK-Rollups即是頗受以太坊社區認可的解決方案之一。ZK-Rollups系Starkware，Zk-sync是擴容類項目。

擴展性是零知識證明在Web3中最普遍的用例。目前也有將擴展和隱私兩種性能結合的方案，如Aztec、StarkNet之類的隱私Layer2公鏈的發展，感興趣的開發者可在《淺談隱私在Layer2現狀和未來》一文中了解更多。

跨鏈橋聯

隨著公鏈生態的擴張，以太坊一統天下的局面很難達成，跨鏈互操的需求越來越大，而利用橋來跨鏈的安全性難以得到保障，因此很多項目將開始使用零知識證明以實現互操作，其中包括Wormhole，Polymer和ZKBridge正在布局基于零知識證明技術構建無信任假設的跨鏈協議，將一改因IBC輕客戶端不能在ETH運行所導致的無法互通的現象。零知識證明也將大大提高加密橋的安全性，以提高跨鏈互操的安全性。

鏈上游戲

以「黑暗森林」為例，這是一款靈感來自于劉慈欣的《三體》的基于零知識證明的游戲。作為策略游戲，游戲中的許多陰謀都來自于隱藏信息或信息不對稱的概念，整個黑暗森林宇宙是無限的，它充滿了成千上萬的對抗玩家、機器人、腳本、智能合約玩家等等。然而，單個玩家在加入宇宙后只能訪問整個宇宙地圖的一小部分，這正是賦予《黑暗森林》靈魂的地方。如何在信息都是公開透明的區塊鏈上實現「隱藏」部分信息，這正是基于零知識證明所實現的「隱藏」部分不想透露或需要觸發條件的信息。

資產安全

區塊鏈技術不僅保證了我們的資產只由我們自己處理，而且分布存儲在多個節點中，降低了資產風險。而零知識還有助于進一步提高Web3安全級別。在安全設計中使用數學驗證而不是概率論，零知識通過采用有效性證明來降低潛在風險，有效性證明保證信息的準確性，具體而言：

唯一能夠破譯加密信息的人是用戶；如果證明者是偽造的，得到的最終根將不同，驗證者將拒絕接受；

即使所有驗證者與證明者串通，由于區塊鏈數據的可用性，賬戶狀態也可以回滾和更正；

使用零知識證明時，通常會采用額外的檢查和強化機制。

用戶驗證

可以通過零知識證明來確認個人的加密身份。零知識證明允許用戶向系統驗證他們的身份，而無需透露他們完整的個人信息。例如，當您登錄一個帳戶時，需要輸入用戶名和密碼，但如果使用零知識證明技術，你只需要出一個ZKProof，平臺就永遠無法算出你的真實密碼，在無需泄露個人敏感數據的前提下完成個人身份驗證。

文檔共享

我們在網絡上常會面臨某些數據共享需求，而共享過程中會面臨信息丟失、攔截等問題。當零知識證明與區塊鏈技術相結合，可以分片加密數據，不僅保障傳輸安全性，還能使用戶擁有管理某些塊以及其中包含的信息的權利，從而授予某些用戶訪問權限，而未經授權的用戶則無法訪問您的共享文檔。

存儲保護

去中心化存儲作為Web3三大支柱之一，對于行業發展十分重要。而零知識證明能夠為存儲安全提供更好的保護，其能夠利用算法設置相應的協議，使存儲單元和其中的協議被加密，甚至在訪問通道也會設置加密保護，讓Web3云存儲的安全性更上一層樓。

*免責聲明：本文不應被視為，也不旨在提供任何投資建議。

零知識證明技術還有很長路要走

在可擴展性和隱私用例之外，零知識證明的用例十分廣泛，其在Web3中發揮的作用也更加清晰。目前已有不少項開始將該技術用于項目實踐，據Messari統計顯示，零知識證明最廣泛應用的擴展領域的一眾項目將在2023年迎來發展的關鍵期，如Scroll、PolygonzkEVM等項目主網將陸續上線。在《擴容賽道開年即沖刺，盤點近期上線測試網的L2項目》一文中，也介紹了近期上線測試網的零知識證明項目。

但是我們還需要認識到，盡管零知識證明在Web3中的應用前景廣闊、領域眾多，但其證明的性能問題還未得到妥善解決。目前有不少團隊都在搞硬件加速，但這種硬件加速僅部分負責有效證明。而在算法級別、軟件級別和其他方面仍需要進行優化。

鑒于此，今年零知識證明的有效的利用將出現在小規模應用之中，很難得到大規模廣泛應用。而DeFi之后，零知識證明要想成為下一輪牛市的發動機還有很長的路要走，希望能夠有更多Web3開發者在前瞻零知識證明的前景基礎上，敢于挑戰、攻克其技術難題，以技術進展推動應用實踐。

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