零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?

用一句话形容零知识(ZK)证明:ZK proof 是证明者说服验证者某些陈述是真实的,但除了陈述是真实的之外不透露其他信息的一种方式。ZK 是为匿名而设计的。想象一下,我们可以证明我们有一个有效的 ID,而无需验证者知道我们的真实姓名或 ID。这里有一个更生动的例子。爱丽丝和鲍勃正在玩数独。爱丽丝想向鲍勃展示她找到了答案。但是,她不想透露任何关于答案的信息,因为 Bob 仍在研究它。你将如何设计这个证明?零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?答案很简单。我们把数独写成卡片,面朝下。鲍勃可以随机选择一列、一行或一个块。爱丽丝拿走那一列、那个行或那个块,然后洗牌。Bob 可以通过检查 1-9 的卡片来验证正确性。通过不断地执行这一步,鲍勃可以说爱丽丝知道答案,但鲍勃在验证后不知道答案。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?如果您仍然无法理解,请观看此视频。UCLA CS 教授将在五个不同的层次上解释 ZK。你一定会理解它。在全面检查 ZK 证明系统之前,请注意 ZK-SNARK 指的是一类方案的名称,而 ZK-STARK 是特定方案的名称。让我们从 ZK-SNARK 开始。SNARK 代表简洁的非交互式知识论证。SNARK 不同于其他 ZK 证明系统,因为它的信任设置阶段,“N”代表了:ZK-SNARK 的问题在于信任建立阶段。信任设置阶段生成一个参考字符串。如果参考字符串泄露,任何人都可以做假证明。此外,在多方之间协调这种信任建立阶段也很复杂。参考字符串只能在一个程序(电路)中使用。因此,不可能让 ZK-SNARK 具有用于一般计算的单一信任设置。另一个问题是参考字符串不可升级。如果我们升级程序,我们需要重新运行信任设置阶段。为了解决这个问题,有两种方法:业界常用的 ZK 证明系统如下:这是基于这项研究的基准。CRS 是通用参考字符串。SRS 是在信任建立阶段生成的结构引用字符串。证明大小决定了基础层的存储成本——证明者和验证者的运行时间会影响计算资源。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?来源:比较通用 zk-SNARKs您可以在以下研究中找到更多基准:总结一下,如果你看到一个新的零知识证明系统,你应该关心什么数字?ZK 是近几年来应用的。ZK 的两个主要论点是 rollup,它提高了计算效率和隐私。对于私人观点,这是直观的,因为 ZK 除了语句本身之外,不与验证者共享任何知识。Rollup 论点在很大程度上依赖于 ZK 的两个特征:简洁和递归。简洁的特性有助于验证者节省许多计算资源,而不是重新运行整个程序。递归特性有助于节省存储空间。通过递归,区块链可以保持固定的大小。这也有利于去中心化,因为微小的区块链节点不需要高端硬件。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?独立开发 ZK 应用,开发者需要具备以下研发技能:有效的开发工具不仅可以加快开发过程,还可以降低复杂性。例如,像 Circom 这样的工具负责处理低级代数和证明系统。开发人员可以忽略代数和 ZK 证明系统,而专注于编程和应用程序开发。rollup 的概念很简单。由于链上计算是扩展的,因此 rollup 将计算置于链下,并且只将结果存储在链上。Merkle 树的状态根存储在 rollup 合约中。根可以用来验证叶子的存在。智能合约知道如何用信息批量更新状态,状态根切换到新的状态根。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:rollup 指南不完整 (vitalik.ca)ZK rollup 批量使用 ZK proof 来验证新的状态根是否正确。ZK 证明可以用来验证批量执行 txs 后,我们可以批量获取新的状态根。验证者无需执行即可验证计算的正确性,验证者甚至不会知道执行了什么。简洁的特性有助于 ZKRU(ZK rollup)规模化。Optimistic Rollup 不如 ZKRU 完美。例如,由于依赖欺诈证明,ORU 的 TPS 较少,提款期较长。因此,一些 ORU 正在将 ZK 集成到他们的解决方案中。通过这种方式,他们可以提高 TPS 并缩短提款期。例如,他们可以将 ZK 添加到状态转换中,以缩短防欺诈时间。rollup 中包含三个角色:零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:从第一原理理解 Rollup 经济学对于 Layer2 的经济来说,最重要的是成本和收入。对于 Layer2,我们可以将成本分解为以下内容:网络的一项主要成本是数据存储。此图表说明了数据的存储方式。首先,用户将数据 (txs) 发送给汇总运营商。然后汇总操作员将大量数据(txs)打包成批次并发布到基础层。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:从第一原理理解 Rollup 经济学此图表说明了 Rollup 为基础层支付的费用及其收入。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:L2 Fees.info,2022 年 3 月 28 日Layer2 的共同收入是费用和 MEV 价值。费用因网络状态而异,MEV 因用户的交易而异。此外,Layer2 可能会发行新的代币。代币将成为 Rollup 运营商的奖励。此图显示了不同 Layer2 的现状。Arbitrum 主导着整个市场。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?来源:https://l2 beat.com/2022 年 3 月 28 日该图说明了不同链使用的不同技术。