金色前哨 | 零知識前沿：關于SNARK、STARK和未來應用_ARK:STAR

來源：VaishPuri@TheTieLabs

“我只知道一件事，那就是我一無所知”——蘇格拉底?

最近圍繞L2擴容解決方案有很多明顯的熱情，這是理所當然的。隨著Optimism發布治理代幣、對ETH主網降低gas費用的需求，以及在背靠背的黑客馬拉松中產生的一連串新想法，可以肯定地說，L2在2022正如火如荼地進行。?

在今天文章中，我將剖析有史以來最強大但經常被誤解的加密工具之一：零知識證明。此外，我將重點介紹未來實施的用例和建議，并展示為什么零知識證明是加密未來的關鍵。?

為什么零知識證明很重要

簡單地說，零知識證明是證明者在不實際透露任何信息的情況下說服驗證者某事是真的一種方式。讓我們用一個類比來說明這一點：假設我們有兩個人，Alice和Bob。Alice有一副密封的52張撲克牌。Alice偷偷拿了一張紅牌，想向Bob證明她有一張紅牌，但實際上并沒有出示紅牌。為了做到這一點，Alice需要將所有的黑牌從牌堆中分離出來，然后將它們展示給Bob。Bob計算所有26張黑牌，驗證它們的存在，并確定Alice擁有的卡牌必然是紅色的。因此，Alice能夠向Bob證明她有紅牌，而無需實際出示。這個比喻非常簡化并沒有描繪全貌，但技術背后的核心理念保持不變。?

金色財經挖礦數據播報：ETH今日全網算力下降2.12%:金色財經報道，據蜘蛛礦池數據顯示：

BTC全網算力170.555EH/s，挖礦難度23.14T，目前區塊高度678833，理論收益0.00000580/T/天。

ETH全網算力513.021TH/s，挖礦難度6801.42T，目前區塊高度12222220，理論收益0.00393911/100MH/天。

BSV全網算力0.679EH/s，挖礦難度0.09T，目前區塊高度682500，理論收益0.00132526/T/天。

BCH全網算力1.923EH/s，挖礦難度0.25，目前區塊高度682918，理論收益0.00046802/T/天。[2021/4/12 20:09:36]

零知識證明對于這十年甚至幾千年來說并不新鮮。事實上，這個想法是在1980年代由抽象數學研究人員首次提出的。該解決方案旨在解決當時與證明者和驗證者之間的理論系統相關的問題——交互式證明。?

但是如果驗證者被證明是惡意的怎么辦？除了驗證陳述的真實性之外，Prover還透露了多少額外信息？讓我們看看中心化服務器上密碼的哈希是如何存儲的。傳統上，在與服務器交互時，服務器會得到明文密碼。這是進行“身份證明”的一種糟糕的方式，因此研究人員轉向了一種系統，該系統可以在不泄露任何無關信息的情況下證明聲明。?

金色晚報 | 8月21日晚間重要動態一覽:12:00-21:00關鍵詞：中國證券業協會、Telegram、Filecoin、Yam Finance、Block. one

1. 中國證券業協會：鼓勵證券公司在區塊鏈等領域加大投入。

2. 央行貨幣政策司司長：Telegram案對我國具有重要借鑒意義。

3. 歐盟委員會希望最早于2020年Q3推出加密貨幣法案。

4. Filecoin或將于9月下旬發放代幣FIL。

5. Yam Finance：需在8月23日0:20前通過官網進行代幣遷移。

6. yearn.finance鎖倉量突破10億美元。

7. 數據：比特幣和以太坊期貨未平倉合約最近均創新高。

8. BB：Block. one已開始探索多鏈采礦策略。

9. 中國人民大學楊東：數字貨幣只是表象，重構支付網絡才是遠大宏圖。[2020/8/21]

更具體地說，假設我們有一些函數C，有兩個輸入C(x,y)。令x為公開輸入，y為秘密見證，讓函數的輸出為真或假。給定一個特定的公共輸入x，證明者必須證明他們知道一個秘密見證y使得C(x,y)?==true。從證明者的角度來看，實現零知識需要隨機性。在驗證者方面，需要隨機性來產生對證明者的查詢。?第一個被廣泛展示的應用是在NP中——完成一類復雜性稱為圖的三著色問題。這是一個巨大的突破，因為這個應用程序可以應用于NP類中的任何問題。這可以一舉多得。?

