區塊鏈:一覽零知識機器學習ZKML的優勢和挑戰

區塊鏈技術和機器學習作為兩個備受關注的領域，分別以其去中心化的特性和數據驅動的能力引領著技術的進步。區塊鏈技術中的 ZK（零知識，Zero-Knowledge，下文簡稱 ZK）是密碼學中的一個概念，指的是一種證明或交互過程，其中證明者能夠向驗證者證明某個陳述的真實性，而不泄露任何有關這個陳述的具體信息。ML（機器學習，Machine Learning，下文簡稱 ML），是 AI 的分支領域。機器學習從輸入數據中學習、總結形成模型并能做出預測和決策。

在這一背景下，結合兩者的 ZKML（Zero-Knowledge Machine Learning 零知識機器學習）在近期蓬勃發展。ZKML 將零知識證明的隱私保護和驗證能力與機器學習的數據處理和決策能力相結合，為區塊鏈應用帶來了全新的機遇和可能性。ZKML 為我們提供了一種同時保護數據隱私、驗證模型準確性和提升算力效率的解決方案。

本文將深入介紹 ZKML，了解其技術原理和應用場景，與開發者們一起探索這個令人興奮的交叉領域，揭秘 ZKML 如何構建隱私性更加完備、更具安全性和高效性的數字化未來！

零知識證明與機器學習能在區塊鏈上結合的原因有二：

一方面，ZK 的零知識技術不僅希望能實現鏈上交易的高效驗證，ZK 的開發者也更希望 ZK 能用在更廣闊的生態領域中，ML 的強大 AI 支持，成為 ZK 應用生態擴展的極佳助力者。

金色晨訊 | 10月16日隔夜重要動態一覽:21:00-7:00關鍵詞：Filecoin、美聯儲、Compound、CBDC

1.Filecoin官方：主網運行穩定并進入啟動后監視期。

2.美國國家安全委員會將DLT列入關鍵技術候選名單。

3.美聯儲監管副主席：美聯儲致力于研究數字貨幣。

4.加拿大央行副行長：央行應該為CBDC做好準備。

5.Compound社區投票通過提案027。

6.CME比特幣期貨10月合約收報11595美元。

7.美股三大股指收盤均下跌 區塊鏈概念股漲跌各異。

8.近785枚Bitfinex被盜比特幣轉入未知錢包。

9.比特幣持續上漲，日內最低報11366.35美元，最高報11620美元。[2020/10/16]

另一方面，ML 模型從開發到使用的全流程都面臨著信任證明問題，ZK 能幫助 ML 實現不泄露數據和信息的前提下實現有效性的證明，解決 ML 的信任困境。ZKML 的結合，是兩者各取所需、雙向奔赴，也將為區塊鏈生態添加動能。

ML 有大量信任問題需要解決，各個工作流程的準確性、完整性、隱私性需要被證明。ZK 剛好能在確保隱私性的前提下有效驗證任何類計算是否正確運行，很好地解決了機器學習長期存在的信任證明問題。模型的完整性是 ML 訓練過程中的重要信任證明問題，但 ML 模型訓練和使用的數據和信息的隱私保護同樣重要。這使 ML 的訓練難以通過第三方審計監管機構完成信任證明，去中心化的零知識屬性的 ZK 是與 ML 具有極高匹配性的信任證明路徑。

金色晚報 | 9月25日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：韋氏評級、MakerDAO、灰度、美國國稅局、外灘大會、歐洲央行

1. 韋氏評級：建議用戶不要接觸USDT，USDC現在是首選穩定幣。

2. 中國互金協會：警惕虛擬貨幣傳銷騙局。

3. MakerDAO創始人：貸款平臺的Dai存款代幣將成為Maker最具擴展性抵押品。

4. 美國國稅局計劃對加密資產問題進行重新定位。

5. 灰度增持比特幣至43.95萬枚，資產管理總額達57億美元。

6. 當前以太坊上穩定幣流通量達150.6億美元。

7. AlamedaResearch通過單筆交易鑄造了2317枚WBTC，創下新紀錄。

8. 歐洲央行管委：預計近期不會發行數字貨幣。

9. 外灘大會發布全國首個基于區塊鏈技術的反洗錢聯防白皮書。

10. 俄羅斯電信監管機構將幣安網站列入黑名單。[2020/9/25]

“AI 提升生產力，區塊鏈優化生產關系”，ML 為 ZK 賽道注入更高的創新動能和服務質量、ZK 為 ML 提供可驗證性與隱私保護，ZKML 雙方在區塊鏈環境中互補運行。

