在區(qū)塊鏈和 Web3 領(lǐng)域中，零知識證明（Zero Knowledge Proofs）是一個突破性的概念，它平衡了隱私和透明度之間的天秤。這項技術(shù)提供了卓越的透明度、不變性和隱私性，并且已經(jīng)成為確保區(qū)塊鏈上交換信息隱私的三種可能的解決方案之一，其他兩種分別是安全多方計算（sMPC）和可信運行環(huán)境（TEE）。

在本篇文章中，我們將詳細(xì)介紹零知識證明是什么？并介紹其優(yōu)缺點和實際用例。

零知識證明（ZKP）是什么？

零知識證明 （zero knowledge proofs），簡稱為 ZKP，這是一種加密協(xié)議，它助于證明區(qū)塊鏈上語句的有效性，而不提供可能損害隱私的信息。

在零知識證明中，基本角色是證明者和驗證者。證明者必須證明他們知道這個秘密。驗證者必須能夠驗證證明者是否說實話。

它之所以有效，是因為驗證者要求證明者做一些只有在證明者肯定知道秘密的情況下才能完成的事情。如果證明者正在猜測，他或她最終將被驗證者的測試證明是錯誤的。如果知道這個秘密，那么證明者每次都會通過驗證者的測試，而不會出現(xiàn)問題。這就像銀行或機(jī)構(gòu)要求您提供已知秘密單詞的信件以驗證您的身份一樣。你不是在告訴銀行你的銀行帳戶里有什么，你只是在告訴他們你知道一個給定單詞的順序。

綜上所述，零知識證明允許證明者（你）在不泄露任何額外信息（如你的出生日期）的情況下，讓驗證者（另一方）相信某個聲明（你已達(dá)法定年齡）的真實性。這就像用一個沒人能破解的密碼來打開一個秘密保險庫一樣。

零知識證明區(qū)塊鏈?zhǔn)羌用茈[私技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)的復(fù)雜組合，提供了一個可以驗證和記錄交易和交互的平臺，而不會損害所涉及數(shù)據(jù)的機(jī)密性。

但需要知道的是，零知識證明并不是區(qū)塊鏈獨有的。它們可用于許多重視隱私的領(lǐng)域。例如，在線身分驗證流程、安全投票系統(tǒng)和企業(yè)中的機(jī)密數(shù)據(jù)共用都可以使用 ZKP 來保護(hù)個人消息，同時仍確保進(jìn)行必要的驗證。

零知識證明的歷史

零知識證明 (ZKP) 的概念自 20 世紀(jì) 80 年代以來就已存在，證明了其在密碼學(xué)領(lǐng)域的持久相關(guān)性。這種加密方法最初由 Shafi Goldwasser、Silvio Micali 和 Charles Rackoff 提出，現(xiàn)已從理論概念發(fā)展成為安全數(shù)據(jù)驗證的實用解決方案。

誰發(fā)明了零知識證明？

20 世紀(jì) 80 年代初，Goldwasser、Micali 和 Rackoff 正在努力解決如何在日益依賴數(shù)字交互的世界中促進(jìn)安全通信的問題。他們的開創(chuàng)性論文經(jīng)常被認(rèn)為是該領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作，向世界介紹了在不泄露信息本身的情況下證明信息真實性的想法。

最初，密碼學(xué)界對他們的工作持懷疑態(tài)度。在不泄露任何信息的情況下證明某件事的想法似乎是自相矛盾的，幾乎好得令人難以置信。然而，隨著他們的工作的實際應(yīng)用變得顯而易見，懷疑變成了欽佩。多年來，他們的貢獻(xiàn)獲得了包括哥德爾獎在內(nèi)的眾多獎項的認(rèn)可，進(jìn)一步鞏固了他們工作的重要性。

他們的基礎(chǔ)研究不僅引入了一種新的加密技術(shù)，還從根本上改變了我們對數(shù)字通信中信任和驗證的看法。它為從安全在線交易到保密共享教育成績單等一系列應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

