盘点零知识证明（ZKP）在 Web3 的巨大机会

零知识(或简称zk)是一种使能技术，它不仅可以改变Web3，还可以改变其他的行业。作为一种足够通用的技术，zk可拥有大量的用例，而我们正处于弄清楚该技术可实现的所有用例的早期阶段。一些明显的zk用例，已经找到了真正的应用，例如启用交易隐私以及数据压缩。然而，要让zk的采用变为主流，仍然需要许多潜在的用例和技术进步。

在本文中，我们首先来回顾下ZKP的不同应用。

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ZKP应用地图

自发明以来，零知识证明(ZKP)已在crypto行业中找到了稳固的立足点。ZKP确实有一些神奇之处，这使得该技术非常令人兴奋。简单来说，ZKP允许一个实体向世界其他地方证明其知道了一条信息，或者其已经正确完成了一项任务，而无需透露该信息或显示任务执行的细节。zk的神奇数学让我们只需检查生成的ZKP就可以相信知识或执行的完成。出于这个原因，ZKP的第一个，也是最一致的用例是以隐私为中心的crypto网络。ZKP还用于提供以太坊L1上的L2交易的有效性证明，以引入zkrollup的概念。此外，ZKP在不同的项目中还被用于其他的利基应用。

以隐私为中心的支付和协议

“汉语盘点2021”活动正式启动：虚拟货币、元宇宙入围年度推荐字词:金色财经报道，11月19日，由国家语言资源监测与研究中心、商务印书馆等联合主办的“汉语盘点2021”启动仪式在商务印书馆举行。启动仪式上，主办方推出“专家版本”和“大数据版本”的年度推荐字词，其中国家语言资源监测与研究中心通过监测语料库推荐的国际词有气候峰会、东京奥运会、塔利班、德尔塔、虚拟货币，清华大学教授沈阳作为“汉语盘点”活动的评议专家，推荐了“治、离、元宇宙、碳中和”等年度字词。12月20日，“汉语盘点2021”揭晓仪式将揭开年度字词的面纱。[2021/11/20 7:00:36]

ZKP自然地实现了隐私，特别是在缺乏可充当zhen相来源的权威的去中心化网络中。ZKP允许Web3用户向网络验证者证明他们的交易是有效的，即他们有足够的余额可以花费，而无需透露交易细节，如交易金额、发送方或接收方地址。

ZKP最初是为了支持Zcash网络中的隐蔽支付而开发的，然后扩展到了其他网络。隐私支付网络的项目例子包括：

注重隐私的L1：Zcash、Horizon、Aleo以及IronFish

通用链上的隐私智能合约：TornadoCash

注重隐私的L2：Aztec

动态 | 中国日报网盘点2019年10月新闻热词汇总，区块链包含在内:11月1日，中国日报网盘点2019年10月新闻热词汇总，其中包括区块链技术应用。据悉，中共中央局10月24日下午就区块链技术发展现状和趋势进行第十八次集体学习。中共中央总书记在主持学习时强调，区块链技术的集成应用在新的技术革新和产业变革中起着重要作用，要加快推动区块链技术和产业创新发展。[2019/11/1]

zkrollup的验证

ZKP的另一个主要用例是在底层L1上生成rollup有效性证明。通用rollup优化吞吐量，即通过不利用ZKP的隐私功能来证明更多的TX。在这种权衡中，ZKP仅作为L2交易执行正确性的证明。

由于无法有效地证明一些通用函数，因此很难生成ZKP来证明任意智能合约的正确执行。解决这个问题需要实现专用的VM，这些VM可以使用底层zk电路得到有效验证。由于这种复杂性，zkrollup一开始只支持支付或单个应用，这样就可以轻松生成ZKP。这里的例子包括zkSync1.0以及Loopring。之后，通用的zkEVM实现开始出现在市场上，包括Starknet、zkSync2.0、PolygonzkEVM以及Scroll。目前，所有的zkrollup都在以太坊上，但理论上也可以在其他链上实现zkrollup。然而，比特币rollup的实施将需要更改比特币操作码并进行硬分叉升级，而这通常不受比特币社区的欢迎。

