WEB:擴展性之外 零知識證明的 Web3 用例還有很多_區塊鏈專業考研方向

圖片來源：由 Maze AI 生成

2022 年，由于 ZK-Rollups 在以太坊領域取得進展，零知識證明（Zero—Knowledge Proof）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。

Orbs與Solana集成，推動可擴展性和互操作性:9月12日消息，Orbs與Solana集成，推動可擴展性和互操作性。（Crypto Daily）[2021/9/12 23:19:38]

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。

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（證明者）向另一方（驗證者）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：

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。

Alex Chien：在解決網絡可擴展性方面，波卡平行鏈很像以太坊2.0的分片技術:金色財經報道，在8月28日舉辦的《金色百家談 | Polkadot如何構建資產互聯網？》的直播節目中，達爾文網絡（Darwinia Network）聯合創始人Alex Chien表示，波卡平行鏈是特定于應用程序的數據結構，它在上下上是一致的，并且可以由 Polkadot 中繼鏈的驗證人進行驗證。通常平行鏈會是一條區塊鏈, 但并沒有特別要求它們必須是一條鏈，之所以叫他們平行鏈是因為它們于中繼鏈并行運行。由于它們的并行性質，它們能夠并行地處理交易并實現 Polkadot 系統的可伸縮性。它們與 Polkadot 網絡共享安全，并且可以通過 XCMP 與其它平行鏈進行通信。

在解決網絡可擴展性的方面，平行鏈確實很像以太坊2.0將要實現的分片技術，例如共識算法和Staking相關的設計。

每個平行鏈有自己的業務規則和治理主權，波卡使用共享安全和共享運行時(Shared Protected Runtime Execution Enclaves)，鏈上治理的方式來組織和保護這些分片，各個平行鏈還可以自主的選擇申請加入和退出波卡網絡，從這一點上看有點像歐盟。

而以太坊2.0的每個分片都更加一致和統一，并且使用同一種業務規則和語言，整個系統統一治理，相較于波卡的歐盟模式，則更像美國。[2020/8/28]

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。

Decred聯合創始人：比特幣可擴展性仍然是個問題:Decred聯合創始人Jake Yocom-Piatt表示，隨著比特幣逐步成為主流，其可擴展性仍然是個問題。他稱，在比特幣交易需求高峰時期，對比特幣網絡鏈上需求激增，將大幅推動比特幣交易費用上漲，在這期間比特幣網絡可能會遭遇困境。（Cointelegraph）[2020/6/10]

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：

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。

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。

動態 | Quantstamp與OmiseGO達成合作尋求以太坊可擴展性:據coincentral報道，智能合約審計平臺Quantstamp與OmiseGo達成合作伙伴關系，將尋求解決以太坊的可擴展性問題。[2018/12/11]

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。

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。 

聲音 | 李啟威：閃電網絡或可解決加密行業可擴展性不足的問題:據AMBcrypto消息，Litecoin創始人李啟威（Charlie Lee）最近表示，加密貨幣行業發展的主要障礙之一是擴展問題。可擴展性是一個嚴重的問題，隨著新的令牌，用戶，投資者，初創公司和交易所的增加，交易數據一直在堆積，導致當前系統緊張。像Lightning Network這樣的技術將成為比特幣[BTC]或Litecoin [LTC]可擴展性問題的解決方案。他進一步表示，閃電網絡可以在不犧牲權力下放的情況下解決擴展問題。[2018/10/16]

以「黑暗森林」（Dark Forest）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。

區塊鏈技術不僅保證了我們的資產只由我們自己處理（非托管），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。

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 ZK Proof，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。

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。

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。

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、Polygon zkEVM 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。

參考文獻：

2023 Crypto Thesis

https://thesis.neworder.network/#in-the-belly-of-the-bear

撰文：TinTinLand

來源：DeFi之道

DeFi之道

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