zkSync:零知識證明系統先行者zkSync

前言

關注區塊鏈的朋友，經常會在圈子里面看到有關零知識證明的信息，而zksync、mina等知名項目都是使用到了零知識證明的相關技術。

而實際上，這并不是什么新技術，早在1985年，由MIT教授ShafiGoldwasser，SilvioMicali和密碼學大師Charles在《TheKnowledgeComplexityofInteractiveProof-Systems》論文中提出。

正是這篇文章提出了零知識證明這個偉大概念，并逐步成為了現代密碼學理論的根基之一，而ShafiGoldwasser和SilvioMicali也于2012年獲得了有“計算機界諾貝爾獎”之稱的圖靈獎。

什么是零知識證明

零知識證明指的是證明者能夠在不向驗證者提供任何有用的信息的情況下，使驗證者相信某個論斷是正確的。或許這樣的描述還不夠通俗，其實在我們日常生活中，也經常會有零知識證明的身影。

零知識證明Layer 2 CryptoGPT完成1000萬美元融資:金色財經報道，零知識證明 Layer 2 CryptoGPT 以 2.5 億美元估值融資 1000 萬美元，DWF Labs 領投。新資金將用于在全球范圍內發展其開發團隊，并在亞洲市場建立區域影響力。[2023/4/11 13:55:25]

例1:

比如我有一個車子，我要向你證明我有車子的鑰匙能打開車門。

在這里，我要證明的論題是：我有這個車子的鑰匙，第一種做法是，我直接當你的面用車鑰匙打開車門，還有一種做法是，我直接拿出車里面的東西給你看。

第一種方法你直接看到鑰匙開門的過程，這不算零知識證明，因為你看到了鑰匙。

第二種方法，驗證者并不需要知道我用鑰匙開門的過程，也能判斷出我有這個車子的鑰匙，整個過程我們認為驗證者對于鑰匙是零知識的。

Aleo與Forte達成合作，以將零知識證明解決方案帶入鏈游:3月8日消息，零知識隱私應用平臺Aleo與區塊鏈游戲平臺Forte達成合作，旨在為鏈游帶來零知識證明解決方案，希望以此推動低成本交易。

Forte將使用Aleo的可擴展架構來解鎖新的游戲玩法深度，并構建更具包容性和沉浸式的游戲生態系統。Forte已經在使用Aleo的技術在多個游戲經濟中鑄造、轉移和交易NFT，以服務于現有的真實世界用例。

今年2月初，加密初創公司Aleo Systems Inc（簡稱Aleo）宣布完成2億美元B輪融資，SoftBank和Kora Management領投，Andreessen Horowitz（a16z）、Tiger Global、Samsung Ventures等參投。

去年5月，Forte獲得1.85億美元A輪融資，估值10億美元。此輪融資由風險投資基金Griffin Gaming Partners領投，Union Grove Venture Partners、Andreessen Horowitz（a16z）、Battery Ventures、早期風險投資公司Canaan等參投。（VentureBeat）[2022/3/9 13:45:18]

例2:

Filecoin：Filecoin網絡已成為最大的零知識證明網絡:Filecoin發表博客稱，目前Filecoin已成為最大的零知識證明（zk-SNARK）網絡。據官方數據顯示，目前Filecoin網絡每日會運行6至7百萬次零知識證明，每一個零知識證明中包含了超過1億個約束電路證明。目前Filecoin網絡的可信配置已支持最高128M大小的電路證明，單個證明最大已超過100M，而Zcash最高僅支持2M。此外，目前Filecoin實現了通過SnarkPack將10個零知識證明捆綁至單次證明中，并正在研究零知識證明聚合以實現將數千個零知識證明聚合至單次證明中。硬件支持方面，Filecoin將零知識證明中高度可并行化的部分交由GPU完成，將CPU和內存釋放出來進行較為復雜的計算，進一步提高了零知識證明的效率。[2021/7/14 0:51:01]

A是紅綠色盲，B是正常人，現在有一個紅球和一個藍球，除了顏色，其他大小質地等其他因素完全一樣，因為A是色盲，他看到的這兩個球是一樣的，那B如何才能讓A相信這兩個球是不一樣的顏色呢？具體要怎么來做呢？

以太坊ZK Rollup擴容方案Hermez Network正在開源零知識證明模塊:據官方消息，以太坊ZK Rollup擴容方案 Hermez Network表示，正在開發一個名為Rapidsnark新的zk-SNARKs零知識證明模塊，目前已經發布并開放了源代碼。[2021/2/2 18:43:40]

很簡單，B可以把兩個球都給A，A分別一只手拿一個球，并藏在自己身后，A自己決定要不要交換兩只手的球。

然后A再把兩只手的球拿給B看，B只需要判斷是否交換球即可，當然一次并不能證明，但如果我們猜100次呢，1000次呢，如果100次，甚至1000次B都能正確猜對是否交換兩個球，那A就可以推斷出這兩個球的顏色是不一樣的了。