零知識證明的早期用例

最初，圍繞零知識證明的討論僅限于學(xué)術(shù)界。然而，他們很快就找到了現(xiàn)實世界的應(yīng)用進(jìn)程，從確保選民隱私的同時保持選舉完整性的安全投票系統(tǒng)開始。

數(shù)字簽名還受益于零知識證明，為在線交易增加了額外的安全層。金融機(jī)構(gòu)也開始探索零知識來降低欺詐風(fēng)險，零知識證明也被集成到密碼協(xié)議中，增強(qiáng)各方之間的安全數(shù)據(jù)交換。

這些早期的實施展示了零知識的實用性，為其在各個行業(yè)的更廣泛采用奠定了基礎(chǔ)。

零知識證明的工作原理

零知識證明是一種加密協(xié)議，它允許一方（示證者）向另一方（驗證者）確認(rèn)陳述的真實性，而無需透露有關(guān)該方的任何其他消息（示證者了解到的內(nèi)容和來源）。該定義最初是由麻省理工學(xué)院的研究人員 Shafi Goldwasser，Silvio Micali 和 Charles Rakoff 在科學(xué)文章《交互式證明系統(tǒng)的知識復(fù)雜性》（1985）中提出的。

零知識證明具有三個主要屬性：

• 完整性－如果示證者知道陳述，那么他可以說服驗證者。
• 正確性－如果示證者不知道該陳述，那么他只能以很小的幾率欺騙驗證者。
• 零知識－驗證者即使行為不誠實，也不會從示證者知道該陳述這一事實中得知任何其他消息。

證明采用交互協(xié)議的形式。這意味著乙方向示證者提出一系列問題，示證者如果知道秘密，將正確回答所有問題。如果甲方的秘密未知，但他想說服對方的測試者，則他有一定的幾率（例如 50%）正確地回答問題。

但是，經(jīng)過一定數(shù)量的問題（10 – 20）后，審查員很有可能確定示證者不知道秘密。在這種情況下，所有答案都不會給出有關(guān)機(jī)密本身的任何消息。

零知識協(xié)議有兩種類型：

• 交互的（驗證者獨立地實時詢問示證者）﹔
• 非交互式的（不需要驗證者和示證者之間的直接通信；驗證者可以在事實之后驗證語句的真實性）。

零知識證明還可以根據(jù)是否有幾個驗證者確定斷言的真實性的階段而分為兩組－所謂的使用布爾函數(shù)的可信設(shè)置。

對于某些協(xié)議，例如 zk-SNARKs（簡明非交互零知識證明），這是前提條件。驗證進(jìn)程生成一個特殊的秘密，該秘密在受信任的安裝后立即銷毀。如果秘密繼續(xù)存在，則可以偽造網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)，從而平衡使用該協(xié)議的好處。

某些協(xié)議不需要受信任的安裝（例如 zk-STARK）。

zk-SNARKs 是什么？

第一個利用零知識證明來做到交易匿蹤性的是 ZEC 幣，其中的算法便是 zk-SNARKs，但因為 ZEC 的新區(qū)塊獎勵會有大約 20% 進(jìn)入基金會的口袋以支持運作，部分支持者不滿這種行為于是分岔出了 ZCL，因此兩者的加密法與架構(gòu)都是一致的。

zk-SNARKs 是 zero knowledge Succinct Non-interactive ARgument of Knowledge的縮寫，這幾個詞分別代表了：Succinct（簡潔，用很少的數(shù)據(jù)量可以完成整個溝通與驗證）、Non-interactive（只需要很少刺或不需要與原始發(fā)送者溝通即可驗證消息）、ARgument（只在計算上是安全的，如果遇到一個計算能力極強(qiáng)的攻擊者會失效）。