金色午報 | 1月7日午間重要動態一覽:7:00-12:00關鍵詞：長沙質量鏈、USDT、小米、8000美元

1.民盟長沙市委“以區塊鏈構建長沙質量鏈”提案獲市委書記認可。

2.鄧建鵬：USDT帶來的風險特別值得中國監管機構重視。

3.騰訊申請“區塊鏈+借貸”、“區塊鏈+病歷數據”等專利。

4.小米等公司申請設立新加坡數字批發銀行。

5.Calibra正在招聘兩名高級營銷人員 或準備推出其產品。

6.外媒稱USDT市值增加5億美元 或因數據統計缺失。

7.Roger Ver推出支持BCH等代幣的加密PoS機設備。

8.Telegram：沒有義務 也沒有承諾在未來建立TON基金會。

9.Ledge Secure惡意擴展程序曝光 價值1.6萬美金加密貨幣遭竊。

10.比特幣日內漲幅超5%，一度觸及8000美元關口。[2020/1/7]

在區塊鏈領域，由于零知識證明能夠提供可擴展性以及在隱私模型中的實用性，因此有許多實現。具體來說，與沒有零知識證明系統的情況相比，驗證者執行的計算工作呈指數級減少。另一方面，證明者需要相當多的計算開銷來執行證明。我稍后會詳細討論這個問題。

ZK協議

雖然目前存在大量的zk協議，但對于這篇文章，我將重點關注SNARK和STARK，并在后面的文章中深入探討其他協議。

金色相對論 | 劉昌用：中國不可能出現Libra這樣的私人（企業）信用貨幣:在今日舉行的金色相對論中，關于“央行數字貨幣與Libra相比有何不同，未來會推出“中國版Libra”的問題，密碼經濟倡導者，北京大學經濟學博士劉昌用表示，央行數字貨幣是政府行為，Facebook推出來的Libra是企業行為，性質完全不同。因為是政府行為，央行數字貨幣不需要考慮被監管的問題，他就是監管方。而Libra目前面臨的最大問題就是監管問題。中美在貨幣政策上的差別非常大。從憲法層面看，人民幣是中國唯一的法定貨幣，而美國則有長期的私人貨幣歷史，現在也仍然合法存在。我們還有一系列具體的法律法規對貨幣做出非常嚴格的限制。因此，中國不可能出現Libra這樣的私人（企業）信用貨幣。即使在美國Libra也很難推進，因為它不是簡單的私人貨幣，它的體量太大，并且超主權，錨定一籃子法幣，抵押一籃子資產，帶來的國際金融影響和金融風險，進一步的國際經濟和影響都非常復雜。在對金融領域有嚴格監管的發達國家，監管壓力是非常大的，Libra的成功之路非常難。[2019/8/15]

簡潔非交互式知識論證是一種流行的證明機制，它結合了2011年首次引入的零知識證明。在底層，zk-SNARK使用橢圓曲線來保證安全并依賴于可信設置。最初，創建密鑰以開發交易所需的證明和驗證所述證明。這些秘鑰包含一個參考字符串鏈接驗證密鑰和發送私人信息的密鑰。為此，必須刪除創建密鑰的方法，并且密鑰的創建者是可信賴的。這種在創建階段對信任的依賴仍然是zk-SNARKs的一大批評點。此外，參考字符串是不可升級的，這意味著如果程序需要更新，則需要重新運行可信設置階段。

金色財經獨家專訪 ClipperX交易所創始人劉震：市場從來都沒有惡意做空這種機制:ClipperX交易所創始人劉震在接受金色財經獨家專訪時表示，從傳統股票市場到現在的加密貨幣市場，從來都沒有惡意做空這種市場行為，反而做空這個機制會讓市場更健康的成長，空氣幣會被做空機制消除，直到市場上只剩下真正有價值的加密貨幣。[2018/5/28]

然而，在實際實踐中，zk-SNARK很難自行實現。在計算中需要檢查許多步驟，但是單獨檢查每個步驟的工作花費的時間是不可行的。解決方案以多項式的形式出現。將計算編碼為多項式可以節省大量信息和時間。我們可以用“代替“它們的多項式表達式代替它們，而不是在數字之間有無數個方程。

但是等等，還有更多！通常，通過檢查每個系數來使用多項式驗證方程，但這又需要太長時間。多項式承諾在這里發揮作用。多項式承諾可以被視為“哈希”多項式的獨特方法。這允許在更短的時間內進行驗證，無論多項式有多大。此外，多項式承諾本質上是隱私保護，因為證明比多項式本身小得多。盡管可以添加隨機性，但多項式承諾不會顯示多項式的少量信息。

多項式承諾使用三種主要協議之一：bulletproof、KZG和FRI。比較和對比它們超出了本篇文章的范圍，因為每個都值得自己深入研究。

2018年，一群研究人員試圖在zk系統中加入透明度。透明度意味著不必依賴受信任方進行初始設置，從而消除了開放后門的威脅。這導致創建了可擴展的透明知識論據，或STARKs。STARK使用哈希函數作為其安全來源，這與SNARK使用的雙線性實現不同。可擴展性方面指的是兩件事：?

