零知識證明：它們能帶來多大的變革？
作者：0xKira
零知識證明的經典比喻——Chainlink
傳統上，驗證需要披露一些信息：例如身份信息、密碼或數據。零知識證明顛覆了這種模式，無需暴露數據本身即可證明身份、真實性或所有權。
在數字系統中，這意味著你可以：
在無需透露出生日期即可證明自己已年滿18周歲。
在不透露錢包余額的情況下證明資金充足
在不泄露交易內容的情況下證明交易的有效性
這種“不泄露信息即可證明”的能力是保持隱私、安全和透明的系統的基礎，而零知識證明恰好能同時兼顧這兩個特點。它們是如何運作的？
零知識證明依賴于深奧的數學結構和密碼學原語，但從概念上講，它們可以歸結為三個基本屬性：
完整性（Completeness）：如果該陳述為真，誠實的證明者能夠說服驗證者它為真。
可靠性（Soundness）：如果陳述是錯誤的，任何作弊的證明者都無法說服驗證者使其相信該陳述是錯誤的。
零知識（Zero-Knowledge）：驗證者除了知道該陳述為真之外，不會獲知任何其他信息。
實際上，零知識證明有好幾種類型，但目前討論的焦點主要集中在兩種類型上：交互式和非交互式零知識證明。
在早期設計中，零知識證明是交互式的。證明者和驗證者進行雙向對話，驗證者提出隨機挑戰，證明者則提供證明作為回應，共同構建對某個陳述真實性的信心。雖然這種模型在理論上行之有效，但在Blockchain環境中，各方往往難以實時互動，因此效率并不高。
為了使其更具實用性，密碼學家開發了非交互式零知識證明（NIZK），這種證明只需要證明者向驗證者發送一條消息即可完成。其中最著名的是zk-SNARKs，它能夠生成極其緊湊的證明，并在毫秒內完成驗證。另一個變體是zk-STARKs，它無需可信設置，并提供后量子安全級別。
TornadoCash的工作原理-Elliptic
除隱私保護之外，零知識證明正在革新數字身份和監管合規領域。它支持選擇性披露，使用戶能夠在不泄露個人數據的情況下證明自身特定事實。例如，用戶可以在不透露姓名的情況下證明自己已通過KYC驗證，或者在不提供身份信息的情況下確認自己不在制裁名單上。這一原則是Worldcoin的人格證明、PolygonID和zkPass等新興零知識身份系統的基礎。
Rollup是一種Layer-2解決方案，它在鏈下執行交易，然后將匯總信息發布回主鏈或Layer-1（通常是Ethereum）。Rollup主要分為兩種類型： Optimisticrollup和ZKrollup。
在ZKRollup中，成百上千筆鏈下交易被打包在一起。證明者生成一個零知識證明（也稱為有效性證明），表明所有打包的交易都符合Blockchain的規則。然后，該單一證明被提交到主鏈，主鏈可以快速且確鑿地驗證它。
ZKRollup的工作原理-Messari
這種設計大幅減少了 Layer-1 的數據量和計算負擔，同時保持了與單獨處理每筆交易相同的安全保證，從而消除了 Layer-1的速度和規模瓶頸。
一些ZKrollup的代表項目包括：
zkSyncEra：由MatterLabs開發，使用zk-SNARKs實現快速最終性。
StarkNet：基于zk-STARKs構建，強調可擴展性和透明性
PolygonzkEVM：Ethereum虛擬機(EVM)的零知識實現，使其能夠與Ethereum上現有的智能合約完全兼容。
Lighter：一個基于自定義ZKrollup構建的永續DEX平臺，使用zk-SNARKs，具體來說是Plonky2。ZKRollup的優勢
通過將數千筆交易壓縮成單個密碼學證明，ZKrollups可以顯著提高吞吐量，使Ethereum等Blockchain能夠在不犧牲去中心化或安全性的情況下處理更多的活動。
安全性是另一項關鍵優勢。與依賴經濟激勵和為期一周的挑戰期來檢測欺詐的 Optimisticrollup 不同，ZKrollup 使用數學有效性證明來預先保證正確性。一旦鏈上驗證了證明，底層交易即為最終且不可篡改，從而消除了延遲和不確定性。
這也意味著更快的確認速度。ZKrollup 中的交易會在其對應的證明被驗證后立即結算，與 Optimistic 系統中常見的等待時間相比，用戶幾乎可以即時獲得最終結果。
成本效益是另一項主要優勢。由于ZKRollups僅向Layer-1Blockchain提交極少量的數據，因此Gas費用顯著降低，使得用戶和應用程序在Ethereum上運行的成本更低。
更令人振奮的是，ZKrollup為增強隱私保護打開了大門。由于其本身建立在零知識密碼學之上，理論上可以將機密性直接嵌入到rollup本身，從而實現大規模的私密且可驗證的交易。
目前的主要限制在于計算需求。生成零知識證明仍然需要消耗大量資源，需要強大的硬件和先進的密碼學技術。然而，持續的進步，尤其是在硬件加速、電路設計和遞歸證明方面的進展，正在穩步降低這些成本，使得每一代 ZKrollup 的效率都更高。與OptimisticRollup的對比
Optimisticrollup，例如Arbitrum和Optimism，則遵循不同的理念。它們默認所有鏈下交易都是有效的。只有當有人質疑這一假設時，系統才會要求提供“欺詐證明”來驗證爭議，這個過程通常需要一周左右。這種模型在實踐中運行良好，但會造成交易最終確認的延遲，并且依賴于激勵機制來促使參與者發現并舉報無效活動。
而ZKrollup為每一批交易附帶一個零知識有效性證明，在寫入主鏈之前就用數學方式確認其正確性，從而提供即時最終性和更強的安全保障，但同時也帶來了更高的技術復雜性和更大的計算量。
本質上，這兩種模型代表了不同的權衡取舍。Optimistic Rollup更容易實現，并且由于其簡單性和與Ethereum虛擬機(EVM)的完全兼容性，目前在Ethereum的Layer-2領域占據主導地位。ZKrollup 更復雜，計算量更大，但它提供了更快的結算速度、更低的成本以及內置隱私的潛力。結論
零知識證明代表著我們對數字系統中信任、隱私和驗證方式的范式轉變。這項起源于20世紀80年代的抽象密碼學理論，如今已成為推動下一代去中心化基礎設施發展的最有前景的技術之一。
在Crypto領域，零知識證明為私有交易、去中心化身份、跨鏈互操作性以及最重要的可擴展 rollup 架構提供支持，這些架構在保持Ethereum級別安全性的同時，還能成倍提升吞吐量。它們的應用范圍也超越了Blockchain，擴展到金融、人工智能和數據驗證等領域。
盡管零知識證明的應用仍處于相對早期階段，但其發展軌跡已然清晰。零知識證明正從密碼學領域的新奇技術轉變為基礎設施建設的必然組成部分。如果Blockchain要在保障隱私和去中心化的同時擴展到數十億用戶規模，那么零知識證明很可能就是開啟這一未來的關鍵。