ZK Rollups 是什么？

除了 zk-SNARKs，零知識中一個需要關(guān)注的重點是 ZK Rollups，它代表著區(qū)塊鏈可擴(kuò)展性和隱私性的革命性飛躍，是區(qū)塊鏈技術(shù)中零知識加密最引人注目的應(yīng)用案例之一。

ZK Rollups 是鏈外交易處理的強(qiáng)大工具。它們將數(shù)百甚至數(shù)千筆交易捆綁成一個 Rollups，而不是用每筆交易堵塞主區(qū)塊鏈。但這里有一個轉(zhuǎn)折點：ZK Rollups 不只是發(fā)送批量摘要，它們還使用零知識證明的巧妙加密技術(shù)證明其中的所有交易都是有效的，而不會泄露任何敏感細(xì)節(jié)。

例如，ZK Rollups 可以將多個交易聚合到鏈外處理的單一批量中，從而大大提高以太坊的交易吞吐量，減少主網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。處理完成后，零知識證明會提交給以太坊主網(wǎng)，在不透露交易細(xì)節(jié)的情況下驗證所有交易。這種鏈外處理和證明提交降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，提高了交易吞吐量，并提高了效率，使以太坊有可能每秒處理數(shù)百萬筆交易。

ZK Rollups 利用ZKPs 不僅實現(xiàn)了更快的交易速度，還增強(qiáng)了個人用戶和應(yīng)用進(jìn)程的隱私性。這為DeFi 、 NFT和其他要求速度和保密性的Web3創(chuàng)新帶來了新的可能性。

零知識證明的應(yīng)用和用例

零知識加密技術(shù)可以為各行各業(yè)帶來無限可能，在了解其技術(shù)原理后，接下來，讓我們來看看它的實際應(yīng)用。

1.ZKP 的應(yīng)用

零知識的證明的應(yīng)用主要有 5 個方面：

• 區(qū)塊鏈：比特幣和以太坊等公共區(qū)塊鏈的透明度使交易的公開驗證成為可能。但是，這也意味著很少的隱私，并可能導(dǎo)致用戶的去匿名化。零知識證明可以為公共區(qū)塊鏈引入更多的隱私。例如，加密貨幣Zcash基于零知識簡潔的非交互式知識論證（Zk-SNAKR），這是一種零知識加密方法。
• 財務(wù)：ING使用ZKP，允許客戶證明其秘密號碼位于已知范圍內(nèi)。例如，抵押貸款申請人可以證明他們的收入在可接受的范圍內(nèi)，而無需透露他們的確切工資。
• 投票：如果公共區(qū)塊鏈記錄了投票，則不需要值得信賴的第三方來驗證結(jié)果。因此，ZKP可以使投票系統(tǒng)匿名，因為合格的選民可以在不透露身份的情況下證明他們投票的權(quán)利。
• 認(rèn)證：在身份驗證系統(tǒng)中，一方希望通過密碼等一些秘密信息向第二方證明其身份，但不讓第二方學(xué)習(xí)任何東西。ZKP 可以幫助運行此類信息交換。
• 消息傳遞：消息的端到端加密是必要的，以便除了您要發(fā)送到的郵件之外，沒有人可以閱讀私人郵件。通過ZKP和區(qū)塊鏈，我們可以在消息傳遞世界中創(chuàng)建端到端的信任，而不會泄露任何額外的信息。

2.零知識證明實作

新創(chuàng)公司 QEDIT 開發(fā)了 SDK（軟件開發(fā)工具包），該工具包使您可以在現(xiàn)有的區(qū)塊鏈中實施零知識證明，以增加交易的隱私性，同時保持通過節(jié)點進(jìn)行交易驗證的可能性。該項目已獲得歐盟委員會質(zhì)量認(rèn)證，其合作伙伴包括 VMWare，Ant Financial 和 Deloitte 等知名公司。

