WOR:去中心化的速度：零知識證明的進步

原文作者:A16z

原文標題:DecentralizedSpeed:AdvancesinZeroKnowledgeProofs

看待技術進步的一種方法是從硬件的角度來看：隨著新需求和用例的出現，芯片制造商會設計專用的GPU、FPGA和ASIC，以針對特定功能和軟件進行優化。從云計算到計算機圖形學、人工智能和機器學習，所有主要的科技行業都已經發展到需要能夠加快計算運行速度和效率的硬件。通常，用于初始功能的芯片會在確定通用模式和開發專用硬件之前一開始會很簡單。理想情況下，隨著時間的推移，這種硬件會變得更便宜，更容易被消費者使用。

這種現象的一個很好的歷史例子是數碼相機的發展。在1960年代，半導體被集成到膠卷相機中，以自動化簡單的功能，例如測光快門速度或根據人們試圖捕捉的光的質量調整光圈大小——但在內存中捕捉圖像的行為還不可能。1970年代數碼相機的第一次實驗是從以下認識演變而來的以硅上的電子形式存在。數碼相機技術的最初輪廓甚至沒有提到百萬像素的概念，但由于當時半導體的限制，相機分辨率相當差：第一臺相機的分辨率約為0.0001百萬像素，圖像從緩沖區傳遞到內存大約需要23秒。百萬像素數量和相機內存之間的權衡一直很緊張，直到1990年代更新的傳感器互補金屬氧化物半導體(CMOS)變得制造成本更低且更主流。

在幾十年的時間里，數碼相機從研究人員設計的可以使用昂貴半導體的黑客裝置發展到價值數萬美元的設備，再到嵌入每部手機中，任何人都可以使用幾百美元或千美元。

馬斯克：去中心化的加密貨幣是對抗貨幣貶值以及政府資本控制的手段:特斯拉CEO馬斯克：去中心化的加密貨幣是對抗貨幣貶值（這也是一種有害的稅收形式）以及政府資本控制的手段。但即使如此，我仍希望解藥的效果能勝過這種頑疾。[2021/5/20 22:26:57]

其他領域也遵循類似的軌跡，從通用硬件到特定應用硬件。加密空間中硬件優化的一個較新的例子是加密貨幣挖礦：當比特幣挖礦于2009年推出時，任何人都可以在標準多核CPU上運行SHA256哈希算法。隨著時間的推移，隨著挖礦業變得更具競爭力，區塊獎勵下降，人們普遍理解為什么人們可能想要一種全球性的、抗審查的貨幣變得更加主流，圍繞開發更高效的挖礦硬件的整個行業發展起來。首先，我們過渡到GPU挖礦，它允許從個位數挖礦并行性擴展到五位數挖礦并行性，從而加快了進程。而今天，用于挖掘比特幣的ASIC礦機可以計算大約90-100terahashes/秒——大約是CPU芯片的50億倍。

換句話說，您可能將挖礦視為一個開始——這是一種概念證明，即去中心化貨幣不僅是可能的，而且是可取的。即使我們處于挖掘ASIC的高級階段，我們仍處于web3硬件將成為的初始階段。隨著區塊鏈吸引了數百萬用戶，并且它們托管的應用程序的復雜性不斷提高，圍繞隱私和可擴展性的兩個關鍵需求出現了。

一個需要確定的關鍵趨勢是，雖然正在為許多這些應用程序開發專用硬件，但也存在優化消費級硬件算法的運動，以努力保護去中心化和隱私。零知識證明可以很好地體現這一趨勢的一個領域。

JustBet將使用ChainLink Oracle優化去中心化游戲平臺:據官方消息，JustBet將通過使用ChainLink VRF來實現防篡改的隨機性，并使用ChainLink Price Feed來實現去中心化自主、高速這兩種安全可靠的Oracle解決方案，為去中心化游戲體驗鋪平道路，增強游戲的安全性和功能性。JustBet是一個去中心化透明、公平的游戲平臺。