ZKML 的主要技術優勢實現了計算完整性、隱私保護性與啟發式優化結合。從隱私角度上來看，ZKML 的優勢在于：

實現透明驗證

金色晨訊 | 9月23日隔夜重要動態一覽:21:00-7:00關鍵詞：以太坊期權、5億枚XRP、歐洲央行、暗網犯罪

1.超46萬份以太坊期權將于周五到期。

2.CME比特幣期貨9月合約收報10495美元。

3.Ripple聯合創始人將5億枚XRP轉至紐約數字投資集團。

4.數據：比特幣三個月隱含波動率跌至兩個月低點。

5.美股三大股指收盤均上漲 美股區塊鏈概念股漲跌各異。

6.騰訊云區塊鏈產品負責人：各大企業應共同做好區塊鏈標準建設。

7.歐洲央行報告：穩定幣或破壞歐盟市場一體化和互操作性。

8.美國在打擊暗網犯罪的行動中扣押超650萬美元現金和虛擬貨幣。

9.比特幣反彈上漲，日內最低報10446.60美元，最高報10575.83美元。[2020/9/23]

零知識證明（ZK）可以在不暴露模型內部細節的情況下評估模型性能，實現透明和無需信任的評估過程。

數據隱私保障

ZK 可用于使用公共模型驗證公共數據或使用私有模型驗證私有數據，以此保證數據的隱私性和敏感性。

ZK 本身通過密碼學協議，在保證隱私性的前提下確保了某個聲明的正確性，很好的解決了計算正確性證明機器學習在隱私保護上、同態加密機器學習在隱私保護上的缺陷。將 ZK 融入 ML 過程中，創建了一個安全且保護隱私的平臺，解決了傳統機器學習的不足。這不僅鼓勵隱私公司采用機器學習技術，Web2 開發人員也更有動力來探索 Web3 的技術潛力。

金色晚報 | 8月4日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：穩定幣、嘉楠科技、國網寧夏電力、以太坊2.0

1. 穩定幣總市場發行量超130億美元。

2. 嘉楠科技回應人事變動：董事任期到期換屆 公司不存在“幫派”之分。

3. 國網寧夏電力：國內首臺區塊鏈+邊緣計算一體機成功上線。

4. Tether增發1.2億USDT（已授權未發行）。

5. 22 個區塊鏈項目已報名參加 Reddit 以太坊擴容提案。

6. BCH開發者發文嚴厲控訴Bitcoin ABC團隊專斷推進Grasberg算法。

7. 美國國會議員：比特幣的去中心化是其對抗法定貨幣的主要優勢。

8. V神：ETC 51%攻擊證明了PoS的重要性。

9. 以太坊2.0測試網Medalla預計將于晚間21:00啟動。[2020/8/4]

ML 上鏈的算力桎梏與 ZK-SNARKs

在鏈下已經較為成熟的 ML 之所以剛剛進軍鏈上，是因為區塊鏈的算力成本過高。很多機器學習項目因算力限制無法直接在以 EVM 為代表的區塊鏈環境下運行。同時，雖然 ZK 的有效性驗證比重復計算效率更高，但這種優勢僅限于區塊鏈原生的交易數據處理。當 ZK 本就復雜的密碼學運算和交互面臨 ML 的大量運算時，區塊鏈的低 TPS 問題便暴露出來，區塊鏈算力低下的問題成為阻礙 ML 上鏈的最大桎梏。

金色晨訊 | 2月22日隔夜重要動態一覽:21:00-7:00關鍵詞：拍賣、Libra協會、V神、IOTA、XMR

1. 美國法警署拍賣超4000枚比特幣。

2. 愛爾蘭販丟失比特幣賬戶信息 價值4600萬英鎊。

3. 馬耳他金管局：幣安未獲批準在該國開展業務。

4. 加拿大電子商務巨頭Shopify加入Libra協會。

5. 美國新澤西州議員發起數字資產和區塊鏈法案。

6. V神：ETH 2.0今年主要發展是Phase 0的啟動。

7. IOTA預計在3月2日之前重新啟動網絡。

8. 當前有28728292個地址BTC余額大于零，創歷史新高。

9. 意大利借記卡供應商Bitsa為其預付卡添加XMR支持。

10. 輝瑞和禮來等制藥巨頭共同開發區塊鏈系統，追蹤處方藥供應鏈。[2020/2/22]

ZK-SNARKs 的出現緩解了 ML 的高算力需求問題。ZK-SNARKs 是一種零知識證明的密碼學構造，其全稱為"零知識可擴展非交互式參數論證"（Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge）。它是一種基于橢圓曲線密碼學和同態加密的技術，用于實現高效的零知識證明。ZK-SNARK 具有高度緊湊性的特點，通過使用 ZK-SNARKs，證明者可以生成一個短而緊湊的證明，而驗證者只需進行少量的計算即可驗證證明的有效性，無需與證明者多次交互。這種僅需一次有證明者向驗證者交互的性質，使 ZK-SNARKs 在實際應用中具有高效性和實用性，更加適配 ML 的鏈上算力需求。目前，ZK-SNARKs 是 ZKML 中 ZK 的主要形式。

ML 的鏈上基礎設施需求與對應項目

ZK 對 ML 的賦能主要體現在 ML 全過程的零知識證明上，是 ML 與鏈上功能的交互。這種交互所需解決的兩大問題是將兩者的數據形態對接并為 ZK 證明過程提供算力。

