ARK:從技術原理出發 批判“加密顯學”零知識證明_區塊鏈存證說法錯誤的是

原文：《CriticismonZK》bymsfew

*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。

火幣論壇對話汪弘彬：從技術層面來說，區塊鏈將在金融領域發揮領先作用:新加坡時間12月30日下午，歐洲貨幣機構投資者集團大中華區CEO汪弘彬做客火幣論壇，以“回顧與展望，從疫情到復蘇”為主題，與火幣商務副總裁Ciara探討在疫情的持續影響下，企業該如何進行數字化轉型。

汪弘彬認為，疫情推動了數字浪潮的發展，從技術層面來說，區塊鏈和加密貨幣行業將在金融領域發揮領先作用，并且會迅速成長為不同于大數據、人工智能和物聯網的另一種新技術，未來勢必會有很大的發展空間。比特幣在2020年表現突出。但如果比特幣要成長為更成熟的資產類別的話，必須要經歷一系列的周期，比特幣至今還沒有一個完整的周期。成熟的機構投資者要了解這一點，然后再進入這個市場。

“據我個人觀察，比特幣的資產類別變得愈來愈清晰了，這會吸引越來越多的機構進入這個市場，但我們還是要從宏觀角度來看比特幣整體周期的發展。但從長遠來看，我對這類資產很樂觀。”汪弘彬最后總結道。[2020/12/31 16:08:51]

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。

聲音 | 王和：未來區塊鏈將從技術的范疇走向社會的范疇:12月5日，第四屆智能金融國際論壇暨2019金融界“領航中國”年度盛典在北京盛大召開，逾千位精英學者、數百家金融機構共同聚首，探討中國和世界的“大變局、大視野、大未來”。在圓桌討論“新技術 新革”上，中國人民財產保險公司原監事長王和參與討論。當前區塊鏈具有戰略性的機遇，同樣重要的是具備更多應用場景的就是5G技術，對此，王和表示，區塊鏈技術到已經走過了十年。在中國基本上經歷了三個階段，首先是是2009年、2010年以比特幣為代表的周期。第二個階段是2016年至2018年，區塊鏈迅速的走進大眾視野，多種類數字貨幣出現。第三個階段是從今年下半年，到2020年將開啟的全新時代。關于區塊鏈的未來，王和認為，未來區塊鏈對于人類社會的影響，要比現在想象的更為廣泛和深刻，未來也將迎來新一輪的區塊鏈發展的新歷史時期。 盡管區塊鏈技術現在還面臨的很多的瓶頸，但要有足夠的信心、想象力和技術跨越這些困難。 最后，未來區塊鏈和5G的結合，可能將給我們帶來全新的概念：速度等于可能。數字經濟時代，速度將成為一個國家的核心競爭力，5G無疑是速度的代表。[2019/12/5]

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。

聲音 | 孚鏈科技創始人趙偉：區塊鏈從技術、模式、組織、融資對行業有所創新:金色財經現場報道，今日，2018中國國際區塊鏈產業融合峰會暨區塊鏈產品與應用展在石家莊舉行，在以《新時期下區塊鏈技術賦能實體與應用結合》為題的圓桌論壇上，孚鏈科技創始人、清華經管創業協會秘書長趙偉表示，區塊鏈不完全是一種技術，同時也是一種思想。區塊鏈對行業的影響可以形容為四個創新，分別是技術創新、模式創新、組織創新和融資創新。關于企業的模式創新，區塊鏈通過利益相關的模式，把一些消費者可能也拉入了甚至成為股東的角色里面去。[2018/9/21]

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。

原中央國家機關工委信息中心主任徐成濤：區塊鏈的核心意義在于第一次能夠從技術層面建立信任關系:中新網北京4月27日電 區塊鏈與產業互聯網融合應用60人論壇26日晚在北京落幕。原中央國家機關工委信息中心主任徐成濤認為，區塊鏈的核心意義在于，人類有史以來第一次能夠從技術層面建立信任關系。“相信區塊鏈能推動我國的電子政務事業更上一層樓，期待越來越多的政務區塊鏈應用案例在我國落地生根，為數字中國、智慧社會建設做出積極的貢獻。”[2018/4/27]

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。

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：

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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