动态 | 证券日报发布2018年区块链行业焦点盘点:证券日报发布《2018年区块链行业焦点盘点：乱象频发币圈狼藉监管筑篱》文章称，很多人将此轮区块链热潮与20年前的互联网泡沫相比。可以确定的是，区块链“泡沫”一定有，但区块链能否如互联网般改造世界，尚难下定论。监管部门去年以来重拳出击，规范资本市场“炒链”行为，严厉惩治ICO。从中央到地方，掀起防范以“区块链”名义进行非法集资的高潮，不断给区块链“排瘦身”。而瘦身后的区块链也正逐步回归理性——币圈萧条，市场开始重新审视以比特币为代表的加密数字货币的价值与意义；去芜存菁，越来越多的企业沉下心转向技术应用开发；人才成本也挤出“泡沫”，回归同行业正常水平。[2019/1/4]

其他的零知识证明应用

除了以隐私为中心的应用和rollup之外，ZKP在其他区块链协议中也找到了其他的用例。本节介绍了这些用例。

Mina

Mina使用ZKP将区块链状态压缩到很小的大小。为了实现这一点，Mina使用了递归ZKP方法，即对ZKP再进行一次ZKP压缩计算。当Mina网络中生成一个区块时，zk-SNARKs用于生成该区块的证明，以确保其有效性。当新区块引用之前的区块时，新区块的ZKP会验证所有之前的区块，同时保持不变的大小。

区块链概念股涨跌盘点:

赢时胜（300377）：现价13.15元，涨幅10.04%；

御银股份（002177）：现价5.26元，涨幅10.04%；

高伟达（300465）：现价9.98元，涨幅10.03%；

新晨科技（300542）：现价32.29元，涨幅10.2%；

易见股份（600093）：现价11.33元，涨幅10.00%；

四方精创（300468）：现价40.27元，涨幅10.00%；

飞天诚信（300386）：现价17.50元，涨幅9.99%；

博彦科技（002649）：现价13.5元，涨幅9.76%；

海联金汇（002537）：现价10.53元，涨幅5.30%；

信雅达（600571）：现价11.49元，涨幅4.93%。[2017/12/19]

Filecoin

Filecoin使用ZKP来确保存储提供商正确存储他们声称存储的数据。这个过程称为复制证明。在此过程中，存储提供者生成ZKP，以证明存储的是数据的唯一副本，即不引用其他提供者维护的副本。ZKP为想要实现一定程度的冗余和可用性的Filecoin用户提供保证。此外，由于证明的大小比存储的数据小得多，使用ZKP可以降低存储提供商的带宽需求。

2017年盘点 纳斯达克五个涨幅超过200%的比特币相关股票:1、Overstock.com（纳斯达克股票代码OSTK），涨幅214%；2、迅雷（纳斯达克股票代码XNET），涨幅310%；3、Bitcoin Investment Turst（纳斯达克股票代码GBTC），涨幅1167%；4、First Bitcoin Capital Corp（纳斯达克股票代码BITCF），涨幅1624%；5、Bitcoin Services Co.（纳斯达克股票代码BTSC），涨幅19275%。[2017/12/19]

CeloPlumo

CeloPlumo使用ZKP允许创建可在phone和其他资源有限的设备上使用的超轻型网络客户端。尽管客户端是轻量级的，但它可以保证访问的状态的正确性。

黑暗森林

DarkForest是ZKP在游戏领域最流行的一款应用。尽管ZKP的使用符合隐私用例，但其创建不完全信息博弈的应用是一个独特的用例，其超越了ZKP在支付网络中的金融应用范围。

ZKP的发展轨迹及其应用

在2016年之前，ZKP还只是在小范围的学术圈内被讨论的一个研究课题。当Zcash创始团队创建了ZKP变体zk-SNARK的第一个实现，以支持Zcash网络中的屏蔽/隐私交易时，这一切都发生了变化。有了一个真实的用例之后，ZKP引发的兴趣变得越来越大，这导致了更多更好的ZKP变体，这些变体成为了第一节中我们讨论的很多项目的基础。然而，该技术需要进一步的ZKP开发才能实现主流的采用。

要了解如何进一步改进该技术，我们可以向AI等类似技术学习。在许多方面，ZKP技术类似于人工智能技术，预计它将遵循类似的发展轨迹。与ZKP一样，AI最初是一种很有前途的技术，它可以解决许多问题。然而，最初的人工智能算法的能力有限，计算复杂度远远超过了可用硬件的能力。这使得人工智能应用变得缓慢且不切实际，因此，人工智能主要局限于研究实验室。通过发明深度神经网络(DNN)等新架构，并利用GPU来提高执行速度，从而逐步改进了AI。这最终导致了诸如2012年AlexNet等突破，在最著名的计算机视觉竞赛ImageNet中以巨大的优势获胜。AlexNet是AI时代的一个开端，它催生了当前令人兴奋的AI应用，例如GPT-3、Dall.E2以及StableDiffusion。

