以太坊:擴展性之外 零知識證明的 Web3 用例還有很多

2022年，由于ZK-Rollups在以太坊領域取得進展，零知識證明成為Web3年度關熱詞。甚至有人預測下一輪牛市的發動機就將會是零知識證明，并宣稱零知識證明之于Web3的重要性，能和Bitcoin引入了區塊鏈概念、以太坊引入了智能合約相媲美。

零知識證明何以擁有如此強大發展潛力？這或許要從Web3的發展談起。Web3旨在通過去中心化網絡將網絡所有權移交給其用戶，然而當下Web3似乎只是帶來了以用戶為中心的價值觀，距離其愿景落地還有很多問題需要解決，隱私安全即是其面臨的關鍵問題。

Web3網絡在設計中宣稱用戶與去中心化的網絡進行交互，以避免如Web2中心化網絡數據泄露、私有數據化、集權等弊端。即如果您正在運行一個完整的節點，您將獲得完整的、數學上保證的加密安全性。然而，運行一個完整的節點需要昂貴的硬件以及保持連接到100GB的大型區塊鏈。

V神：Eth 2.0將在2022年末擁有企業級應用程序所期望的可擴展性:以太坊創始人V神表示，我們原本認為進行PoS需要一年時間，但實際上需要六年時間。如果你正在做一件你認為需要一段時間的復雜事情，實際上很可能需要更多的時間。以太坊走到今天的過程中中，發生了許多內部團隊沖突。在項目中發現的最大問題之一不是技術問題，而是與人有關的問題。Eth 2.0或許將在2022年末才能夠擁有大型企業應用程序所期望的那種可擴展性。（Cointelegraph）[2021/6/2 23:04:23]

顯然目前的加密客戶端無法處理這類需求。因此，當下Web3仍在很大程度上依賴于受信任的中心化中介，由這些中介連接起Web3去中心化網絡，這似乎與Web3愿景背道而馳。如何在去中心化網絡環境中，以去中心化的方式保障隱私安全呢？零知識證明技術巧妙地解決了這個問題。而網絡安全之外，零知識證明的用例還有很多，下文將為大家介紹該技術在加密領域中的用例。

什么是零知識證明

Strong Block與Sentinel達成合作，將提高dVPN節點的擴展性:4月30日消息，Cosmos生態dVPN項目Sentinel與區塊鏈解決方案提供商Strong Block達成合作，將在全球范圍內提高dVPN節點的擴展性。Sentinel和StrongBlock將共同提供一個去中心化的VPN，其性能和用戶體驗可超過目前集中化的競爭對手，如NordVPN、TunnelBear、Mullvad和ExpressVPN等因其集中化設計而存在單點故障。

此外，StrongBlock和bitcoin.com都將與Pangea區塊鏈基金合作，在Sentinel網絡上運營驗證器節點。該基金由區塊鏈企業家RogerVer和新的PangeaResearch項目支持。[2021/4/30 21:14:44]

在介紹零知識證明在Web3的用例之前，讓我們快速了解零知識證明的原理。零知識證明是一種密碼學，允許一個人向另一方證明某些細節是真實的，而無需提供任何額外信息。

V神：分片是以太坊可擴展性的未來:V神發文表示，分片是以太坊可擴展性的未來，它將是幫助以太坊生態系統支持每秒數千筆交易，并允許世界上大部分人用可以承受的成本定期使用以太坊平臺的關鍵。他在文中解釋了分片提供的特定屬性，分片與沒有分片的其他技術有何不同，以及為達到這些屬性而必須做出的犧牲。他表示，分片的主要目標是盡可能地復制傳統（非分片）區塊鏈最重要的安全屬性，而無需每個節點親自驗證每筆交易。[2021/4/8 19:57:24]

零知識證明需要以下三個關鍵要求：

完整性：如果陳述真的是真的，并且兩個用戶都正確地遵守規則，那么驗證者將不需要任何其他條件，就可以完成驗證。

可靠性：如果陳述為假，驗證者在任何情況下都不會被說服。該方法利用概率檢查理論，以確保不會發生錯誤。

零知識：意味著驗證信息的人無法知道除斷言是否正確之外的任何信息。

零知識證明有兩種主要類型：

現場 | 麻省理工學院科學家：區塊鏈讓實現隱私性和擴展性成為可能:金色財經現場報道，今日在第二屆世界數字資產峰會上，麻省理工學院社會技術系統研究中心的研究科學家Harry Halpin在題為\"區塊鏈與金融科技：擴展支付網絡\"的圓桌討論上表示， 區塊鏈技術以社會激勵等方式，讓實現隱私性和擴展性成為可能。在加密技術出現之前，如果說要成立一個項目做隱私保護是很難融到資的，因為解決方案是中心化的，而目前技術讓這種想法成為現實，這是讓人引以為傲的。[2018/12/12]

交互式零知識證明要求證明者執行一組任務或操作，以向驗證者證明他們擁有特定信息。為了通過交互式零知識證明而必須完成的大部分任務通常涉及數學概率之類內容。

證明者和驗證者無需相互通信即可使非交互式零知識證明有效，而驗證將在之后進行。這類特殊、的零知識證明需要使用額外的計算或程序。

零知識證明的Web3用例

盡管零知識證明技術早在1980年已經產生，但受困于技術難度，其并未得以廣泛應用。零知識證明到底能夠為Web3的發展帶來哪些幫助？讓我們從技術用例中窺探一二。

聲音 | Andreas M Antonopoulos：比特幣仍缺乏廣泛采用的可擴展性:據ambcrypto報道，著名的比特幣影響者Andreas M Antonopoulos最近表示，比特幣還沒有準備好提供幫助，因為它仍然缺乏廣泛采用的可擴展性。比特幣缺乏以較低的交易費用進行小額支付的能力，這使得人們每天需要以1美元至2美元的價格使用該系統。他還指出，必須有一種易于使用的技術，可以在最基本的智能手機中以安全的方式進行使用。比特幣將獲得廣泛采用，但可能需要10年或15年。[2018/10/23]

