零知识证明系统先行者zkSync-ODAILY

前言

关注区块链的朋友，经常会在圈子里面看到有关零知识证明的信息，而zksync、mina等知名项目都是使用到了零知识证明的相关技术。

而实际上，这并不是什么新技术，早在1985年，由MIT教授ShafiGoldwasser，SilvioMicali和密码学大师Charles在《TheKnowledgeComplexityofInteractiveProof-Systems》论文中提出。

正是这篇文章提出了零知识证明这个伟大概念，并逐步成为了现代密码学理论的根基之一，而ShafiGoldwasser和SilvioMicali也于2012年获得了有“计算机界诺贝尔奖”之称的图灵奖。

什么是零知识证明

零知识证明指的是证明者能够在不向验证者提供任何有用的信息的情况下，使验证者相信某个论断是正确的。或许这样的描述还不够通俗，其实在我们日常生活中，也经常会有零知识证明的身影。

零知识硬件初创公司Cysic完成600万美元种子轮融资:金色财经报道，零知识 (ZK) 硬件初创公司 Cysic 完成了 600 万美元的种子轮融资。该轮融资由 Polychain Capital 领投，其他投资者包括 Hashkey、SNZ Holding、ABCDE 和 Web3.com 基金会。[2023/2/17 12:13:48]

例1:

比如我有一个车子，我要向你证明我有车子的钥匙能打开车门。

在这里，我要证明的论题是：我有这个车子的钥匙，第一种做法是，我直接当你的面用车钥匙打开车门，还有一种做法是，我直接拿出车里面的东西给你看。

第一种方法你直接看到钥匙开门的过程，这不算零知识证明，因为你看到了钥匙。

第二种方法，验证者并不需要知道我用钥匙开门的过程，也能判断出我有这个车子的钥匙，整个过程我们认为验证者对于钥匙是零知识的。

加拿大央行研究人员：零知识证明目前不能用于CBDC系统:金色财经报道，加拿大央行的研究人员在一份新分析报告中表示，零知识证明和类似的面向区块链网络隐私的加密方法“尚处于起步阶段”，还没有准备好在中央银行数字货币（CBDC）系统中广泛部署。[2020/6/30]

例2:

A是红绿色盲，B是正常人，现在有一个红球和一个蓝球，除了颜色，其他大小质地等其他因素完全一样，因为A是色盲，他看到的这两个球是一样的，那B如何才能让A相信这两个球是不一样的颜色呢？具体要怎么来做呢？

很简单，B可以把两个球都给A，A分别一只手拿一个球，并藏在自己身后，A自己决定要不要交换两只手的球。

然后A再把两只手的球拿给B看，B只需要判断是否交换球即可，当然一次并不能证明，但如果我们猜100次呢，1000次呢，如果100次，甚至1000次B都能正确猜对是否交换两个球，那A就可以推断出这两个球的颜色是不一样的了。

零知识证明研发机构StarkWare将在几周内开源ethSTARK:零知识证明研发机构 StarkWare 称，2018年我们获得以太坊基金会的资助去探索对 STARK 友好的哈希函数以及开源 ZKP 代码。我们将在几周内提前完成我们的工作。ethSTARK代码的运行速度将比现有的任何 ZKP 代码快20倍。注，2018年7月份，StarkWare称获得了以太坊基金会的资助（现金+代币），将研发对STARK 友好的哈希函数和技术，并为生态系统提供开源代码。STARK将允许区块链在兼备隐私和后量子安全的情况下进行大规模扩展（例如分片）。[2020/5/26]

在整个过程中，A都不知道球的正确颜色，所以我们认为A对于球的颜色是零知识的，但是A却通过这样的方式正确推断出这两个球的颜色不一样。

零知识证明的性质

上面的两个例子着重强调了零知识证明的“零知识”这个特性，但零知识证明作为一种证明手段，它也应该具备证明的基本性质：一是足够有说服力，而是无法作假。

Trail of Bits计划利用零知识证明重塑漏洞披露流程:安全研究机构Trail of Bits宣布，正在与约翰霍普金斯大学的Matthew Green合作，使用零知识证明（zero-knowledge proofs）技术为科技公司和安全漏洞研究人员建立一种可信的基础设施，在新的合作方式之下，双方在针对漏洞披露（Vulnerability Disclosure）的流程中可进行合理的沟通，而不必担心受到破坏或歧视。

