從頭開始揭秘 zk-SNARK （一）_ARK

近日以太坊基金會公開了正在支持的研發團隊的項目和領域，其中涉及「應用零知識證明」的團隊和技術最多，近 14 個項目。零知識證明，"零知識"的概念可能有些令人費解，zk-SNARK 很快就會變得復雜，因此讓我們從頭開始。

本篇文章，星際視界將為讀者掀開zk-SNARK的神秘面紗，從密碼學展開，對zk-SNARK進行由淺入深的講解。

密碼學是研究編制密碼和破譯密碼的技術科學。研究密碼變化的客觀規律，應用于編制密碼以保守通信秘密的，稱為編碼學；應用于破譯密碼以獲取通信情報的，稱為破譯學，總稱密碼學。簡單地說，密碼學是對保密通信技術的深入研究。當人們只希望發送方和接收方查看消息內容時，他們經常使用密碼學。

密碼學已經存在了幾個世紀，最早密碼學出現在古埃及，克努霍特普二世(Khumhotep Il)的追隨者在他的墳墓上刻了加密符號。密碼學早在公元前400多年就已經產生，人類使用密碼的歷史幾乎與使用文字的時間一樣長，密碼學的發展大致可以分為 3 個階段: 1949 年之前的古典密碼學階段; 1949 年至 1975 年密碼學成為科學的分支; 1976 年以后對稱密鑰密碼算法得到進一步發展，產生了密碼學的新方向—公鑰密碼學。

以太坊Layer2上總鎖倉量為87.3億美元:金色財經報道，L2BEAT數據顯示，截至目前，以太坊Layer2上總鎖倉量回落至87.3億美元，近7日漲0.58%。其中鎖倉量最高的為擴容方案ArbitrumOne，約57.3億美元，占比65.66%，其次是Optimism，鎖倉量17.5億美元，占比20.09%。[2023/5/21 15:16:12]

1976 年，W.Diffie 和 M.Hellman 在發表的文章“密碼學的新方向”中首次公開提出了公鑰密碼( Public-key Cryptography) 的概念。公鑰密碼的提出實現了加密密鑰和解密密鑰之間的獨立，解決了對稱密碼體制中通信雙方必須共享密鑰的問題，在密碼學界具有劃時代的意義。

加密貨幣世界中最常見的密碼學元素之一是哈希函數，它是任何區塊鏈的支柱。哈希函數——特別是SHA-256，大多數區塊鏈中的哈希函數——基本上將單詞短語或數字等輸入轉換為一個固定長度的加密信息，看起來像這樣：

Coinbase CEO：SEC有可能使美國金融系統落后于其他國家:金色財經報道，Coinbase首席執行官Brian Armstrong在周四的Twitter直播聊天中表示，美國證券交易委員會最近的行動正在使美國的金融領導地位面臨風險。與英國、巴西和新加坡等國家相比，美國在立法和銀行軌制等方面 \"落后最遠\"。如果不采取行動，情況可能會變得更糟。

就在一天前，美國證券交易委員會向這家加密交易所發出了關于其押注服務Coinbase Earn和Coinbase Wallet的警告通知。美國證券交易委員會最近的行動是對美國其他加密公司發出的一系列監管警告的一部分。[2023/3/24 13:23:31]

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Defi Llama發布針對Optimism進行優化的Uniswap V3路由器Llama Zip:2月28日消息，DefiLlama發布專門針對Optimism進行優化的UniswapV3路由器Llama Zip，相與所有其他聚合器實現了巨大的Gas減少。用戶可在DefiLlama旗下DEX聚合器Llama Swap上切換Optimism網絡獲得體驗。[2023/2/28 12:33:07]

哈希函數允許像比特幣這樣的區塊鏈處理交易，將區塊鏈接到一個或另一個，并確保區塊鏈數據的完整性得到維護。就像哈希函數一樣，zk-SNARK是一種密碼學形式。它們被用來保證比用戶在區塊鏈上獲得的更強的隱私。

zk-SNARK是“zero knowledge Succinct Non-interactive ARgument of Knowledge”的縮寫，這一長串名字的主體是“argument of knowledge”，即“知情證明”，也就是掌握某事內幕的證據。修飾主體名詞的定語由三部分組成，分別代表了此技術要解決的三個問題，分別是：

PolkaBridge將于1月25日推出去中心化P2P交易所Testnet v4.0:1月16日消息，去中心化一站式金融應用PolkaBridge發推稱，由于需要進一步優化，其去中心化P2P交易所Testnet v4.0的發布時間將推遲至UTC時間1月25日14點（北京時間22點）。因此，最終的測試網版本將于2月發布，將于2023年3月正式上線主網。[2023/1/17 11:15:04]

