批判“加密顯學”零知識證明（ZKP）_ARK

*注：首先，這是一個用一個小時寫的草稿。主要是為了快速收集信息，所以可能存在非常多的潛在錯誤和不完整的信息。

對ZK的主要批評包括兩個：

一是證明時間長(因此有各種benchmark、各種新的ZK協議和各種硬件優化）；一是系統和應用程序安全性仍然需要測試。證明生成性能?

零知識證明是區塊鏈領域非常流行的技術。由于鏈上計算資源稀缺且昂貴，零知識證明允許這些計算在鏈下進行，雖然鏈下證明生成的總時間消耗非常高，但它仍然壓縮了最終證明和相關的計算驗證，從而允許計算“在鏈上”。

ZK證明生成時間過長的問題往往被研究者和開發者所忽視，因為這本質上是ZK需要做出的權衡。

雖然他們沒有直接批評ZK的這個缺點，但是他們有很多從對面解決這個缺點的方法和討論。

內部文件顯示Aragon協會考慮出售以擺脫治理困境:金色財經報道，根據投資公司Arca的一名員工與其他活動人士之間的對話截圖，在激進投資者關注其 1.8 億美元資金的數月壓力后，以去中心化治理為重點的加密貨幣項目Aragon協會在6月份探索以未知價格將其自身出售給一位未公開的競標者，該屏幕截圖是加密交易公司 Patagon Management LLC 撰寫的關于Aragon協會24頁調查報告的一部分，這份未注明日期的報告指責Aragon協會多年來的失誤，包括揮霍其價值 1.8 億美元的各種加密資產，并質疑該組織是否遵守瑞士非營利法。

根據6月12日的屏幕截圖，擬議的Aragon收購預計需要“幾周”； 如果交易沒有成功，Aragon 計劃重新評估該提議。這位 Arca 員工告訴其他活動人士，雖然目前尚不清楚出售名義上的去中心化項目到底意味著什么，但擬議交易的估值將高于賬面價值。[2023/8/11 16:19:20]

也就是說，他們通過提出各種解決方案并進行大量基準測試來隱含地談論ZK的極長證明時間。

Sei Network開啟跨鏈橋Sei Bridge測試活動:5月31日消息，Layer1 公鏈 Sei Network 宣布開啟跨鏈橋 Sei Bridge 測試活動，該活動旨在跨各種網絡測試 Sei Bridge 以及收集用戶測試后的反饋。[2023/5/31 11:49:48]

a)Benchmark?

在衡量ZK應用之前，我們首先要測試ZK協議底層commitment的性能。

因為比如，FRI導致STARK，KZG導致常規SNARK，IPA導致Bulletproof。底層承諾的性能測試對于ZK應用的性能并不直觀，但對于理解ZK證明時間長的問題很有幫助。

從上面的鏈接我們可以看出，這些底層承諾協議不僅計算復雜(可能導致證明時間長)，而且還存在內存消耗非常大的問題。

修訂后的俄羅斯加密礦業法案建議對逃稅的礦工進行監禁，最高4年刑期:金色財經報道，一項旨在規范俄羅斯不斷發展的加密礦業法案立法者現在計劃重新提交，并考慮對不遵守規則的礦工造成嚴重后果的修正案。根據該部門制定的刑法修正案，如果礦工在三年內兩次未報告收入且價值超過 1500 萬盧布（接近 20 萬美元），他們將面臨最高兩年的監禁，最高 300,000 盧布的罰款，甚至長達兩年的強迫勞動。

如果未報告的資產金額超過 4500 萬盧布等值法定貨幣（近60萬美元），處罰將更加嚴厲，最高可判處四年監禁，最高可達 200 萬盧布的罰款，以及最高四年的強迫勞動。[2023/3/13 12:59:03]

當然，內存消耗其實更多的是跟硬件配置要求有關，這跟我們今天要討論的話題是不一樣的。

對于具體的SNARK性能測試，a16zcrypto將它們分為前端和后端：

DeFi基礎設施提供商Sooho.io完成450萬美元融資:金色財經報道，DeFi 基礎設施提供商 Sooho.io 完成 450 萬美元 A+ 輪融資，Woori Technology Investment 領投。Sooho.io 計劃利用這筆資金開發一系列區塊鏈工具，例如軟件開發工具包（SDK）和應用程序編程接口（API），用于建立 DeFi 基礎設施。（CoinDesk）[2022/12/13 21:42:03]