ChainLink是通用連接智能合約中使用廣泛、安全的方式，目前在DeFi、保險和游戲領域獲得數十億美元的價值。[2021/4/22 20:48:20]

“零知識證明的簡要概述

零知識證明提供了一種以密碼方式證明特定信息或數據集的知識的方法，而無需實際揭示該信息是什么。零知識證明結構涉及“證明者”和“驗證者”；證明者根據系統輸入的知識創建證明，而驗證者有能力確認證明者在不知道輸入或重新計算自己的情況下真實地評估了計算。零知識證明在當今的區塊鏈中有多種用例——最常見的是在隱私領域或通過計算驗證鏈下狀態轉換來擴展以太坊。有些項目，如Aleo和Aztec，建議同時解決隱私和可擴展性問題。

值得深入了解一下密碼學的進步——就在過去的十年里——這使得所有這些應用程序變得可行、更快，也許最重要的是，抗審查和去中心化。通過結合算法和硬件的進步，生成和驗證證明變得更便宜，計算量也更少。在許多方面，這些進步反映了數碼相機等技術的民主化：你從一個昂貴且低效的過程開始，然后才弄清楚如何讓事情變得更便宜和更快。也許最關鍵的是，零知識算法的進步開始為在服務器和其他中心化環境中生成證明計算提供替代方案。

去中心化資產管理平臺Cook Protocol從Block Dream Fund籌集新資金:金色財經報道，去中心化資產管理平臺Cook Protocol已從由OKEx支持的新投資機構Block Dream Fund籌集了資金。據悉，Block Dream Fund由OKEx于2021年2月推出，初始資金為1億美元。有了新資金，Cook Protocol將在迅速發展的資產管理工具領域中確立自己的地位。[2021/3/16 18:50:41]

證明設置涉及對一組多項式的計算進行門控的算術電路；當您嘗試擴展由這些多項式表示的信息量時，這些門控會變得更加復雜。理想情況下，您希望證明者的可能輸出范圍非常大，以降低證明者能夠通過計算蠻力達到驗證者預期的相同數字的可能性。通過增加這些數字，您可以提高證明的概率安全性，就像在工作量證明挖礦中一樣。然而，大量的輸出可能非常昂貴并且生成起來計算速度很慢。這就是在證明算法和硬件方面取得進步的地方。

zkSNARKs于2011年首次推出，是這些進步的關鍵因素。zkSNARKs本質上使得有效地擴展可門控多項式的數量、解鎖速度和零知識證明的更復雜的潛在應用成為可能。

zkSNARK的“SNARK”部分代表“SuccinctNon-InteractiveArgumentsofKnowledge”，在web3情境下最關鍵的詞是“簡潔”和“非交互式”。zkSNARK中的證明只有幾百個字節，這使得驗證者可以輕松快速地檢查證明是否正確。非交互式組件也很關鍵：非交互式證明使驗證者無需質疑證明者提交的陳述；在區塊鏈環境中，這將需要客戶端來回使用驗證器，這將是耗時且難以構建的。需要注意的是，在首次引入zkSNARK時，并未提及將其用于保護隱私的區塊鏈或擴展交易的想法；原始論文提出了諸如第三方有效地在大量數據上運行計算，而無需下載或編譯數據集。雖然這個例子在理論上類似于隱私和擴展的用例類型，但該領域的人們花了幾年時間才將zkSNARKs應用于加密貨幣。

觀點：加密業務應該先建立良好的產品和用戶基礎，再實現去中心化:CryptoBriefing文章稱，為了讓Web 3.0成功，首先需要集中化。去中心化長期以來是加密市場的熱門詞匯。因此，這個萌芽的生態系統中的公司被期望從第一天起就實現這種精神。不幸的是，由于創建真正的分布式網絡帶來嚴重的權衡問題，可能會給早期初創企業帶來問題。在技術進步之前，加密初創公司一直面臨可擴展性三重困境。這個問題表明，在可擴展性、安全性和去中心化方面，創始人和開發人員只能擁有三者中的兩個。更重要的是，未能充分實現這三個特征可能會招致加密社區的憤怒。專注于DeFi的風險投資基金Framework Ventures聯合創始人Michael Anderson建議以逆向思維方式來思考加密業務應該如何發展。作為理性主義者，他認為最開始的集中化有利于新協議。“先建立良好的產品和用戶基礎，然后進行去中心化。”例如，Synthetix以類似方式開始，Synthetix基金會持有每份合約的密鑰。基金會也是唯一能夠執行協議升級的實體。但隨著協議的發展，Synthetix已開始轉向DAO治理模型，ProtocolDAO執行所有主要的治理決策。（CryptoBriefing）[2020/4/23]