而在今天，ZKP的状态类似于AI早期的状态，这是一项仍在积极开发中的很有前途的技术，但因为它是计算密集型的，这导致了较长的验证时间。从人工智能的进步中学习，我们可以发现ZKP技术起飞需要解决的瓶颈。

1.算法/电路改进

就像AI从LeNet-5到AlexNet，从Resnet-50到Transformer一样，ZKP算法也将经历开发阶段，从而显着提高性能。我们已经看到了这方面的进展，自2011年引入zk-SNARK以来，研发人员已经开发了更高级的算法。2018年，Starkware的创始人开发了STARK，这是一种无需可信设置且证明生成时间更短的ZKP方法，这项技术是Starkware旗下几款产品的基础。

随着2019年PLONK的引入，ZKP继续取得了进展，这是一种SNARK实现，它允许很多应用使用单个受信任的设置，而无需重复设置。PLONK促进了多种实现的开发，这些实现被多种Web3协议所使用。

2.优化的执行引擎

ZKP的一个主要限制是计算复杂性，这导致了证明时间过长。例如，Polygon最近宣布的zkEVM实现需要在64核服务器上使用大约5分钟来生成50万gas计算的证明。提高ZKP证明时间是使ZKP技术成为主流的关键部分。与AI类似，优化软件执行引擎和使用专用硬件都是实现这一目标的必要条件。

优化软件

很多ZKP生成操作是大规模并行的，这意味着并行处理可以加速ZKP计算。CUDA等专用GPU库可用于加速NvidiaGPU上ZKP计算。由于每个项目都使用不同的ZKP算法，因此有几个项目正在尝试在内部进行开发。这里一个值得注意的例子是Filecoin的Groth16算法的实现，它使用GPU来加速证明过程。另一个例子是Edgeswap使用GPU将PLONK的证明时间减少了75%。

专用硬件

由于GPU对ZKP证明时间的改进会是有限的，因此另一种选择是使用专用硬件，例如FPGA或ASIC。在制造专用芯片的昂贵努力之前，FPGA通常被视为硬件原型设计平台。FPGA或结合GPU和FPGA的混合解决方案，可以在中短期内为Rollup以及以隐私为中心的网络加速ZKP发挥重要作用。然而，如果ZKP技术发展到我们预期的水平，ASIC最终将出现，并赢得这个市场。目前，ZKP的硬件加速没有得到充分解决，可能是因为ZKP算法的多样性和碎片化。然而，我们相信，通过正确的商业模式，一些初创公司可以专注于开发和货币化这部分技术堆栈。

3.软件抽象层

为了释放ZKP的潜力，需要构建几个抽象层和工具。这些抽象对于简化ZKP应用的开发过程是必要的，并允许每组开发人员专注于他们最擅长的事情。例如，应用程序开发人员不应该担心zk电路的底层细节及其工作方式。再次使用AI类比，通过创建多个抽象层，AI可能取得巨大进步。使用这些抽象，AI应用程序开发人员无需担心NN架构或硬件资源分配。TensorFlow和PyTorch等框架抽象出了所有这些底层细节。

zk开发堆栈还没有AI堆栈那么发达。然而，有一些努力来构建这些抽象。在堆栈的底部存在基础的ZKP库，例如PLONK和STARK。在该层之上，Noir等高级语言试图抽象出底层的zk密码学，并帮助应用开发人员专注于应用程序逻辑。Circom是另一种流行的ZKP语言，它位于这两层之间，因为它既可用于创建复杂的zk后端，也可用于开发基于ZKP的应用程序。

Web3中ZKP抽象的另一个例子是StarkWare的Cairo语言，它允许开发人员实现在底层使用STARK证明的通用智能合约。为了提供进一步的抽象，Nethermind的Warp工具允许Solidity开发人员将他们的Solidity代码直接转换为Cairo。使用Warp，可以将UniswapV3代码转换为Cairo，而只需对原始Solidity代码进行最小的更改。

结论

ZKP技术是Web3领域最具创新性的技术之一，它为突破性协议和公司提供了多种机会。在Alliance，我们希望成为这一运动的核心部分，我们正在寻求支持和资助创始人朝着这个方向发展。

文章就到这里了，我会在交流群做更仔细的分析，如果想加入圈子，欢迎私信！所有资讯平台均为工种号——Crypto杰瑞

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