區塊鏈:讓我們用非技術語言告訴你，零知識證明如何改變區塊鏈

撰文：RonaldMannak，區塊鏈創業公司StarlingProtocol聯合創始人兼CEO

編譯：盧江飛

來源：鏈聞

關于零知識證明的技術類博客文章很多，最近我也寫了一篇文章，比較各種新的通用目的的zk-SNARK。我發現，關于零知識證明的用例，很少有用非技術語言表述的文章。事實上，零知識證明不僅可用在隱私方面，還有許多其他用途。它功能如此豐富，甚至有可能重新定義區塊鏈的運作方式。

精簡區塊鏈，從GB壓縮到KB

區塊鏈的區塊可能會很大，而且其大小在不斷增長。這源于其最初的設計。我們也漸漸接受了這個現實。但是，Coda項目最近發布的測試網卻不同。

首先，Coda的區塊鏈是固定大小的，且不會增長；其次，它只有22KB！即便是上世紀80年代的8位機家用電腦Commodore64或ZXSpectrum，也能把它塞進去。而且，與傳統的區塊鏈相比，Coda的安全性差不多，甚至更高。

知名潮流藝人Ye（Kanye West）：不要讓我去做NFT了:2月1日消息，知名潮流藝人 Ye（Kanye West）在 Instagram 上表示，不希望被人要求做 NFT。Ye 表示，他致力于在真實世界中創作產品，比如食物或者服飾等。他說：不要要求或讓我去做 NFT 了。[2022/2/1 9:25:58]

類似但功能更多的「精簡區塊鏈」項目越來越多，比如Mir和Starling。

這到底是如何做到的呢？

只要嘗試部署過一個區塊鏈節點，你就會知道這個過程有多痛苦：同步一個節點需要好幾個小時、甚至數天時間。區塊鏈如此之大，以至于大多數的家用計算設備的磁盤空間和帶寬都達不到基本要求。結果就是中心化。即便像以太坊這樣廣受歡迎的區塊鏈，其節點數量也就10,000個，大多數都托管在亞馬遜AWS上，由少數幾個實體所擁有。區塊鏈并不像許多人以為的那么去中心。

Nexo管理合伙人：2022年真正讓我興奮的是元宇宙這個概念:金色財經報道，加密貨幣銀行Nexo的管理合伙人Antoni Trenchev表示，“2022年對比特幣和其他加密貨幣影響最大的是央行政策，資金成本料將保持低位，這對加密貨幣產生巨大影響，美聯儲不敢讓股市暴跌10%-20%”。Trenchev預計2022年市場將大幅波動，但到6月底比特幣有望達到10萬美元。他認為，Solana和Avalanche等代幣不會像2021年那樣出現指數級增長，“這些新貴將面臨與以太坊和其他更老加密貨幣一樣的挑戰”。

“2022年真正讓我興奮的是元宇宙這個概念，”他寫道。 “元宇宙的誕生和使用既美又混亂，但未來它有很大的潛力。未來一年最主要的幾個主題包括：元宇宙，基礎設施建設，NFT”。（新浪財經）[2022/1/4 8:22:31]

為什么同步一個區塊鏈要這么長時間呢？主要有兩個原因：

V神：NFT的發展讓我吃驚:金色財經報道，以太坊創始人V神在推特中做你問我答節目，在回答以太坊核心開發者、MyCrypto創始人兼首席執行官Taylor Monahan像V神提問：“以太坊哪個應用最讓你吃驚？”V神表示，NFT。[2021/9/2 22:54:12]

第一個原因很明顯：下載幾百GB或更多數據需要很長時間；

第二，下載完之后區塊鏈要完成驗證，因為惡意節點可能會向你發送不正確的數據。

若要驗證一個區塊鏈，必須從創世區塊開始重放整條鏈：執行第一個交易，并確保計算出的狀態等于下載得到的狀態。然后轉到下一個交易，直到你把區塊鏈的所有交易都查一遍。這不僅耗時，也浪費資源。在你之前，成千上萬的節點做著完全相同的計算工作。

為什么要這么做呢？因為在傳統計算學里，要知道一個計算是否正確的執行，唯一辦法就是重做一次這個計算。如果小規模的計算，那就還好，但像重放一條區塊鏈這種「慢運算」，情況就完全不同了。

聲音 | 趙長鵬：本月初的黑客攻擊事件讓我們因禍得福:幣安CEO趙長鵬今日發文表示，本月初幣安的黑客攻擊事件，讓團隊因禍得福。從長遠來看，這一事件對幣安來說可能是一件好事。追求安全永無止境。在安全方面總是有更多的事情要做，幣安在上周已經實施了很多措施，并將在未來持續增加更多安全措施。鑒于此事，幣安實際上變得比以前更加安全，不僅是在本次受影響的方面，而是就交易平臺整體而言。他總結道：“在危機期間，我們始終與社區保持持續溝通和高度透明。我們認為這是一個強有力的因素，有助于我們從社區獲得支持。 一個明顯的衡量標準是BNB的價格：它在安全事件發生初期略有下降，但是下降幅度并不像人們預期的那么大，甚至在我們恢復提現之前，它已經強勢回歸并再次創下美元歷史新高價。”[2019/5/20]