ZK 硬件加速：ML 的 ZK 證明較為復雜，這需要硬件輔助鏈上算力加速證明計算。這類項目包括：Cysic、Ulvetanna、Ingonyama、Supranational、Accseal。

ML 鏈上數據處理：將鏈上數據處理為可進入 ML 訓練的數據形式，并幫助 ML 的輸出結果更方便從鏈上訪問。這類項目包括：Axiom、Herodotus、LAGRANGE、Hyper Oracle。

ML 計算電路化：ML 計算模式與 ZK 的鏈上電路化證明有所差異，ML 的上鏈必須將其計算模式轉化為能被區塊鏈 ZK 處理的電路形式。這類項目包括：Modulus Labs、Jason Morton、Giza。

ML 結果的 ZK 證明：ML 的信任證明問題，需要由鏈上 ZK 解決。基于 ZK-SNARKs 建構在 Risc Zero 或 Nil Foundation 上的應用就可以實現模型真實性證明。這類項目包括：RISC Zero、Axiom、Herodotus、Delphinus Lab、Hyper Oracle、Poseidon ZKP、IronMill。

ZK 解決 ML 的信任證明問題，并為 ML 提供了上鏈機會。很多 Web3 領域急需 AI ML 的生產力或決策支持，ZKML 使鏈上應用在保證去中心化與有效性的前提下，實現了 AI 的賦能。

DeFi

ZKML 可以幫助 DeFi 更加自動化，其一是鏈上協議參數更新的自動化；其二是交易策略的自動化。

Modulus Labs 推出了 RockyBot，其是有史以來第一個完全鏈上的人工智能交易機器人。

DID

ZKML 可以助力 Web3 去中心化身份 DID 的建設。此前，私鑰、助記詞等身份管理模式使 Web3 用戶體驗較差，真正的 DID 建設可以通過 ZKML 進行 Web3 主體生物信息的識別完成，同時，ZKML 能保證用戶生物信息隱私的安全性。

Worldcoin 正在應用 ZKML 實現基于虹膜掃描的零知識 DID 驗證。

游戲

ZKML 可以幫助 Web3 游戲實現全功能上鏈。ML 可以為游戲交互帶來差異性的自動化，增加游戲的趣味性；而 ZK 可以使 ML 的交互決策上鏈。

Modulus Labs 推出了 ZKML 驅動的國際象棋游戲 @VsLeela；

AI ARENA 運用 ZKML 實現了鏈上 NFT 游戲的高交互性。

醫療保健與法律咨詢

醫療保健與法律咨詢是高隱私性且需要大量案例積累的領域，ZKML 可以幫助用戶完成決策且保證用戶的隱私不被泄露。

ZKML 目前正在蓬勃發展，但因其非原生于區塊鏈且需要大量算力，ZKML 未來主要面臨以下兩大挑戰：

ML 數據量化上鏈過程中的參數失真問題：

大多數 ML 采用浮點數表示模型的參數，而 ZK 電路需要使用定點數。在這一數字類型轉化過程中，ML 的參數的精度會有所降低，一定程度導致 ML 輸出結果的失真。

其大模型 ZK 證明的高算力要求問題：

目前區塊鏈的算力無法應對大規模、高計算量的鏈上 ZKML，當下流行的 ZK-SNARKs 僅支持小規模、較小計算量的 ML 零知識證明。算力局限是影響 ZKML 區塊鏈應用發展的關鍵因素。

ZK 生成證明的階段計算復雜度較高，需要大量的算力資源。由于 ZK 證明階段通常需要訪問和處理的數據之間存在高度的關聯性，導致這個過程難以分布式進行，其無法“可并行化”。將這個過程進行分布式處理，可能會引入額外的復雜性，甚至會降低整體性能。目前，解決 ZK 計算效率問題，主流的研究方向更多的是在算法優化和硬件加速。

ZKML 是零知識證明與機器學習的雙向奔赴，近期不斷發展的區塊鏈技術 ZK 幫助 ML 解決信任證明問題并為 ML 提供鏈上環境；成熟的 AI 技術 ML 幫助 ZK 實現 Web3 生態拓展與應用創新。

ZKML 的發展面臨一些挑戰，如參數失真問題和大模型的高算力要求，但這些問題可以通過技術創新和硬件加速等手段得到解決。隨著 ZKML 項目的不斷涌現和發展，我們可以預見它在 DeFi、DID、游戲、醫療保健等領域將為 Web3 生態帶來更多創新和價值。

在未來，ZKML 有望成為真正解鎖 Web3 + AI 交叉融合的鑰匙，為進一步構建安全、隱私保護和高效的區塊鏈應用提供強有力的支持。通過結合 ZK 的零知識性和 ML 的數據處理能力，我們一定能夠開創更加開放、智能和可信賴的數字世界！

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