1、與SNARK相比，證明者的運行時間在復雜性上要小得多。

2、驗證時間的大小是多對數。STARKs利用FRI，提升信息存儲量和效能。

當前應用

盡管像Zcash這樣的zk-SNARK先驅已經存在了一段時間，但zk-STARK的創建卻迎來了爆炸式增長。zk協議中的工作不僅限于Rollup。事實上，一些L1已經基于zkproof構建，以及萌芽中的游戲項目。?

StarkWare是zk-STARK的先驅，開發了兩個核心產品：StarkNet，一個無需許可的去中心化zkrollup，以及StarkEx，一個獨立的zkrollupSaaS。此外，StarkWare開發了名為Cairo的生產級zk虛擬機(zkVM)。Cairo聲稱可以實現圖靈完備的馮諾依曼結構。每個程序與它處理的數據一起駐留在VM的內存中。今天任何人都可以訪問開羅，目前正被著名的StarkEx客戶使用，如dydx、Immutable和DeversiFi。其他使用他們自己版本的zkVM的新應用程序包括PolygonMiden和RiscZero，后者正在嘗試構建通用zkVM。

與zkVM意識形態相反的是zkEVM。zkVMs從頭開始作為針對zk優化的新區塊鏈VM，或者只是適應Solidity工具和兼容性。另一方面，zkEVM實現了完整的EVM操作碼集。使用EVM操作碼有幾個好處：

實現與EVM生態系統和工具的完全兼容

繼承以太坊安全模型

效率可能類似于基于編譯器的方法

不出所料，zkVM和zkEVM陣營之間似乎存在很大的分歧。

zkEVM相對于zkVM的最大優勢是EVM等效性。歷史證明，通過低gas費激勵和為開發人員提供輕松的開發體驗來瞄準龐大的現有dApp社區是卓有成效的，這正是zkEVM建設者所指望的。?

目前最流行的zkEVM項目是zkSync，它使用zk-SNARKs作為2層解決方案進行驗證和擴展。此外，zkSync選擇將數據可用性置于鏈下，并由zkSync代幣質押者使用權益證明(zkPorter)進行保護。此實現的設計基于StarkWare開發的名為Volition的解決方案。

最后，一個相當新的參與者，Scroll正在開發一個通用的L2zkEVM。Scroll采用了一種新方法來使用GPU能力在鏈下生成zk證明。最近在Poseidon哈希、Plookup和PLONK等zk證明方面的突破已經將成本降低到足以使zkEVM成為現實。此外，GPU和ASIC/FPGA加速器的進步正在改善硬件條件，進一步降低成本。Scroll仍處于開發階段，計劃在未來幾個月內推出他們的zkEVM測試網。

未來的應用

ZkProof最初是為了維護隱私而開發的。盡管大眾媒體可能會將當前的用例集中在“更大的TPS允許”上，但事實仍然是zkProof具有更廣泛的應用范圍。?

一個這樣的應用程序是工具zk-ID，它通過zk電路匿名檢查錢包中的資產或鏈上交易來驗證用戶的身份。

Zk身份具有極其強大的潛力，并且在現實世界中可以立即使用用例。例如，假設我是一名債務人，試圖證明自己的信譽，同時仍將銀行信息和活動保密。我會證明我已經從多家受信任的銀行償還了大筆貸款，但不會透露銀行或這些貸款的規格。

支持未來zk-identity的四個關鍵組件

zk領域的另一個重大發展是zk-SNARK證明者的高效私人委托。如前所述，證明的時間相當緩慢。使用SHA2哈希10kb需要140秒，而不是所需的幾毫秒。解決這個問題的方法是外包證明。不幸的是，這帶來了另一個困境：秘密總是泄露。需要的是：外包隱私證明。通過仔細實施，可以將證明委托給手機等設備，其速度比本地計算快26倍。這個新穎的框架由PratyushMishra在2022年4月的zkSummit上首次提出。?

結語

我們在開發基于應用程序的zkProof方面處于非常早期的階段。盡管如此，進展的步伐還是很快的。社區之間仍然存在很多沖突，因為陣營正在形成，意見正在被化。只有時間會證明哪一方是正確的。可以肯定的是，當歷史學家回顧過去時，他們會將這一時期的zk實施視為加密貨幣壯觀歷史中的開創性部分。?

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