讓我們用非技術語言告訴你，零知識證明如何改變區塊鏈_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。

The Block分析師：兩次買賣YFI讓我賺了不少，現在又適當買了一些:The Block分析師Larry Cermak發推稱：“我以800美元的價格買了一些YFI，幾天后以3000美元的價格出售了。然后我在幣安剛上線YFI那會以6000美元的價格重新買入，然后再次以1.2萬美元的價格賣出。兩筆交易我都賺了不少錢。現在我實在看不下去它繼續上漲，所以我又適當重新買了一些。[2020/9/14]

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。

金色沙龍 | 徐坤：Defi的發展讓我們看到了“代碼即規則”的潛力:在本期金色沙龍圓桌上，針對“在當下行情如何抓住投資機會面對新風口，DeFi能不能成為中小企業融資難的解決辦法？對加密貨幣有什么影響？是否能成為行業領跑者？”話題，OKEx首席戰略官徐坤表示Defi的發展讓我們看到了“代碼即規則”的潛力，但也帶給我們更多思考，有幾個問題不容忽視：

1、正如傳統金融市場上，各家金融機構之間的業務相互交織，Defi應用之間也是彼此聯動的，要從整個Defi生態來來建立風險管理機制，提高整個系統抵抗風險的能力。

2、探索鏈上的征信機制，Defi應用之間的黑名單共享與失信用戶行為限制制度。

3、Defi背后必須有真實價值的支撐，除了鏈上原生資產，將實體資產上鏈，才能夠實現更大的價值。[2020/3/11]

為什么同步一個區塊鏈要這么長時間呢？主要有兩個原因：

聲音 | 中央財經大學黃震：希望通過Libra發行的計劃 讓我們的監管和政策有所反思:據新京報消息，7月31日，中央財經大學金融法研究所所長黃震接受采訪時表示，央行要發行數字貨幣的想法，在周小川任人民銀行行長時，就已經部署了，并且成立了數字貨幣研究所，也具備了基本條件。但數字貨幣用什么技術支持，以及定位是什么，還沒有定下來。金融基礎設施的改造、升級要時間，難度也很大。央行肯定要支持可以掌控的機構來參與，民營企業可能很難參與。他建議，監管不能因為害怕風險而消滅創新，應該在防控風險或者說監測，以及有效的預警、防控風險的前提下來支持鼓勵創新，這才是我們國家建設創新型國家的正確道路，正確做法。最近這幾年以防風險為由，我們出臺了一些政策，可能是傷害了創新。希望通過Libra發行的計劃，讓我們的監管，我們的政策有所反思，有所調整，有所優化。[2019/8/1]

第一個原因很明顯：下載幾百GB或更多數據需要很長時間；

陳偉星：李笑來讓我在這一行業混到想吐:13日晚間，陳偉星在朋友圈再度發文，稱李笑來欠三萬個比特幣完全屬實，其“比特幣首富”的形象是虛構而來，并表示其與李笑來并沒有任何個人直接利益沖突，完全是價值觀沖突，更是指李笑來讓他在這個行業混到想吐。以下是陳偉星朋友圈部分原文：我和李笑來私下溝通過幾次如何停止私吞私募資金和大比例免費幣，一起干一些正能量的事情，被無視；李笑來在2013年6月開始到9月，募集了30000個比特幣，并口頭承諾其能按比特幣保底；去年9月到期，被其要求延后一年還；接下來9月份就是到期還款時間；這是行業老人眾所周知的事情，我沒有說謊；我和李笑來沒有任何個人直接利益沖突，完全是價值觀沖突，讓我在這個行業混到想吐；我個人也完全沒有意愿和沒有必要蹭這熱屎惹騷，更不需要靠他來為自己造勢；我的訴求是明確的，就是希望這個行業大佬們能形成“不貪污”的共識。既然干了，就絕不會慫！[2018/6/14]

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。

加拿大銀行行長：比特幣“讓我徹夜難眠”:加拿大行長在年底報告中提到讓自己無法安睡的三個問題，包括網絡安全、年輕人就業、家庭債務。同時還特別提到加密貨幣也是另一個讓自己擔憂的問題。他認為加密貨幣不是貨幣，購買行為純屬投機，它的價值也無人知曉。而且央行提供的貨幣才是最好的避險手段。當然數字貨幣的需求會繼續增加，因此央行有必要深入研究如何可以正確使用這種新事物。[2017/12/18]

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。

可提高效率和帶寬的零知識證明

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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