“零知識證明沖擊區塊鏈

第一個實現zkSNARKs的加密協議是Zcash，這是一種2014年開發的私人支付加密貨幣。Zcash是一個基于比特幣UTXO模型的工作量證明挖礦網絡，是一個特別值得一看的例子，因為它的改進說明了方式其中密碼學的改進導致了更具可擴展性的隱私形式。Zcash實現的原始協議Sprout協議使用SHA256壓縮函數創建橢圓曲線；雖然這在密碼學上是安全的，但它也是時間和內存密集型的；生成證明可能需要幾分鐘時間，并且需要大約3KB的內存。幾年后，Zcash核心團隊開發了一種新的哈希，Bowe-Hopwood-Pedersen，以取代SHA256，并在2018年將Zcash從Sprout轉換為Sapling協議。除了更新的哈希之外，該團隊還使用了不同的電路Groth16證明系統，并重新設計了他們處理網絡中帳戶的方式。這導致了大約2.6秒的證明時間和40MB的內存，使得從手機生成證明成為可能。

現場 | Ethfinex聯合創始人：未來去中心化交易所交易速度會進一步提高:今日在巴黎區塊鏈周峰會主題為“去中心化交易所-邁向去中心化金融的一步”的圓桌討論上，Ethfinex聯合創始人Will Harborne表示，流動性對于交易所而言固然是重要因素之一，但除此之外，相比中心化交易所，去中心化交易所能夠確保用戶交易的資產在自己的掌控之下，不會面臨在中心化交易所交易可能造成資產永遠丟失的風險。未來通過側鏈、狀態通道等技術，去中心化交易所的交易速度會進一步提高，交易費用更加低廉。[2019/4/17]

Zcash的升級說明了兩個有趣的概念，這些概念在零知識證明系統的改進中仍然存在。首先是你可以結合不同的配對和證明系統來解鎖效率。人們可能會將證明電路、曲線、約束系統和承諾方案的庫視為可以互換的成分，以創建具有不同速度、效率和安全假設的“零知識配方”。第二個是隱私是這些改進的動力——如果證明不是在設備上生成的，則需要將其發送給第三方才能生成。這可能會泄露有問題的私人信息，因為您的“私人輸入”需要以明文形式發送。我們可以將Zcash視為一個早期跡象，表明通過算法改進可以非常快速地優化用戶友好性和去中心化。更新的項目，如保護隱私的加密貨幣IronFish，進一步推動了這種去中心化的價值，讓任何人都可以直接從他們的網絡瀏覽器挖礦和運行節點。

“PLONK進入該領域

2019年，ArielGabizon、ZacWilliamson和OanaCiobotaru發表了一篇論文，提出了PLONK，這是一種具有多項關鍵進步的新證明系統。第一個重大突破是PLONK只需要一個單一的、通用的可信設置——在初始中，證明者和驗證者對給定的零知識證明系統使用公共參考字符串。

正如VitalikButerin在他的《了解PLONK》一文中解釋的那樣，一個單一的受信任設置是可取的，因為“不是為您想要證明的每個程序都有一個單獨的受信任設置，而是為整個方案提供一個單獨的受信任設置，然后您可以將該方案與任何程序一起使用。”雖然Zcash必須為其證明系統的每個實例化執行可信設置，但PLONK設置可以執行一次，并由任意數量的項目永久使用。2019年，AztecNetwork舉辦了一場值得信賴的成立儀式，有176名參與者；這個方案不僅被Aztec使用，而且被其他尋求基于零知識證明的解決方案的團隊使用，包括MatterLabs/zkSync、Mina和即將到來的Zcash更新。