前端通常是ZK應用開發者接觸到的Cairo語言/zkVM高級語言等；而后端是更接近SNARK證明生成時間的承諾等底層密碼學操作。其中，作者提到SNARK證明生成具有大約100倍的計算開銷，并且每個ZK協議都有額外的開銷，例如：

“InGroth16,Pmustworkoverapairing-friendlygroup,whoseoperationsaretypicallyatleast2xslowerthangroupsInGroth16,Pmustworkoverapairing-friendlygroup,whoseoperationsaretypicallyatleast2xslowerthangroupsthataren'tpairingfriendly.,thisresultsinatleastanadditionalfactor-6slowdownrelativetothe100-|C|estimateabove.”

總體而言，可以說?zk-SNARK的額外性能開銷在200-1000倍的范圍內。

此外，文章還提到了zk-SNARK的其他限制，例如可信設置和內存使用。

ModulusLabs的文章測量了一些ZK協議的實際性能。有些基準是針對參數數量的，這對我們來說不是很直觀。然而，在應用中，文章提到在Worldcoin用例中，即使使用“最快”的Plonky2，仍然需要幾分鐘的證明生成時間和數十GB的內存消耗，無法在個人電腦上運行。

b)遞歸和批處理?

為了減少證明生成時間，我們可以并行證明多個證明。

通常，有兩種方法可以做到這一點：一種是批處理，另一種是遞歸。

簡單來說，批處理是同時證明一批證明，最后將它們聚合在一起，而遞歸是在一個證明中驗證其他證明。一般而言，遞歸方法具有更小證明大小?的額外優勢。

一些更常見的聚合方法包括Halo2、Plonky2。他們每個人都以不同的方式執行批處理和遞歸，從而減少了證明時間。

除了ZK的協議層，ZK的應用層也可以有針對性的優化。例如，可以同時使用多個ZK協議(STARK+SNARK），或者針對宏觀采取遞歸策略進行特定于應用程序的調優。

一般來說，這實際上減少了協議和證明分配方面的證明生成時間。在探索新的ZK協議時，減少證明時間是最重要的考慮因素。

c)硬件加速?

此外，從硬件角度進一步減少ZK應用在物理和節點層面的證明時間也做了很多努力。

首先，與前面提到的新協議一樣，ZK協議被設計為盡可能對硬件友好，例如HyperPlonk。

Paradigm提到，ZK的證明生成速度慢主要是由于涉及大量的MSM和FFT，它們對硬件不友好，導致由于隨機內存訪問等問題導致最終證明生成速度慢。對于這些底層加密計算，ZK協議需要在它們的組成和規模上進行一些權衡，以使其對硬件更加友好。

幾家ZK硬件加速廠商表示，GPU實際上是目前最經濟和可配置的硬件選擇，我們最終將有FPGA過渡到ASIC階段。根據zk硬件公司的說法，他們的第一版ASIC可以直接減少至少30%的ZK證明生成時間。

此外，由于不同的服務器配置，將不同的云服務器作為節點運行可能涉及不同的硬件特定優化。

Security?

ZK現在的另一個批評是電路代碼仍然需要正確(沒有bug)。

如果ZK協議從健全性、完整性、零知識的角度受到攻擊，我們將不再擁有有效的ZK系統。我們可以在這個鏈接中看到各種角度的攻擊示例。

雖然ZK應用可以被稱為trustless，但我們仍然需要確保項目的ZK協議和應用的代碼和架構是正確的。區塊鏈領域中存在多種ZK錯誤。例如，由于zkEVM的ZK電路代碼庫龐大的問題，Vitalik談到了?ZK應用程序的多證明者的需求。

因此，ZK系統可能需要與形式驗證等安全工具或Ecne等其他安全相關工具搭配使用。應用程序級別，它需要更多的審計，特別是對于像zkEVM這樣的大項目。

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