StarkWare 已經(jīng)創(chuàng)建了基于 zk-STARKs 協(xié)議的解決方案，該協(xié)議也可以在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)。該項目已經(jīng)吸引了 Vitalik Buterin，Pantera Capital，Intel Capital，Sequoia Capital 和其他投資者的資金。

荷蘭銀行 ING 已發(fā)布零知識證明（ZKP）的修改版本-零知識范圍證明（ZKRP）。該協(xié)議可以證明客戶的工資在獲得抵押所必需的范圍內(nèi)，而無需透露其本身的具體金額。

零知識證明代幣和項目有哪些？

除了以上這些用例外，一些加密貨幣項目正在率先使用 ZKPs 技術(shù)實現(xiàn)保護(hù)用戶安全隱私的效果，例如：

1.Loopring

Loopring 使用零知識證明將多筆轉(zhuǎn)帳聚合為一筆交易。這大大降低了 gas 費用，并提高了以太坊網(wǎng)絡(luò)的交易吞吐量。

Loopring 主要專注于去中心化交易所（DEX），可實現(xiàn)高速、低成本的加密貨幣交易。 Loopring 在 ZK Rollups 領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，可在以太坊上提供快速、低費用的加密貨幣交易。

2.Zcash

Zcash 是隱私領(lǐng)域的開拓者，它使用 zk-SNARKs 來完全隱藏交易金額以及發(fā)送方和接收方的身份，確保交易的無與倫比的隱私性。

作為一種加密貨幣，它為在金融交易中優(yōu)先考慮保密性的用戶提供了高度的隱私保護(hù)。

3.Filecoin

去中心化保存網(wǎng)絡(luò) Filecoin 使用 ZKPs 來驗證數(shù)據(jù)的保存和完整性，而無需透露實際數(shù)據(jù)。這對于確保去中心化文檔保存生態(tài)系統(tǒng)的隱私和安全至關(guān)重要。

4.Immutable X

Immutable X 專注于 NFT，使用 ZK 證明在以太坊上實現(xiàn)近乎瞬時、無 gas 的NFT 交易。 Immutable X 在處理 NFT 交易方面的效率和成本效益對游戲開發(fā)商和游戲愛好者極具吸引力。

5.Mina Protocol

Mina 協(xié)議前身為 Coda，使用 zk-SNARKs 保持非常緊湊的區(qū)塊鏈大小，確保智能型手機(jī)也能充分參與網(wǎng)絡(luò)。這使得區(qū)塊鏈變得非常容易訪問和使用，促進(jìn)了更廣泛的應(yīng)用。

6.ZKsync

ZKsync利用ZK Rollups 的效率，在以太坊上提供快速、安全的交易。 Zksync 與現(xiàn)有以太坊生態(tài)系統(tǒng)的兼容性是一大優(yōu)勢，使開發(fā)人員和用戶更容易采用。

零知識證明的優(yōu)點有哪些？

各種用例解釋了為什么我們需要零知識證明。接下來，讓我們來看看其中一些主要的優(yōu)點：

• 安全與隱私： Web3的假名無法保證完全的隱私，因為交易歷史記錄可以在公共區(qū)塊鏈上獲得。通過 ZKP，可以在不泄露 PII 的情況下進(jìn)行信息驗證，從而保持匿名性。
• 身份驗證：證明一個人的身份不一定包括共享敏感信息。 ZKP 提供了一種私密且安全地運行身分驗證過程的途徑。
• 可擴(kuò)展性：通過 ZKP，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)可以在不泄露底層數(shù)據(jù)的情況下驗證交易。由于保存在區(qū)塊鏈上的信息顯著減少，網(wǎng)絡(luò)效率得到提高。
• 合規(guī)性：組織可以遵守有關(guān)洗錢、KYC 和其他相關(guān)法律的監(jiān)管要求。 ZKP 允許組織遵守規(guī)定，而無需將用戶的個人信息保存在集中式數(shù)據(jù)庫上。

