一覽零知識機器學習ZKML的優勢和挑戰_區塊鏈

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 | 3月24日隔夜重要動態一覽:21:00-7:00關鍵詞：人民日報、IRS、美聯儲、Coinbas

1.人民日報海外版：比特幣不具備貨幣“法定地位”；

2.美國法官暗示投資者無權限制IRS從交易所獲取交易信息；

3.外媒：交易所比特幣持有量跌至約231萬枚的歷史新低；

4.美聯儲主席：完全私有的數字美元體系并不可行；

5.Coinbase首席執行官：未來或列出央行數字貨幣；

6.V神：最重要的稀缺資源是合法性；

7.彭博社：Robinhood已向美國SEC提交IPO申請；

8.美國財長：要小心數字貨幣非法融資問題；

9.Uniswap發布V3版本詳細信息 將在五月實施。[2021/3/24 19:12:13]

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 | 12月24日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：日本央行、CBDC、SBI集團、PayPal、Coinbase

1. CryptoQuant CEO：Coinbase昨日的BTC流出量達到24000枚。

2. 日本央行準備在2023年之前推出CBDC。

3. SEC指控加密貨幣對沖基金Virgil Capital創始人欺詐。

4. 億萬富翁Mark Cuban改變立場轉向推廣比特幣。

5. SBI集團：Ripple被訴訟對本公司的業務影響很小。

6. ICO Drops：1inch疑似已經生成其代幣。

7. 觀點：最符合SEC標準的就是那些無IXO（預售）方式的POW幣。

8. 《財富》雜志：支付巨頭PayPal放棄收購加密公司BitGo。

9. Coinbase稱目前正在對Ripple遭到訴訟一事進行評估。[2020/12/24 16:25:30]

“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：

金色晨訊 | 10月29日隔夜重要動態一覽:21:00-7:00關鍵詞：柬埔寨、加拿大央行、MakerDAO

1.柬埔寨國家銀行正式推出基于DLT技術的支付系統。

2.加拿大央行行長：目前還不需要數字貨幣。

3.CME比特幣期貨10月合約收跌3.7%。

4.美股大跌 區塊鏈概念股普遍收跌。

5.MakerDAO就利用閃電貸操縱治理投票發出警告。

6.廣州反詐高能預警：小心以“比特幣”等為名的虛擬貨幣騙局。

7.tZERO將與TyntonCapital共同發行3億美元的代幣化基金。

8.比特幣夜間反彈上漲，日內最低報13011.27美元，最高報13279.38美元。[2020/10/29]

實現透明驗證

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。

金色午報 | 9月14日午間重要動態一覽:7:00-12:00關鍵詞：Sushiswap、人民網、瑞士、外匯局

1. Sushiswap多簽見證人公布任期計劃：72小時內賣掉SUSHI儲備 并于12月15日卸任；

2. CoinbaseCEO斥責蘋果禁止在移動應用中添加DeFi訪問功能；

3. 人民網：區塊鏈“央企”被證偽，監管重壓下區塊鏈行業在自我凈化；

4. 谷燕西：歐洲財長們或應考慮同科技公司合作制定Libra應對策略；

5. 瑞士通過《區塊鏈法案》或于2021年初生效；

6. V神：中本聰共識存在信任假設并不能說明其不客觀；

7. 外匯局煙臺市中心支局力推跨境金融區塊鏈融資穩外貿；

8. 路印Loopring：已經開放二層以太坊DEX交易。[2020/9/14]

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。

金色午報 | 3月13日午間重要動態一覽:7:00-12:00關鍵詞：暴跌、湖南、MakerDAO、法幣、礦機關機

1. 湖南發布數字經濟發展規劃，重點實施區塊鏈集成應用工程。

2. 江西省司法廳：積極探索“區塊鏈+法治”應用。

3. MakerDAO官方：沒有緊急關停計劃，將發起執行投票調整參數。

4. USDT占BTC交易比重降至65.79%，法幣成交比大幅提升。

5. 新一代7nm礦機電費占比已過半多數礦機處于關機狀態。

6. 股市普跌：道瓊斯指數期貨、韓國KOSPI指數觸發熔斷。

7. BTC最低跌至3800美元，創一年來新低，現反彈至5000美元。[2020/3/13]

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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