在整個過程中，A都不知道球的正確顏色，所以我們認為A對于球的顏色是零知識的，但是A卻通過這樣的方式正確推斷出這兩個球的顏色不一樣。

動態 | 全新零知識證明論文被IEEE學術會議收錄 或能抵抗量子計算機:由四位研究人員共同發表的論文透明多項式委托及其在零知識證明中的應用被第 41 屆電氣電子工程師學會安全隱私學術會議（IEEE S&P 2020）接受，其作者之一的Yupeng Zhang在推特上公開了該消息，他來自于德克薩斯州農工大學，另外三名作者來自于加州大學伯克利分校，分別是Jiaheng Zhang、Tiancheng Xie和Dawn Song （宋曉冬），宋曉冬教授也是區塊鏈隱私計算平臺Oasis Labs的創始人。據Yupeng Zhang介紹，該論文提出了一個全新且透明的零知識證明機制，可以提供非常快的驗證時間，也不需要可信設置（trusted setup）。論文中介紹到，該零知識證明機制僅使用了輕量級的加密算法比如抗碰撞的哈希函數，所以也可能是量子安全的。[2019/12/26]

零知識證明的性質

上面的兩個例子著重強調了零知識證明的“零知識”這個特性，但零知識證明作為一種證明手段，它也應該具備證明的基本性質：一是足夠有說服力，而是無法作假。

具體而言，一種零知識證明的方法需要具備如下三個性質：

完備性：若證明方確實掌握了某論斷的答案，則他肯定能找到方法向驗證方證明他手中掌握的數據的正確性，即真的假不了。

可靠性：若證明方根本不掌握某論斷的答案，則他無法說服驗證方他手中所謂答案的準確性，即假的真不了。

零知識性：驗證方除了知道證明的結果外，對其他信息一無所知。

當然，現實生活中，還有很多這樣的例子，我們不一一列舉，用到零知識證明的項目很多，這里我們一起來了解一下zkSync，zkSync是基于ZKRollup架構的低成本擴容協議，主要通過零知識證明和數據可用性保障用戶資產安全。

zkSync的整體架構工作過程

Watcher負責監控zkSync合約交易，Sender發送zkSync智能合約的交易，而MemPool負責收集交易。

整個過程會產生兩種交易：L1交易和L2交易。

BlockProposer將交易打包，并更改世界狀態(PlasmaState)。在世界狀態更改后，通過BlockCommitter生成證明需要的信息。具體到存款和轉賬流程如下：

存款

1、用戶調用L1zkSync智能合約存儲資金，該交易發生在L1；

2、Watcher監控L1存款交易，當交易發生時則會放入Mempool中，該過程一般會經過10個區塊確認，但實際使用中，可能需要更長時間L1的充幣交易才會在L2中生效；

3、BlockProposer處理Mempool交易打包，并提交StateKeeper更新賬本，充幣交易的狀態隨之變化。

轉賬

1、當用戶想要使用L2低成本快速轉賬時，調用zkSyncAPI提交轉賬交易；

2、交易同樣會按照流程Mempool-->BlockProposer-->StateKeeper進行流轉；

3、最終StateKeeper通知BlockCommiter收集生成零知識證明所需信息，調用PlonK證明系統生成零知識證明后，借助Sender將存款和轉賬等交易數據，以及將對應的零知識證明提交到L1的zkSync智能合約驗證，等待L1交易確認后，Watcher會通知L2更新交易狀態為最終確認。

zkSync采用PlonK零知識證明系統，其中包括ProverServer和ProvingClient，在電路設計上，非常巧妙的將交易分割成一個個小的通用處理單元。

一個Operation對應的證明電路邏輯支持所有可能交易的Operation邏輯。多個有關聯的Operation電路組成交易電路。

多個交易的電路再組合成區塊電路。從而，在固定大小的區塊中也能包含不同組合的交易。zkSync開源了PlonK算法的驗證電路，能進行多個PlonK證明。

相關代碼鏈接如下：

https://github.com/matter-labs/recursive_aggregation_circuit

而在整個充幣和轉賬過程中，zkSync并不需要獨立生成新賬戶，zkSync的L2賬戶和L1賬戶是一一對應的，“共享”一份私鑰，準確的說，L1的私鑰的ECDSA簽名的結果作為L2賬戶的私鑰。

這樣在使用的時候很方便，我們直接使用L1的地址就可以在L2上完成充幣，轉賬或者提幣的操作。

總結

截止目前，imToken和gitcoin已經深度集成了zkSync，后面還會有更多的項目接入，而隨著ETH交易量的高速增長，交易的擁堵和高昂的礦工費必將促進Layer2賽道的競爭，zkSync作為零知識證明系統應用的先行者，或許值得期待。

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