鏈下計算

隨著越來越多應用在以太坊上部署，在以太坊上的交易處理速度較慢，網絡擴展性不足成為阻礙其發展的重要難題。而構建一個Layer2網絡，將計算處理轉移至鏈下成為解決當下問題的重要方案。ZK-Rollups即是頗受以太坊社區認可的解決方案之一。ZK-Rollups系Starkware，Zk-sync是擴容類項目。

擴展性是零知識證明在Web3中最普遍的用例。目前也有將擴展和隱私兩種性能結合的方案，如Aztec、StarkNet之類的隱私Layer2公鏈的發展，感興趣的開發者可在《淺談隱私在Layer2現狀和未來》一文中了解更多。

跨鏈橋聯

隨著公鏈生態的擴張，以太坊一統天下的局面很難達成，跨鏈互操的需求越來越大，而利用橋來跨鏈的安全性難以得到保障，因此很多項目將開始使用零知識證明以實現互操作，其中包括Wormhole，Polymer和ZKBridge正在布局基于零知識證明技術構建無信任假設的跨鏈協議，將一改因IBC輕客戶端不能在ETH運行所導致的無法互通的現象。零知識證明也將大大提高加密橋的安全性，以提高跨鏈互操的安全性。

鏈上游戲

以「黑暗森林」為例，這是一款靈感來自于劉慈欣的《三體》的基于零知識證明的游戲。作為策略游戲，游戲中的許多陰謀都來自于隱藏信息或信息不對稱的概念，整個黑暗森林宇宙是無限的，它充滿了成千上萬的對抗玩家、機器人、腳本、智能合約玩家等等。然而，單個玩家在加入宇宙后只能訪問整個宇宙地圖的一小部分，這正是賦予《黑暗森林》靈魂的地方。如何在信息都是公開透明的區塊鏈上實現「隱藏」部分信息，這正是基于零知識證明所實現的「隱藏」部分不想透露或需要觸發條件的信息。

資產安全

區塊鏈技術不僅保證了我們的資產只由我們自己處理，而且分布存儲在多個節點中，降低了資產風險。而零知識還有助于進一步提高Web3安全級別。在安全設計中使用數學驗證而不是概率論，零知識通過采用有效性證明來降低潛在風險，有效性證明保證信息的準確性，具體而言：

唯一能夠破譯加密信息的人是用戶；如果證明者是偽造的，得到的最終根將不同，驗證者將拒絕接受；

即使所有驗證者與證明者串通，由于區塊鏈數據的可用性，賬戶狀態也可以回滾和更正；

使用零知識證明時，通常會采用額外的檢查和強化機制。

用戶驗證

可以通過零知識證明來確認個人的加密身份。零知識證明允許用戶向系統驗證他們的身份，而無需透露他們完整的個人信息。例如，當您登錄一個帳戶時，需要輸入用戶名和密碼，但如果使用零知識證明技術，你只需要出一個ZKProof，平臺就永遠無法算出你的真實密碼，在無需泄露個人敏感數據的前提下完成個人身份驗證。

文檔共享

我們在網絡上常會面臨某些數據共享需求，而共享過程中會面臨信息丟失、攔截等問題。當零知識證明與區塊鏈技術相結合，可以分片加密數據，不僅保障傳輸安全性，還能使用戶擁有管理某些塊以及其中包含的信息的權利，從而授予某些用戶訪問權限，而未經授權的用戶則無法訪問您的共享文檔。

存儲保護

去中心化存儲作為Web3三大支柱之一，對于行業發展十分重要。而零知識證明能夠為存儲安全提供更好的保護，其能夠利用算法設置相應的協議，使存儲單元和其中的協議被加密，甚至在訪問通道也會設置加密保護，讓Web3云存儲的安全性更上一層樓。

*免責聲明：本文不應被視為，也不旨在提供任何投資建議。

零知識證明技術還有很長路要走

在可擴展性和隱私用例之外，零知識證明的用例十分廣泛，其在Web3中發揮的作用也更加清晰。目前已有不少項開始將該技術用于項目實踐，據Messari統計顯示，零知識證明最廣泛應用的擴展領域的一眾項目將在2023年迎來發展的關鍵期，如Scroll、PolygonzkEVM等項目主網將陸續上線。在《擴容賽道開年即沖刺，盤點近期上線測試網的L2項目》一文中，也介紹了近期上線測試網的零知識證明項目。

但是我們還需要認識到，盡管零知識證明在Web3中的應用前景廣闊、領域眾多，但其證明的性能問題還未得到妥善解決。目前有不少團隊都在搞硬件加速，但這種硬件加速僅部分負責有效證明。而在算法級別、軟件級別和其他方面仍需要進行優化。

鑒于此，今年零知識證明的有效的利用將出現在小規模應用之中，很難得到大規模廣泛應用。而DeFi之后，零知識證明要想成為下一輪牛市的發動機還有很長的路要走，希望能夠有更多Web3開發者在前瞻零知識證明的前景基礎上，敢于挑戰、攻克其技術難題，以技術進展推動應用實踐。

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