1、zero knowledge：零知識，即在證明的過程中不透露任何內情，如上文的例子所示；

2、succinct：簡潔的，主要是指驗證過程不涉及大量數據傳輸以及驗證算法簡單；

3、non-interactive：無交互。上文中舉的兩個例子雖然實現了零知識證明，但Prover和Verifier之間需要經過多次交互才能取得滿意的可靠性，而此技術試圖徹底避免這些交互。

Azuki #2311以175 ETH成交，創該系列迄今幣本位第6高記錄:12月31日消息，Azuki #2311以175 ETH價格在X2Y2平臺成交，約合20.906萬美元，超過Azuki #4363成為該系列迄今幣本位第6高交易記錄。當前Azuki地板價為11.73 ETH，過去24小時下跌2.21%，市值約為3.28億美元，交易總額達到8.87億美元。[2022/12/31 22:18:22]

合起來，zk-SNARK是一種“證明我知道內情的技術，簡單、易操作，最關鍵的是你除了“我是對的”啥也不會知道”。通常我們都稱zk-SNARK為零知識證明。

zk-SNARK是"零知識"密碼學的一種形式，zk-SNARK 允許加密用戶以完全加密的方式在區塊鏈上發送交易，這意味著沒有人可以讀取它們，同時表示交易以合法方式進行。零知識證明允許A向B證明陳述X是正確的，而不透露任何超出陳述X本身有效性的信息。想象一下，向某人證實你已過21歲，但不透露你的生日或你已經25歲。這是想象zk-SNARKs如何工作的一種有用的方式。

Zcash 是首個使用零知識證明機制的區塊鏈系統，它可提供完全的支付保密性，同時仍能夠使用公有區塊鏈來維護一個去中心化網絡。與比特幣相同的是，Zcash代幣（ZEC）的總量也是2100萬，不同之處在于，Zcash交易自動隱藏區塊鏈上所有交易的發送者、接受者及數額。只有那些擁有查看密鑰的人才能看到交易的內容。用戶擁有完全的控制權，他們可自行選擇向其他人提供查看密鑰。

每一種新的隱藏支付都會在區塊鏈上產生三種類型的記錄——通過哈希保護的記錄。所涉及的哈希情況表示:交易接收者的地址、發送的金額和交易本身獨有的數字。結果是，隱藏的交易依賴于像比特幣一樣的哈希值，但正是 zk-SNARK 增加了一層新的隱私。像Zcash和Monero這樣的加密貨幣在一些用戶中很受歡迎，因為加密行業是由許多自由主義者組成的。這兩種貨幣都試圖將自己與比特幣等更流行的加密貨幣區分開來，聲稱如果你使用他們的貨幣，就沒有人能窺探你的私人財務生活。

zk-SNARK是匿名加密交易的有用工具。但除了隱私幣之外，它們也在幫助推動越來越多的其他應用程序。

例如，Celo是一個專注于移動支付的加密貨幣協議，它希望創建一個更具包容性的協議。

Celo從事產品和工程工作的Pranay Mohan認為，zk-SNARK這項技術的潛力遠遠超出了那些主張保護隱私的人。Mohan特別指出了zk-SNARK如何幫助發展中國家的人們。“如果我們想想這些人現在如何能夠使用加密貨幣，這幾乎是不可能的，他們沒有使用Metamask，并在一個隨機DeFI項目中投入1萬美元，”他說。Mohan補充說，使用zk-SNARK，移動電話用戶可以立即與區塊鏈同步——保留加密貨幣同樣的不可信屬性，但在不具備高度技術能力的設備上。

盡管zk-SNARK很有前途，但它仍然非常小眾。即使在加密這樣的高科技行業，很多人也不知道它們是什么。但隨著越來越多的公司開始接受這項技術，這種情況可能正在改變。這些包括Aleo，最近從藍籌風險投資公司籌集了2800萬美元的初創公司，用于構建工具，讓Web開發能夠整合各種互聯網應用程序中的零知識證明——該項目承諾讓消費者在不透露大量個人數據的情況下瀏覽網絡。

但這并沒有阻止全球最大的會計師事務所之一安永（EY）嘗試這種先進的密碼學。

安永通過運用了非交互式零知識證明算法zk-SNARK，研發了自己的通證化開源協議，成功實現了以太坊公網上第一條私密交易，并將逐步應用于各類區塊鏈企業級應用中，讓客戶在不犧牲用戶隱私的情況下擁抱區塊鏈的潛力。

據Brody說，該會計事務所自己的Nightfall解決方案提供了一種在以太坊網絡上進行絕對隱私交易的方法，同時為企業提供服務。雖然對高度私人的金融交易存在監管方面的擔憂，但Brody相信zk-SNARK將在未來成為主流。

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