PLONK之所以有用還有另一個原因：它們提供了相對較快的證明時間；證明作者進行的測試發現，消費級計算機可以在23秒內生成證明。一個重要的警告：重要的是要注意這些只是基準，而今天實施的PLONK證明可能需要更長的時間才能生成。這是因為許多實現PLONK證明的團隊正在將它們應用于零知識Rollup，這需要將數千個鏈下交易聚合到一個單一的證明中。這些交易通常由計算量大的證明者處理，然后將這些交易的記錄發送到定序器，以便在以太坊的主網上發布。

在查看Rollup時，會出現一些有趣的問題，這些問題圍繞著您如何以及在何處定位去中心化。MatterLabs采用的一種方法是使用zkPorter，這是一種用于Rollup的第二種賬戶類型，其數據可用性保持在鏈下。當zkPorter上線時，人們可以選擇在zkSync上進行交易，它提供了L1以太坊的完全安全性，或者在zkPorter上交易，每秒可以達到20,000筆交易。至關重要的是，zkPorter被構建為一個權益證明網絡，它將使用持有代幣的“監護人”來跟蹤鏈下狀態，這將節省幾個數量級的交易成本，同時仍然提供強有力的安全保證。雖然MatterLabs還沒有針對證明人的去中心化，但網絡級別的去中心化是Rollup可以優先考慮中立性的另一種關鍵方式。隱私保護Rollup公司Aztec談到了一種聯合他們的證明者網絡的方法，允許從手機或計算機生成證明。值得注意的是，所有這些提議都還處于早期階段，團隊仍在迭代他們的方法。

其他以硬件為中心的基于區塊鏈的隱私方法包括Worldcoin，它使用零知識證明系統Semaphore創建一種去中心化的、抗女巫的貨幣。為此，Worldcoin接收者通過一個球體掃描他們的虹膜，以驗證個人只注冊了一次Worldcoin。至關重要的是，Worldcoin不會存儲或泄露用戶的私人信息。要注冊Worldcoin，人們需要在手機上生成一個Semaphore公鑰，將密鑰以QR碼的形式呈現給球體，然后用Worldcoin的球體掃描他們的虹膜并輸出哈希輸出。Worldoin然后驗證哈希與已經生成的哈希不匹配，確保一個人只經歷一次注冊過程。通過使用哈希而不是存儲生物特征數據，Worldcoin能夠使用零知識證明來保護用戶隱私。

“那么可以建造和將要建造什么？

站在技術革命的尾聲并宣布其帶來的巨大經濟和社會變革是不可避免的，這很容易；今天，一個人手里拿著一部iPhone，它擁有所有令人驚嘆的功能——攝影、存儲、互聯網訪問、通信——可能并沒有考慮使這項技術成為可能所需的所有進步。同樣難以站在一個尚未解決的大規模社會和經濟轉變的開端，也不清楚需要多長時間才能完全實現變革。

我們目前正處于零知識證明方案的一系列進展的早期階段——但就在過去十年中，速度、效率、用戶友好性和去中心化方面的改進令人震驚。我們已經從零知識領域的極少數面向消費者的應用程序發展為在很短的時間內為隱私和可擴展性提供應用程序和區塊鏈的整個生態系統。像這樣的新技術最令人興奮的事情之一是，很難預測對方到底是什么樣子。當每個人都可以通過手機證明完全私密的交易，并選擇托管大量去中心化應用程序的去信任區塊鏈時，會發生什么？還是一個每個人都有權贖回相同的無國界、去中心化貨幣的世界？在我們度過這一轉變的過程中，重要的是要牢記從一開始就指導這個領域的核心價值觀：可訪問性、無需信任，最重要的是去中心化。

感謝SamRagsdale、EddyLazzarin、GuyWuollet、AliYahya和DanBoneh提供的反饋和/或為本文提供信息的討論。

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