非技術研究者入門指南：零知識證明(ZKP)

作者：Varun Shenoy

來源：推特

零知識證明(ZKP)將徹底改變我們對隱私和擴展計算的看法。

本文將為你提供一份快速的入門指南。

盡管ZKP最近才在加密領域中流行起來，但它有着豐富的歷史。

1987年，James Gleick在《紐約時報》上發表了一篇題為“發現一種保護祕密的新方法”的文章。

甚至在區塊鏈出現之前，Gleick就描述了ZKP的可能用途，如保護信用卡號和軍事訪問代碼。

文章中提到的幾位研究人員在幾十年後因為他們在密碼學方面的努力獲得了圖靈獎。

由於缺乏軟件工具、快速硬件和替代方案，ZKP直到現在也沒有成為主流。

這類似於計算和軟件的進步如何使神經網絡蓬勃發展，盡管這些算法已經存在了一段時間。

但ZKP是如何工作的呢？

讓我們將ZKP看作一個黑箱，允許某人證明他們知道一些信息，但不會泄露。

此外，即使相關的計算需要很長時間才能完成，ZKP也可以非常快地得到驗證。

例如：Alice、Bob和Carol正在談話。Alice問Bob一個問題，但不想讓Carol知道答案。

Bob可以用ZKP來回答，這將證實他知道答案，而不會泄露答案。

ZKP總是輸出真或假，從不說謊。

回到現在， ZKP承諾了三個用例。

1. 保護用戶隱私

2. 實現新的透明度

3. 驗證分布式計算的新範式

讓我們一個一個來分析。

先看看最流行的智能合約區塊鏈。

以太坊上的所有交易都是公开的。如果世界金融系統一夜之間轉移到以太坊，你可以看到每個人的工資、交易以及他們與誰互動。

這是一個大問題！

想象一下，如果你所有的Venmo交易都是公开的——這就是以太坊的樣子。

只不過交易不僅僅是朋友之間分配食物。它們可能包括向在受制裁國家的家人匯款或支付醫療費用。

但在Venmo上，你可以選擇將一些交易保密。

ZKP允許區塊鏈參與者靈活選擇他們想要公开和隱藏的交易。

Zcash和Monero等Layer 1區塊鏈默認使用ZKP，並考慮到這些問題。

它們的核心是抵制政府的支付機制。

金融機構可以在不泄露alpha的情況下私下進行加密貨幣投資。

與針對國會議員的投資法類似，ZKP可以在一定時間內隱藏投資，然後通過智能合約在鏈上將其披露。

而且不僅僅是加密領域。

Watson Ladd描述了Cloudflare正在研究如何使用ZKP通過硬件安全密鑰進行更私密的用戶身份驗證。

Cloudflare可是一家為數百萬個網站服務的上市公司！

轉述Katherine Wu在Coinbase的Around the Block播客上說的話：比特幣之於可編程貨幣，就像零知識之於可編程隱私。

這是一個完全新穎的概念!

ZKP還可使財務透明度達到全新的水平。

公司可以有選擇地公开某些付款，以便進行審計追蹤，同時隱藏有關機密客戶、員工工資、承包商、供應商和投資的信息。

此外，金融實體可以被迫提供償付能力證明。

每隔幾周，監管機構就可以要求銀行公布一份ZKP，向所有人證明它們的資產超過負債。

現在，讓我們來看看可驗證計算中的ZKP。

如果你想把一項艱巨的任務交給更適合做這件事的機器，該怎么辦呢？如果你不相信那臺機器的結果，因為它是由第三方運行的呢？

你可以要求機器提交一份ZKP！

目前，區塊鏈的一個大問題是可擴展性。使用rollup是一種解決方案。

區塊空間是昂貴的。ZK-rollup將原本位於主鏈上的計算轉移到成本更低的計算環境中。最後，只有簡短的ZKP被提交到主鏈。有的L1區塊鏈專門使用ZKP的簡捷性進行擴展，如Mina Protocol。

想象一下，區塊鏈的整個狀態存儲在一組跨節點共享的ZK證明中，並以並行方式更新。你可以在幾秒鐘內設置一個新的節點！

但是天下沒有免費的午餐。ZKP的優勢是什么，為什么現在是它們的時代？

還有其他替代方案。例如，optimistic rollup(Arbitrum和Optimism)為已經上线主網的zk-rollup提供了更可擴展的選擇。

一旦ZKP達到更快的證明速度，我們就可以看到zk-rollup超越其他選擇。

ZKP涉及復雜的計算，其中許多是以前沒有必要進行的計算。這使得硬件成本高昂。

例如，在以太坊上驗證單個ZKP的成本可能高達~500K gwei。

由於類似的原因，ZKP驗證的成本也很高。

工程師們正從兩個方面努力解決這些問題。

1. 為ZKP設計更好的定制硬件。

2. 為ZKP構建性能更高(更容易使用)的軟件和工具。

這兩個拐點將為ZK的未來提供完美的助力。

gakonst正在Paradigm探索使用FPGA和ASIC實現ZKP硬件加速。

Ingo_zk有一整套用於在AWS上使用FPGA的工具包，可以使ZK更加便宜和快速。

AleoHQ和Starkware正在為構建ZK電路开發更好的工具和語言。

小結：

在用戶隱私方面，ZKP提供了新的選擇層。

分布式計算的未來將依靠ZKP以一種去信任的方式將密集的工作交給第三方。

ZKP开發者工具仍然很新。現在是开始構建的最佳時機。

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