在接下来的四年里，Trail of Bits 将会进一步推进零知识证明的理论极限，并为安全漏洞研究人员提供相应的软件，用以产生漏洞可利用性的零知识证明。[2020/5/22]

具体而言，一种零知识证明的方法需要具备如下三个性质：

完备性：若证明方确实掌握了某论断的答案，则他肯定能找到方法向验证方证明他手中掌握的数据的正确性，即真的假不了。

动态 | 三星SDS采用零知识证明增强其企业区块链隐私性:据coindesk消息，三星企业技术部门SDS (Samsung SDS)正在使用零知识证明(zero-knowledge proof, ZKPs)来增强其Nexledger区块链的隐私保护。该公司周四表示，它已与总部位于以色列的QEDIT建立了合作关系，在不披露保密信息的情况下，在一个共享的账簿上记录和验证资产转移。此举突显出采用分布式账本技术的公司面临的挑战之一，向网络广播交易，可能会暴露敏感的客户数据，并向竞争对手泄露信息。[2019/11/14]

可靠性：若证明方根本不掌握某论断的答案，则他无法说服验证方他手中所谓答案的准确性，即假的真不了。

零知识性：验证方除了知道证明的结果外，对其他信息一无所知。

当然，现实生活中，还有很多这样的例子，我们不一一列举，用到零知识证明的项目很多，这里我们一起来了解一下zkSync，zkSync是基于ZKRollup架构的低成本扩容协议，主要通过零知识证明和数据可用性保障用户资产安全。

zkSync的整体架构工作过程

Watcher负责监控zkSync合约交易，Sender发送zkSync智能合约的交易，而MemPool负责收集交易。

整个过程会产生两种交易：L1交易和L2交易。

BlockProposer将交易打包，并更改世界状态(PlasmaState)。在世界状态更改后，通过BlockCommitter生成证明需要的信息。具体到存款和转账流程如下：

存款

1、用户调用L1zkSync智能合约存储资金，该交易发生在L1；

2、Watcher监控L1存款交易，当交易发生时则会放入Mempool中，该过程一般会经过10个区块确认，但实际使用中，可能需要更长时间L1的充币交易才会在L2中生效；

3、BlockProposer处理Mempool交易打包，并提交StateKeeper更新账本，充币交易的状态随之变化。

转账

1、当用户想要使用L2低成本快速转账时，调用zkSyncAPI提交转账交易；

2、交易同样会按照流程Mempool-->BlockProposer-->StateKeeper进行流转；

3、最终StateKeeper通知BlockCommiter收集生成零知识证明所需信息，调用PlonK证明系统生成零知识证明后，借助Sender将存款和转账等交易数据，以及将对应的零知识证明提交到L1的zkSync智能合约验证，等待L1交易确认后，Watcher会通知L2更新交易状态为最终确认。

zkSync采用PlonK零知识证明系统，其中包括ProverServer和ProvingClient，在电路设计上，非常巧妙的将交易分割成一个个小的通用处理单元。

一个Operation对应的证明电路逻辑支持所有可能交易的Operation逻辑。多个有关联的Operation电路组成交易电路。

多个交易的电路再组合成区块电路。从而，在固定大小的区块中也能包含不同组合的交易。zkSync开源了PlonK算法的验证电路，能进行多个PlonK证明。

相关代码链接如下：

https://github.com/matter-labs/recursive_aggregation_circuit

而在整个充币和转账过程中，zkSync并不需要独立生成新账户，zkSync的L2账户和L1账户是一一对应的，“共享”一份私钥，准确的说，L1的私钥的ECDSA签名的结果作为L2账户的私钥。

这样在使用的时候很方便，我们直接使用L1的地址就可以在L2上完成充币，转账或者提币的操作。

总结

截止目前，imToken和gitcoin已经深度集成了zkSync，后面还会有更多的项目接入，而随着ETH交易量的高速增长，交易的拥堵和高昂的矿工费必将促进Layer2赛道的竞争，zkSync作为零知识证明系统应用的先行者，或许值得期待。

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