歐科雲鏈OKLink鏈上科普（三）：區塊鏈的隱私性和擴展性離不开“零知識證明”這項技術

2023-08-28 16:08:25

在區塊鏈技術演變過程中，有兩個關鍵問題始終繞不過去：隱私與擴容。當我們探尋這兩個問題的“標准解法”時，卻發現它們都離不开一種技術，那就是：零知識證明。什么是零知識證明？它又是如何解決區塊鏈隱私與擴容難題的？

1、什么是零知識證明？

1985年，來自MIT的S.Goldwasser、S.Micali 及 C.Rackoff 在研究論文《互動式證明系統的知識復雜性》中首次提出零知識證明。這是一種用於證明者在不泄漏任何有效信息的情況下證明其知識正確性的驗證協議。

為了方便理解，不妨舉個例子：

小O擁有一個帶密碼的盒子，他想在不告訴小K真正密碼的情況下，讓他相信自己知道盒子密碼。那怎么做呢？

小O想出了一個辦法：他讓小K寫下一個全世界只有他才知道內容的紙條，然後由小K親手放進打开的盒子中並鎖上。然後小O將盒子拿走後利用密碼取出小K放在盒子裏的紙條，第二天再將紙條給到小K。在這個過程中，小K並沒有得知任何此前自己不知道的信息(盒子的密碼)，但還是必須相信小O知道密碼這件事情。這個驗證過程就是零知識證明。

簡單來說，零知識證明就是以最小的信息交換量在雙方之間建立信任，在不透露更多信息前提下，A可以向B證明某件事/某個結論是正確的。

根據證明過程中的交互方式，可分為“交互式零知識證明”和“非交互式零知識證明”兩大類。

交互式零知識證明，是指為了證明某件事，證明者需要和驗證者反復互動，就像是測謊儀一樣：驗證者不斷提出問題來挑战證明者承諾的真實性，證明者則需要不斷回應這些挑战，直到使驗證者相信。其流程如下所示：

早期的零知識證明都是交互式的。這種方式很直接，但過程冗長且效率低下：雙方必須同時在线完成驗證，並且每次只能取信於一個驗證者，如果要取信多人，則要重復上述過程。這個過程，想想就累。

於是，非交互式零知識證明出現了。在非交互式零知識證明中，證明者和驗證者提前約定驗證規則，證明者按照承諾提供數據，驗證者則可隨時驗證這些數據的正確性。這種非交互式驗證，雙方不用同時在线，並且證明者只需要提供一次證明。實際場景中應用的基本都是非交互式零知識證明，比如ZK-SNARK和 ZK-STARK。

2、零知識證明在區塊鏈世界有什么用？

零知識證明在區塊鏈世界主要被用來解決兩類問題：隱私性與拓展性。

(1)隱私性

零知識證明的重要應用成果之一是2015年推出的可實現隱私交易的Zcash項目。除Zcash這類匿名幣外，零知識證明在區塊鏈金融、鏈上投票、身份驗證等場景中也能發揮作用。

在區塊鏈金融應用中，零知識證明允許參與者們靈活選擇他們想要公开和隱藏的交易與信息。例如，公司可以有選擇地公开某些付款以便審計追蹤，同時隱藏機密客戶、員工工資、承包商、供應商等隱祕信息。

進行鏈上投票時，零知識證明也能允許參與者進行匿名投票，並驗證投票結果有效性。

此外，零知識證明還能幫助用戶在不暴露具體身份信息的前提下實現身份驗證。以太坊上的Polygan ID就採用了零知識證明驗證方案，既幫助用戶保護隱私，同時滿足監管要求的KYC驗證規範，用戶可自由選擇何時以及共享哪些數據。

(2)拓展性

區塊鏈因性能限制難以滿足市場需求而亟需擴容，基於零知識證明的ZK Rollup擴容方案則被視為 Layer2擴容的終極方案。ZK-Rollups通過將計算轉移到鏈下來提高區塊鏈吞吐量，即將大量交易打包到一個Rollup區塊內，並在鏈下基於零知識證明生成一個有效性證明，Layer 1上的智能合約只需驗證該證明即可直接應用新狀態，從而實現更低Gas和更高安全性。

基於ZK-SNARKs技術的zkSync和基於zk-STARKs技術的StarkNet是目前最具代表性的ZK-Rollups項目。

其中，zkSync由是Matter Labs在2018年推出的一款 Layer2 擴容方案，通過採用基於零知識證明的Rollup提升以太坊網絡的可拓展性。今年2月，zkSync宣布zkSync Era主網正式上线，歐科雲鏈OKLink多鏈瀏覽器隨後率先接入zkSync主網數據，成為全網首個支持zkSync網絡的多鏈瀏覽器。

StarkNet是由以色列軟件公司 StarkWare 开發的免許可Layer 2網絡，通過使用zk-STARKs技術可幫助 DApp以更低的交易成本實現更大計算規模。自2021年11月啓動主網後，StarkNet生態系統快速發展，目前已有100多種Dapp及服務，涵蓋DeFi、NFT、錢包、跨鏈橋等不同類別。作為ZK Rollup賽道中估值最高和市場份額佔比最大的項目之一，StarkNet的發展備受關注。歐科雲鏈OKLink多鏈瀏覽器也將於近期上线StarkNet瀏覽器，為所有關注和參與StarkNet生態和Layer 2建設的用戶提供更全面和更豐富的鏈上數據洞察及服務。