这是一个简短的解释:零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?来源:https://l2 beat.com/2022 年 3 月 28 日以下是 Ethhub 上列出的 ZKRU 的优缺点:优点:缺点:目前,大多数可用的 ZK Layer2 仅具有有限的功能,例如支付。ZKSync 是 Gitcoin 使用的一种支付层。还有启用了自定义 VM 的 ZK Layer2。这些自定义 VM 与 EVM 不兼容,例如 (StarkEx + Cairo, zkSync 1.0 + Zinc)。ZKEVM 是所有 ZKRU 的下一个里程碑。ZKEVM 解决方案分为三个级别:在以太坊路线图‌中,以太坊将集成共识级别的 ZKEVM。来自 EF 的 Justin Drake 预计会在 2022 年看到字节码级别的 ZKEVM,例如 Hermez 或 Scroll,但有一些限制:为了进一步降低成本,一些 ZKRU 正在实施 Volition,改变它们的基础层。他们计划将数据存储在链下或链上。市场上有 16 个 ZKRU,其中 7 个已经发布了代币。总市值为 $150 亿,约占整个加密市场的 0.67%。Polygon 目前在 4 个 ZK 产品上工作:zkSync‌ 于 2019 年 12 月启动。zkSync 是由 Matter Labs 构建的 ZKRU。它基于 Plonk 和可信赖的。目前,它支持支付功能和有限的智能合约功能,使用定制的编程语言 Zinc。zkSync 2.0 测试网于 2 月上线,特色 ZKEVM。Matter Labs 将大部分 OPCODE 制成电路以实现 EVM 兼容性。目前,它不支持 ADDMOD、SMOD、MULMOD、EXP、CREATE2 和 KECCAK256。在这种方法中,Solidity 将成为一等公民。zkSync 2.0 中的 gas 将根据当前的 Layer1 gas 价格(Layer1 上的数据存储成本)和 ZK 证明生成成本而波动。为了进一步提高 TPS 并降低成本,zkSync 将推出 ZKPorter。用户可以选择将他们的账户数据存储在 ZKPorter 上,这比基础层的成本要低得多。如果一个账户存储在 ZK Porter 上,它的所有 tx 只能存储在 ZKPorter 上。它们不能存储在以太坊上。ZKPorter 将由 zkSync 代币持有者保护。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:Dune,2022 年 3 月 28 日Starkware 由 Zcash 的核心团队成员于 2018 年 5 月启动。Starkware 有两种解决方案:StarkEx、StarkNet。StarkEx 是一个 SaaS,为 dYdX、DeverseFi、Immutable、Sorare 等项目设计 ZKRU。dYdX 相当成功。以下是一些关于 dYdX 的指标。它每周有大约 4,000 名活跃交易者。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?来源:Layer 2 公共仪表板・Metabase (dydx.exchange)StarkNet 是无需许可的版本。StarkNet 不兼容 EVM。它使用 Cairo 编写智能合约。Starkware 也在开发 ZKEVM。但是,他们有不同的方法。他们使用 Warp 将 Solidity 编写的智能合约转译到 StarkNet 上的 Cairo。这种方法不如 zkSync。与 EVM 兼容的 StarkNet Alpha 版于 2021 年 11 月推出。目前,每日交易数为 1033(数据来自 Explorer)。同样,Starkware 也在研究链下存储。用户可以选择在以太坊或链下处理他们的交易。Loopring 是一个 ZKRU DEX,支持低费用的现货交易,具有 2000 TPS。Loopring 于 2018 年发行了其代币 LRC。目前,Loopring 的市值为 13 亿美元。Loopring 共有 65000 用户,每天增加 167 个独立用户,每天有 10896 笔交易(数据来自浏览器‌)。dYdX 是 Loopring 的强大竞争对手。未来,当 ZKEVM 流行起来时,会有更多的竞争者加入这个市场,因为在 ZKEVM 上的开发比开发新的 Layer2 DEX 更快。区块链空间已进入多链时代。不同的链有不同的重点,各有特点,不光是纸上谈兵。我们在过去看到了许多具有高 TPS 的新链。现在,这些链拥有强大的生态系统和特色应用。由于开发工具,创建具有高 TPS 的新链比以前更容易。因此,现在我们更强调特色应用程序,而不是纸质数字。Moonbeam 就是一个很好的例子。它具有某种类似 Polkadot 的基础层 和高 TPS。这看起来与大多数 Layer2 相似。在发布之前,moonbeam 与许多项目合作,比如寿司。它以完整的生态系统启动,如顶级 DEX、借贷和跨链桥,但缺乏重点和特色应用程序。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:Defillama,2022 年 3 月 29 日因此,layer2 需要具有与其他高 TPS 链竞争的特性。在 layer2 生态系统中会有几个潜在的机会:零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:Defillama dYdX,2022 年 3 月 29 日ZK 已经在许多隐私项目中使用。例如,Tornado cash、Zcash、黑暗森林。隐私项目分为三个阶段:隐私项目的总市值约为 100 亿美元,约占整个加密市场的 0.45%。每日交易量约为 $10 亿美元。Tornado Cash 是一种基于智能合约的隐私交易工具。它用于隐藏现金流。它现在支持 Ethereum、BSC、Polygon、Optimism、Arbitrum、Gnosis 和 Avalanche。