PAS:圖解零知識證明(ZKP) 一篇讀懂密碼學基礎_ARK

零知識證明是一種基于概率的驗證方法，它包括“類似事實的陳述”和“關于個人知識的陳述”。

驗證者基于一定的隨機性來詢問證明者，如果證明者給出的答案正確，那么證明者將有很大概率會擁有其所聲稱的“知識”。零知識證明可以在不透露使用哪種貨幣的情況下驗證你確實花了錢。

如今，零知識證明已經被許多區塊鏈項目視為最好的隱私保護方案之一。能夠在不泄露數據的情況下，來證明數據的真實性。

在本文中，我們將會解釋神秘的零知識證明及其當前的應用。

為什么ZKP如此重要？

數據隱私是當今社會最重要的課題之一。保護與個人身份有關的個人數據是至關重要的，并且其重要性將不斷提高。

在科技時代，我們正在創造著前所未有的海量數據，而且我們也在不斷創造著關于自身的可供掠奪的數據。

Meta將在未來幾周內向美國和加拿大青少年開放Horizon Worlds VR應用程序:金色財經報道，Meta將在未來幾周內向美國和加拿大13至17歲的青少年開放其旗艦Horizon Worlds VR應用程序，以尋求更多的元宇宙用戶。（《華爾街日報》）[2023/4/19 14:12:26]

像Google和Facebook這樣的大公司利用我們的數據成為了當今世界的科技巨頭。然而，最近密碼學的突破和區塊鏈的興起為保護我們的數據和身份信息提供了新方法。零知識證明或許就是答案。

零知識證明的原理

零知識證明是麻省理工學院的研究人員在20世紀80年代提出的一種加密方案。零知識證明協議是指一方可以證明某事對另一方來說是真實的。除了此特定陳述屬實之外，不會透露其他任何信息。

密碼管理平臺LastPass遭到黑客攻擊，用戶密碼恐遭泄露:12月25日消息，LastPass表示，一個未知的黑客利用之前他們在2022年8月披露的事件中獲得的信息訪問了一個基于云的存儲環境，一些消息來源代碼和技術信息被盜，并被用于攻擊另一名員工，以獲取用于訪問和解密基于云存儲服務中的某些存儲憑證和密鑰。

LastPass已經確定，黑客一旦獲得云存儲訪問密鑰和雙存儲容器解密密鑰，就會從備份中復制信息，其中包含客戶賬戶信息和相關元數據，例如公司名稱、最終用戶名稱、賬單地址、客戶訪問LastPass服務時使用的電子郵件地址、電話號碼和IP地址。 此外，黑客還能從加密存儲容器中復制客戶保險庫數據的備份。

黑客可能會嘗試使用蠻力猜測用戶的主密碼并解密他們獲取的保險庫數據副本，還可能針對與LastPass保險庫關聯的在線帳戶進行網絡釣魚攻擊。[2022/12/25 22:06:07]

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SBF：FTX新任CEO的證詞是”錯誤的”:金色財經報道，FTX創始人Sam Bankman-Fried 的創始人（SBF）在接受The Block采訪時表示，FTX 新任首席執行官John J Ray III的證詞是“錯誤的”。在 11 月 17 日的破產證詞中，Ray 斥責 FTX 的不良記錄和不可信的財務信息，稱該公司沒有對其數字資產進行適當的賬簿、記錄或安全控制，甚至沒有完整的員工名單。

SBF對此表示，盡管John Ray抱怨公司記錄保存不善，但文件仍然存在，某些情況下，據說XYZ不存在，而我正在看著 XYZ 的副本，我反對零財務控制的說法，如果你試圖接管一家公司并拒絕與參與經營該公司的任何人交談，在短時間內了解任何相關數據在哪里是非常困難的。[2022/12/6 21:24:52]

例如，當前網站將用戶密碼的Hash散列值儲存在其web服務器中。為了驗證客戶端是否真的知道密碼，大多數網站目前使用的方法是要求客戶端輸入密碼的hash散列，并將其與儲存的結果進行比較。

Space and Time CEO：完全去中心化可能永遠都不會發生:金色財經報道，Web3 數據倉庫平臺Space and Time 首席執行官 Nate Holiday在 Chainlink SmartCon 大會期間接受采訪稱，完全去中心化可能永遠都不會發生，該公司最近完成了微軟旗下 M12 基金參投的 2000 萬美元戰略輪融資，使用一種被稱為“SQL 證明”的協議。不過，盡管 Nate Holiday 對 SQL 證明的未來及其在企業中的使用持樂觀態度，但他承認完全去中心化可能不會發生，他解釋說，“這些集中式數據庫可能永遠不會去中心化，但問題是，一個集中式數據庫是否足夠好，因為它們運行 SQL 證明，所以可以擁有無需信任的查詢結果？未來的答案可能在多鏈，多鏈世界可以將各種集中式應用程序（如企業資源規劃 (ERP)、客戶關系管理 (CRM) 和營銷自動化系統）連接到允許開發人員將這些數據庫連接到區塊鏈的橋梁。”（decrypt）[2022/10/12 10:31:36]

