ZKVerse : 零知识证明的简单介绍

2021-12-23 18:12:56

欢迎来到 “ZKVerse”，一个致力于探索零知识证明的内容系列。这项技术最近作为解决以太坊扩容的关键解决方案之一出现，被认为将使以太坊网络能够容纳新一批的10亿用户。不过，零知识的前景和它的神秘性一样，还有待验证。在这个系列文章中，我们将用通俗易懂的语言为你全面解读有关这项技术的信息。

Polygon 是一个无与伦比的前沿零知识研究集合地：Polygon Hermez、Nightfall、Polygon Miden 和新宣布的 Polygon Zero。ZKVerse 将为这些项目内部的专业知识提供系列文章，包含最新的一线实践经验，同时也将便于非专业读者阅读。我们将介绍核心概念，解释技术的发展方向，预期会产生什么样的影响以及何时产生。但让我们从最基本的开始：什么是零知识，为什么应该被关注？

在过去的几年里，以太坊社区最紧迫的问题是如何提高网络的能力，以处理更多的交易。

DeFi 和 NFTs 中新应用的爆发给网络带来了拥堵和 gas 费的飙升。解决方案是将计算移到所谓的 Layer 2 ，这是一个集合术语，特指存在于以太坊主网之外但仍然依靠它来保证安全性的扩展方案。而这里就有零知识发挥其魔力的地方。

月球数学 moon math

零知识证明是一种证明方式，用来证明你知道什么，但不透露你知道的具体是什么或你通过何种方式知道。在密码学设置中，这意味着有人（证明者，Prover）需要证明他们知道什么，其他人（验证者，Verifier）需要验证“证明者知道”为真。

假设 Bob 要求 Alice 证明她知道某个绘本人物在哪个绘本的哪个具体位置。Alice 同意了，但不想告诉 Bob 该绘本人物具体在绘本的第几页的哪个位置，或者不想让 Bob 知道她是如何找的。Alice 可以通过复制包含该人物的页面，把该人物剪掉以拿给 Bob 证明她知道。

这就是简言之的零知识证明，由麻省理工学院的一群研究人员在 1989 年提出这一概念，但其背后的科学非常复杂，直到最近它还被认为是“月球数学（moon math）”。三十年后的今天，这个概念正被应用于解决区块链面临的一些的挑战，如：可扩展性、安全性和隐私。我们正在见证零知识方案的寒武纪大爆发，每一种零知识方案都有自己的优点和潜在的应用。

ZK Rollup 是如何帮助扩展以太坊呢？

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Rollups 是建立在以太坊之上的 Layer 2 协议。之所以被称为 Rollups 是因为它将大量用户的单笔转账 "卷" 为一个整体的交易打包到一个区块中。这种将计算移至链外的方式有助于减少以太坊的拥堵，并减少用户的整体 gas 成本。虽然 Rollups 仍然需要支付费用以在以太坊上记录成“卷”的交易，但每笔交易的成本会非常便宜，因为这个整体交易的费用是由许多用户共同支付的。

在 ZK Rollup 中，一个智能合约处理并验证所有的交易在链外有效。该有效性证明（validity proof）被公开记录在链上，在以太坊区块中永不抹灭。另一种主要的 Rollup 被称为 Optimistic，因为它假设所有交易都是正确合规的，并依赖于称为欺诈证明（fraud proofs）的挑战。

ZK Rollups 有很多优点

因为有效性证明本身比它们所代表的数据小得多，所以验证一个区块的速度更快，成本更低。
一些被以太坊的联合创始人 Vitalik Buterin 称为“快速解决方案”的开发正在进行中，以减少 Rollups 使用的特定类型数据的 gas 费，这将加速 Rollups 的采用。
以并行计算方式将转账“卷”起来，这鼓励了去中心化。
将资金从 Layer 2 转移到以太坊没有任何延迟，这个过程对于 Optimistic Rollups 来说需要一个星期。
从有效性证明中抽象出交易细节，对隐私也有积极的影响。

ZK Rollups 的挑战

某些类型的零知识必须经历一个费力和麻烦的初始化阶段，称为“可信设置环节（Trusted Setup Ceremony）”。（一个经典的例子，请查看 Radiolab 关于 Zcash 的先锋作用的文章）。
零知识证明需要强大的计算机来运行，并且需要大量的数据优化来达到其扩展潜力，所有这些都可能限制验证者规模。
量子计算有可能构成威胁，但一些类型的零知识能经得住考验，不会过时。

随着这些障碍被克服，ZK Rollups 将成为模块化区块链架构的重要组成部分，模块化区块链被认为这是 Web 3.0 基础设施的未来。Polygon 相信，零知识加密技术将是我们未来几年的核心资产。