为了可用性,它实现了隐私。充值、等待、提现,用户可以拿到干净的钱。ZK 用于用户的存款和取款过程。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:Dune,2022 年 3 月 28 日零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:Trading View 2022 年 3 月 28 日Zcash 是使用 zk-SNARK 实现私密交易的区块链。与 Tornado Cash 不同,Zcash 自定义区块链以实现隐私交易。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:2022 年 3 月 28 日 Zcash 交易图表零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:Trading View 2022 年 3 月 28 日Zecrey 是一款支持 Ethereum、Polygon、BSC、Near 和 Avalanche 的隐私支付应用程序。它处于隐私的第一层,交易隐私。Zecrey 提供了一个浏览器钱包来帮助用户私下转移和交换代币。要私下交换和转移,用户需要将代币存入由 Plonk 提供支持的 Zecrey layer2。layer2 中发生的一切都可以是私有的。Zecrey layer2 也支持跨链交换。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:Zecrey目前,Zecrey 每天大约有 10 笔交易(数据来自资源管理器)Suterusu 是一款支持 Ethereum、BSC、Fantom 和 Polygon 的私人支付应用程序。它使用 layer2 来保护用户的交易隐私。它还有一个跨链桥,可以在 ETH 和 BSC 之间转移 $SUTER。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:SuterusuSuterusu 共有 15000 位用户和 24000 美元存款。用户增量停滞不前。它的市值约为 1000 万美元。黑暗森林是一款 MMO。玩家需要向其他星球发送能量来占领它们。行星的位置是保密的。玩家需要自己找到这些行星(哈希碰撞)。ZK 用于证明位置相关的操作:v0.6 第一轮,1700 名玩家加入游戏,700 人进入下一轮。在这一轮中,玩家完成了 200 万笔交易,花费了大约 1.5 万亿的 gas。假设它在以太坊上,按 80 gwei 的价格。所以总 gas 将花费 120 ETH。Stealth AirDrop 允许用户匿名获得空投。用户首先使用他们的空投钱包来生成证明。然后他们可以使用其他钱包来获取带有证明的空投代币。A16 z 也实现了类似的东西 a16z/zkp-merkle-airdrop-contracts‌ (GitHub.com)。这个例子展示了 ZK 在投票中的应用。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:nalinbhardwaj/stealthdrop:使用 ZK-SNARKs 的匿名空投(GitHub.com)该项目在 ETHDanver 上亮相。用户可以生成 ZK 证明来证明他们有一个 buffiness,而不需要透露除用户的 Buffiness 之外的任何关于他们自己的信息。这是 ZK 在 Identity 中的一个应用。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?来源:zkPoBZKRepel 出现在第 13 轮 Gitcoin 捐赠计划 GR13 并获得了 5000 美元。这是 ZK 生态的在线游乐场。开发人员无需设置本地开发环境,即可在 ZKRepel 中快速编写和测试电路。它类似于混音。我们看到了从本地开发到基于云的开发的范式转变。有 Codesandbox、Codepen、Codespaces 等著名产品。有了这些产品,开发人员可以随时随地持续工作,快速搭建新的开发环境。开发环境作为基础设施是当今大趋势。这是 GitHub 提出的,GitHub 用 Codespaces 实践了它。没有关于 ZK 开发者的明确统计数据。但是,从 GitHub 上的数据来看,它比 Solidity 开发者少 500 多倍。零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:ZKRepel零知识证明指南:为什么 ZK 如此重要?资料来源:如何资助你的 ZK 项目?这里有一些专注于 ZK 项目的 VC 或赠款:ZK 是一项非常有前途的技术,可以将不可能的事情变为可能。近年来,这里发生了很多突破。这些突破,如更强的性能、可升级性和无需信任设置,将 ZK 推向了应用阶段。因此,如果我们要查看 ZK 项目,我们需要关心这些理论数字:ZKEVM 是 ZKRU 的下一个里程碑。ZKEVM 分为三个阶段:ZK 刚刚进入应用阶段。生态系统仍然是空的。并非 ZK 的每一个特性都被很好地使用并应用于新产品。人们仍然可以从这一前沿理论中获得灵感。以下方向最能从 ZK 技术中受益:应用 ZK 有两个主要论点:Rollup 和 隐私。Rollup 比隐私更有希望。隐私没有意义,因为它被设计为透明的。隐私文化与透明精神背道而驰。此外,隐私可能存在合规问题。Web2 时代,我们看不到隐私应用的繁荣。在同一品类中,顶级产品并没有高度关注隐私,尽管越来越多的机构改进了他们的隐私保护。隐私确实需要权衡。大多数时候是可用性,这是用户的关键。在查看 ZK 应用程序时,以下几点很重要:

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作者:春分财经
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