可提高效率和帶寬的零知識證明

聲音 | Cryptopia：已同意讓我們回去辦公:今日，Cryptopia交易所在Twitter上發文表示，“已經讓我們重新回到我們的大廈，同時繼續進行調查，我們的工作人員正在持續地評估被盜的資金。”據此前消息，Cryptopia交易所遭到黑客攻擊，價值320萬美元的加密貨幣被黑客通過各種加密貨幣交易所清算。[2019/2/15]

事實上，有一種方法可以低成本地驗證一個計算結果，而又無需重做該計算，那就是零知識證明，其中最著名的可能要數zk-SNARK。

它是如何工作的呢？我們需要將區塊鏈的重放函數改寫為一個zk-SNARK。這個zk-SNARK將輸出兩個東西：原初的輸出；一個很小的數學「證明」，證明這個結果計算正確。這個「證明」可以小到只有200字節。

這樣一來，我們就不需要所有計算機跑一遍重放函數了。由一臺計算機去創建這個「證明」，其他不限數量的計算機可以在它們認為合適的時間再進行驗證。無論原初的計算要花費多長時間，驗證卻只需幾毫秒即可搞定。這個「證明」可以通過線上分發，也可以存儲在U盤里，甚至可以印在T恤上。

如果有惡意節點更改了某個交易的余額，那么這個「證明」就會和結果不同，所有驗證者都會拒絕這個狀態。如果有惡意節點更改了zk-SNARK代碼，結果也會被拒絕。

我們不再需要重做昂貴的計算，也不需要下載區塊鏈。你需要的，只是當前狀態，加上能夠證明當前狀態是一個有效區塊鏈的一部分的少量「證明」，再花費幾毫秒驗證一下結果。

遞歸性的組合

驗證一個「證明」的速度很快，但創建這個「證明」怎樣呢？其實時間不固定，與傳統計算相比，在計算和和內存方面它的效率要低不少。實際上，雖然一個重放函數的zk-SNARK版本聽起來不錯，但在實踐中這個解決方案并不好。和以往的非zk-SNARK的重放函數相比，它需要更大的內存，速度甚至更慢。

不過，還有另一個優雅的方案。我們發現，用一點點小技巧，其實可以使用遞歸性zk-SNARKs。有了遞歸，我們就不必從頭開始驗證這個區塊鏈，可以在前一個狀態的基礎上來構建。速度會快得多。

需要注意的是，遞歸性zk-SNARK的效率依然不如非遞歸的zk-SNARK，不過，最近zk-SNARK的構造取得了長足的進步。

一個遞歸性的zk-SNARK程序，會用屬于「前一個狀態」的「證明」和新的交易作為輸入。它會驗證前一個狀態，并檢查新狀態中的交易是否有效。如果沒問題，它會輸出新的狀態和一個「證明」。

一旦新的狀態和「證明」被分發到網絡中，所有節點可以直接丟棄先前的狀態，這么做不會有任何負面影響。新的節點只需要下載最新的狀態和「證明」即可。這也就是Coda、Mir和Starling這些項目可以實現小的、大小固定的區塊的秘訣。

在上面說的這個例子里，只需要一個節點來創建新的區塊和「證明」。顯然，我們沒必要讓同一個節點來生成所有的區塊。舉個例子，可以從許多節點中隨機選擇一個節點。我們甚至可以做得更好：將區塊的生成邏輯分為多個zk-SNARK。

最終結果就是：區塊生產者不需要完整的區塊鏈，它只需要前一個狀態。這會讓區塊大小降到多少呢？一個常規的Coda節點僅需要22KB即可存儲「證明」、當前狀態以及某個賬戶余額的Merkle路徑。只需要22KB，一個節點就能驗證整個區塊鏈、查詢余額并創建交易。但是，如果要生成區塊，這個節點需要更多：它需要先前狀態的全部余額的Merkle樹。而Merkle樹的大小取決于錢包的數量。如果Coda擁有和以太坊一樣多的錢包，那么，Coda區塊生產者也只需要大約1GB的容量。而以太坊上最小的完整節點是230GB。差距巨大。

利用零知識證明，區塊鏈網絡將有更多活躍節點，這就提升了去中心化程度，并讓各種程序有更多可能與區塊鏈進行交互，而無需像Infura或Metamask這樣的方案。想想看，99%的新用戶在安裝Metamask時選擇了放棄。所以，這種變化將帶來巨大的影響。

感謝以下各位對本文的審閱：DanielLubarov(Mir),ShaneVitarana,StanvandeBurgt,TaariqLewis,和DmitriyBerenzon。作者授權鏈聞翻譯并發布該文中文版本。

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