零知識證明可以保護用戶賬號不被泄漏。如果可以實現零知識證明，那么客戶端密碼對任何人來說都是未知的，但是仍然可以對客戶端登錄進行身份驗證。當服務器受到攻擊時，用戶的賬戶仍然是安全的，因為其密碼并沒有被儲存在web服務器中。

全球加密貨幣總市值已降至1.1萬億美元以下:金色財經報道，據Watcher.Guru發推稱，全球加密貨幣總市值已降至1.1萬億美元以下。[2022/8/19 12:36:21]

零知識證明可以分為「交互式」和「非交互式」兩種。接下來我們就一一來看看這兩種證明方式有哪些不同。

交互式零知識證明

零知識證明協議的基礎是交互式的。它要求驗證者不斷對證明者所擁有的“知識”進行一系列提問。

例如，如果有人聲稱自己知道數獨游戲的答案，零知識證明的過程就是驗證者需要隨機指定要通過列、行或九個正方形進行驗證。

每輪測試不需要知道具體的答案，只需要檢測數字1~9是否包含在內。只要驗證的次數足夠多，就有理由相信證明者是知道數獨問題答案的。

然而，這種簡單的方法并不能使人相信證明者和驗證者都是真實的。在數獨這種情況下，兩者可以提前串通，以便證明者可以在不知道答案的情況下依然通過驗證。

如果他們想要說服第三方，驗證者還必須要證明驗證過程是隨機的，并且他不會向證明者泄漏答案。

因此，第三方難以驗證交互式零知識證明的結果，要向多人證明某些東西的話則需要額外的努力和成本才行。

非交互式零知識證明

顧名思義，非交互式零知識證明不需要交互過程，避免了串通的可能性，但是可能需要額外的機器和程序來確定實驗的順序。

例如，在數獨這個例子中，由程序決定要驗證的列或行。驗證序列必須保密，否則驗證者可能會在不知道真正“知識”的情況下通過驗證。

區塊鏈上的零知識證明

比特幣和以太坊都是用公共地址來代替當事方的真實身份，使交易部分匿名，公眾只知道發送和接收的地址以及交易的數量。然而，可以通過區塊鏈上可用的各種信息找出地址的真實身份，因此存在暴露隱私的可能。

零知識證明，可以在發送方、接收方和其他交易細節都保持匿名的情況下，保證交易有效。

ZCash可能是成功實現零知識證明的最著名的區塊鏈項目之一。Zcash實現了ZKP的修改版本，被稱為zk-SNARKS，代表Zero-KnowledgeSuccinctNon-InteractiveArgumentofKnowledge

zk-SNARK技術減少了證明的大小以及驗證所需的計算量。它能夠在不泄漏有關地址和相關有價值的任何關鍵信息的情況下證明有效交易條件得到了滿足。

zk-SNARK將需要驗證的交易內容轉換為兩個多項式乘積相等的證明，并結合同態加密和其他先進技術，在執行交易驗證時保護隱藏的交易金額。

其過程可以簡單地描述為：

將代碼拆分為可驗證的邏輯驗證步驟，然后將這些步驟拆分為一個由加法、減法、乘法和除法組成的運算電路；

進行一系列變換，將待驗證的代碼轉化為多項式方程，如t(x)h(x)=w(x)v(x)；

為了使證明更加簡潔，驗證者預先隨機選擇幾個檢查點s來檢查這些點的方程是否為真；

通過同態編碼/加密，驗證者在計算方程式時不知道實際輸入值，但仍然可以進行驗證；

在方程的左邊和右邊，同時乘以一個不等于0的秘密值k。當驗證(t(s)h(s)k)等于(w(s)v(s)k)時，具體的t(s)、h(s)、w(s)和v(s)是不可知的，從而達到保護信息的目的。

但zk-SNARK并不是完美的。當前zk-SNARK實現中的一個缺陷，是需要提前設置參數。如果這些參數被泄漏，那么整個網絡將面臨毀滅性的打擊。因此，在使用這些網絡時，用戶必須堅信參數不會被泄漏。

可能的解決方案包括使用現代“可信執行環境”，如因特爾SGX以及ARMTrustZone。對于因特爾的SGX技術來說，即使應用程序、操作系統、BIOS或VMM受到威脅，私鑰也是安全的。

此外，最近的一份白皮書揭示了它在零知識密碼學方面的創新：ZK-STARKs(零知識可擴展透明知識理論，Zero-KnowledgeScalableTransparentARgumentsofKnowledge)。

根據zk-STARK白皮書，zk-STARK是第一個在不依賴任何信任設置的情況下實現區塊鏈驗證的系統，隨著計算數據的增加，計算速度呈指數級增加。

它不依賴于公鑰加密系統，更簡單的假設使其在理論上更加安全，因為它唯一的加密假設是Hash散列函數是不可預測的。

不可否認的是，零知識證明和zk-S(T|N)ARK技術的測試和采用都將需要一定的時間。但是對于區塊鏈底層開發平臺來說，如何兼顧性能和安全性是至關重要的。也許只有零知識證明等密碼學技術被更多應用的時候，區塊鏈這項技術才能被更好地推動。

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