擴展性之外 零知識證明的 Web3 用例還有很多_以太坊

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

聲音 | BM：當 ETH 具備分片的時候 EOSIO 的可擴展性已經比現在高出許多倍:據 IMEOS 報道，BM 在推特上發表對 ETH 分片的看法。他表示增長 1000 倍后的 ETH 可處理數仍少于 EOSIO 現在可用的 4倍。- “Buterin 補充說，通過分片他預料對網絡的可擴展性會增加 1000 倍。但是，分片只會在 Ethereum 2.0 推出的后兩個階段出現。” 當 ETH 具有分片的時候，EOSIO 的可擴展性已經比現在高出許多倍。[2019/5/3]

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。

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。

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]

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：

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。

V神：大規模應用所需的可擴展性需要全新的方法和大量的探索來實現:今日V神在王峰十問上表示：我不太喜歡用1.0、2.0和3.0來討論問題，但是如果存在區塊鏈3.0這樣的東西，那么可擴展性無疑是其中的一個重要部分。我知道，EOS的性能比比特幣和以太坊還要高但差距不是太大，我記得最近在一些測試網站上聽到幾百個TPS。我堅信，要實現大規模應用所需的可擴展性不僅僅是投入更多的算力問題；它需要全新的方法和大量的探索來實現。這就是我在狀態通道、plasma和切片技術上努力探索的原因，這是非常有價值的。[2018/6/22]

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。

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。

V神：Casper就要來了，解決可擴展性問題是第一要事:V神在新加坡的一場演講中表示，目前在兩個以太坊客戶測試網絡中測試實施Casper Proof of Stake（PoS），Python和Harmony’s Java已經實現，希望不久之后，Go Geth和Parity也會實施Casper，預計或許在夏季。同時他還提到與Plasma比起來，分片技術非常確定不會發生一個塊失效導致整個鏈失效的事情，實施可擴展性甚至比POS機制還重要，只有實現了可擴展性，才能讓人們使用區塊鏈應用。ETH現全球均價828.28美元，24小時跌幅4.16%。[2018/3/6]

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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