零知識證明是一種基本的密碼學(xué)工具，為身份不明或不受信任的各方提供信息認(rèn)證。 Web3 空間的匿名性質(zhì)為信息驗證帶來了挑戰(zhàn)。 ZKP 通過革命性協(xié)議解決了這一痛點，承諾確?？焖佟踩慕灰?。

零知識證明的缺點和風(fēng)險

雖然 ZK 加密技術(shù)為區(qū)塊鏈技術(shù)帶來了巨大的發(fā)展前景，但也必須認(rèn)識到其實施過程中存在的潛在風(fēng)險和挑戰(zhàn)。

• 計算復(fù)雜度：產(chǎn)生和驗證 ZK 證明需要大量計算，可能會限制其廣泛應(yīng)用，尤其是在資源有限的設(shè)備上。
• 技術(shù)不成熟： ZK 加密技術(shù)仍在不斷發(fā)展，將其與現(xiàn)有區(qū)塊鏈平臺無縫集成會帶來兼容性、效率和安全性方面的挑戰(zhàn)。
• 對設(shè)置的有限信任： ZK-SNARK 是一種流行的 ZK 證明類型，它依賴一次性的「可信任設(shè)置」儀式來產(chǎn)生加密參數(shù)。這一階段的安全漏洞可能會危及整個系統(tǒng)。
• 量子運算威脅：量子運算的興起有可能打破當(dāng)前的 ZK-SNARK 方案。持續(xù)的研究對于開發(fā)抗量子的ZK 密碼學(xué)至關(guān)重要。
• 集中化問題：雖然 ZK Rollups 提高了可擴(kuò)展性，但它們本質(zhì)上將交易驗證權(quán)集中在排序器手中，這可能會引發(fā)集中化問題。
• 濫用的可能性： ZK 密碼學(xué)的隱私方面可能會被濫用于洗錢或逃稅等非法活動。為降低這些風(fēng)險，有必要制定監(jiān)管框架并考慮道德因素。

零知識證明的未來前景如何？對區(qū)塊鏈的意義

零知識證明（Zero Knowledge Proofs）和 Rollups 不僅是加密技術(shù)的奇珍異寶，而且對區(qū)塊鏈下一階段的發(fā)展至關(guān)重要。它們提供了隱私、安全和效率的獨特組合，使其成為擴(kuò)大采用基于區(qū)塊鏈的解決方案不可或缺的因素。

零知識（ZK）技術(shù)預(yù)計在未來提高隱私性、安全性和可擴(kuò)展性。

ZK 還通過匿名交易和保護(hù)個人數(shù)據(jù)來確保隱私。它還能在不暴露細(xì)節(jié)的情況下驗證復(fù)雜的計算，從而增強(qiáng)安全性。除此之外，ZK 還能徹底改變分布式身分識別、確保多方運算安全，甚至創(chuàng)造不受量子影響的區(qū)塊鏈。

然而，要獲得更廣泛的應(yīng)用，還必須應(yīng)對計算復(fù)雜性、技術(shù)不成熟和公眾理解等挑戰(zhàn)。盡管如此，隨著不斷的開發(fā)和實施，ZK 的未來還是充滿希望的。它是一種技術(shù)進(jìn)步，也是一種重新獲得控制權(quán)、釋放潛能、塑造隱私、安全和可擴(kuò)展性共存的數(shù)字未來的手段。

總結(jié)

零知識證明與區(qū)塊鏈的集成代表了數(shù)字隱私的新時代。在不斷發(fā)展的數(shù)字時代，在不泄露的情況下進(jìn)行驗證和在不泄露的情況下進(jìn)行身份驗證的能力是我們處理數(shù)據(jù)隱私和安全的方式的重大轉(zhuǎn)變。

到此這篇關(guān)于什么是零知識證明（ZKP）？未來前景如何？在區(qū)塊鏈中扮演什么角色？的文章就介紹到這了,更多相關(guān)ZKP全面介紹內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持腳本之家！