什么是零知识证明(ZKP)？它在加密中的用例是什么？

你是否曾经提交过可能包含令人尴尬的隐私信息的财务或健康记录，仅仅是为了证明你有能力偿还贷款，或者你的身体没有重大问题？如果你能向他们证明你的收入稳定充足，或者你身体健康，而又不透露你刚刚购买了价值 100 美元的 Nutella 巧克力酱，或者从自行车上摔下来膝盖擦伤，那会怎样？这便是零知识证明的一个典型例子，也是一个潜在的用例。

什么是零知识证明（ZKP）？

您可能已经从我们的示例中猜到了，零知识证明（ZKP）是一种在不透露陈述的情况下证明陈述有效性的方法或过程。

假设你刚刚在你的朋友之前完成了今天的 Wordle（是的，人们仍然在玩这个）。你不需要告诉他们这个词是什么，你只需要分享你的 Wordle 结果图像，其中包含五个垂直的绿色方框。这样，每个看到图像的人都会知道你刚刚答对了这个词，但没有人知道它是什么，除非他们已经知道它。更方便的是，你只需要在 Twitter 上分享这张图片一次，每个人都会知道你已经解决了它，而无需与你进行任何进一步的互动（他们甚至不必认识你）。这被称为非交互式 ZKP，与交互式 ZKP 相反，在交互式 ZKP 中，验证者必须与证明者进行一系列交流才能决定他们是否相信。

毋庸置疑，这种复杂的机制（交互式和非交互式）将创造出许多新颖、有趣的用例，尤其是在隐私至上至多的行业——加密货币就是一个例子。该领域最著名的两个进展是 zk-SNARK 和 zk-STARK。

zk-SNARKs 与 zk-STARKs

zk-SNARK 代表零知识简洁非交互式知识论证，其亮点在于非交互式，这意味着任何人都可以在不与证明者交互的情况下验证陈述。这使得区块链网络能够验证账户的所有权，并确保特定交易的发送者拥有足够的余额，而无需透露地址或交易金额。

随机椭圆曲线是 zk-SNARKs 安全模型的核心。启动使用 zk-SNARKs 的协议也需要可信的设置。这涉及创建私钥，这些私钥随后用于创建交易和验证的证明。因此，zk-SNARKs 容易受到量子攻击和私钥泄露。即便如此，zk-SNARKs 可以显著减少区块大小和 gas 消耗，并且自 2012 年成立以来已经积累了一个庞大的社区。

zk-STARKs 代表零知识可扩展透明知识论证，于 2018 年推出。顾名思义，zk-STARKs 专注于可扩展性和透明度。zk-SNARKs 的证明者和验证者的时间随着见证大小而线性增加，但对于 zk-STARKs 而言，它是准线性增加的，这使得它们在处理大型数据集时更加灵活。zk-STARKs 还利用可公开验证的随机性和哈希函数，这意味着它们不需要初始可信设置并且具有抗量子性。

也就是说，zk-STARK 会生成更大的区块，需要更多的计算能力，这意味着更多的 gas 消耗和更长的验证时间。与老版本相比，zk-STARK 的开发人员和可用资源也少得多。

ZKP 在加密领域的用例有哪些？

身份证明

没有什么地方比我们的身份信息更集中私人数据了。传统上，身份证明需要证明者——你——向验证者提交你的身份信息——所有关于你的信息，无论是否相关，都以令人震惊的细节呈现。

而使用零知识证明 (ZKP)，您只需生成一个凭证，作为您身份所有权和可靠性的证明。验证者只需执行一些计算来检查凭证的有效性，而无需访问您的所有个人信息。

Merkle 树储备证明

Merkle 树是一种二叉树，数据存储在其叶子节点中。每个叶子节点都有各自的哈希值，这些哈希值会被分成不同的组（节点），进行进一步的哈希运算，直到只剩下一个值——根哈希。

验证者只需从多个节点获取哈希值，即可验证 Merkle 树中所有内容的完整性，而无需深入研究 1 和 0 的海洋。这被广泛用于证明交易所拥有足够的储备资金，并且没有将其交易者的资金转移到其他地方用于不可告人的目的。

Bitget 始终将客户放在首位，我们的 Merkle Tree 储备证明可供所有人验证：Bitget 的储备证明。

Zk-rollups

Rollup，顾名思义，是一种将多笔交易汇总成一笔交易的扩容解决方案。这使得交易速度比以太坊主网更快、成本更低。以太坊的 Rollup 解决方案分为两类：乐观型和零知识型。本文将重点介绍后者。

零知识汇总 (zk-rollups) 在链下进行计算，并仅在链上提交有效性证明（所有汇总交易的“摘要”）。一旦此证明在链上得到验证，所有汇总交易将一次性完成。

以太坊的 zk-rollup 解决方案中，有几家主要参与者。Polygon 宣布，他们的 zkEVM 主网测试版将于 3 月底上线。为了对抗 Polygon，另一家竞争对手 zkSync 在 Polygon 宣布这一消息仅一天后就开放了其“主网”开发者注册。

这场竞赛中其他值得注意的参与者包括 Loopring，这是一家去中心化交易所，利用 zk-rollup 提供高吞吐量和低结算成本；Immutable X，这是一家专注于 NFT 的 Layer2 解决方案，通过 zk-rollups 提供近乎即时、零 gas 费用的体验。

零知识证明的挑战与发展前景

尽管零知识证明技术已经在多个领域展现出巨大潜力，但其应用仍面临一些挑战：

• 计算复杂性 零知识证明技术涉及大量复杂的数学运算，证明生成和验证过程可能消耗较多资源。未来，需要进一步优化算法以提升效率。
• 实现难度高 零知识证明技术的开发和部署需要高度专业的技术团队，项目成本较高，普及面临一定障碍。
• 与现有区块链系统的兼容性 不同区块链的技术架构可能对零知识证明的整合提出限制，未来需要制定更通用的解决方案。

尽管如此，零知识证明技术的发展前景十分广阔。随着零知识证明-Rollup等扩容方案的成熟，零知识证明技术有望在未来推动区块链的性能提升和隐私保护实现重大突破。此外，随着更多应用场景的落地，零知识证明技术可能成为Web3世界的核心支柱，为用户提供更安全、更高效的数字体验。

总结

零知识证明（零知识证明）是区块链技术中一项重要的创新，为隐私保护和性能优化提供了全新思路。从隐私币到扩容方案，从身份验证到DeFi应用，零知识证明正在推动区块链技术进入更高层次的发展阶段。对于开发者和用户而言，深入了解并利用零知识证明技术将成为未来数字经济的重要能力。

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