ARK:一文讀懂零知識證明區塊鏈_StarkNet

零知識技術是密碼學的一個分支，可以為許多Layer1區塊鏈項目解決擴容和隱私問題。區塊鏈可以利用零知識證明技術提升交易吞吐量，在驗證用戶身份的同時保護用戶數據隱私，實現復雜的計算，并讓企業既可以利用區塊鏈技術又能保護自身知識產權。在上述所有應用場景中，零知識證明都是不可或缺的關鍵技術。

什么是零知識證明？零知識證明可以讓用戶在不透露信息的前提下證明自己知道或擁有信息。“證明者”會利用某一系統輸入的信息來創建證明，而“驗證者”則會驗證這個證明的計算結果，但卻無法得知信息的具體內容。最關鍵的是，零知識證明可以驗證某一數據集的有效性，并同時保護數據隱私。

本文將探討零知識證明解決方案的獨特優勢；區塊鏈項目如何利用zkSNARK和zkSTARK等零知識證明技術幫助開發者打造高級的dApp，在為Web3實現擴容的同時也保護用戶隱私；以及Chainlink的信任最小化服務如何幫助這些協議提升去中心化水平、可靠性以及安全性。

為什么要采用零知識證明技術構建網絡？

零知識技術可以讓開發者既能利用以太坊等底層區塊鏈的安全性，又能為dApp提高交易吞吐量和速度，并同時將用戶個人信息放在鏈下，以保護用戶隱私。交易將打包上傳至鏈上，以降低終端用戶的使用成本。最終，項目可以利用這些功能打造出高級的dApp，不僅在性能上可以與Web2系統媲美，而且還能保持Web3去中心化的優勢。

零知識證明方案VSOptimisticRollup

optimisticrollup是一種Layer2技術，是目前主流的擴容方案。據分析網站L2Beat的統計，截止至2022年6月29日，optimisticrollup占以太坊Layer2網絡總鎖倉量的74.3%，而零知識證明方案則占25.9%。

Yearn：所有服務已遷移至yearn.fi:9月4日消息，收益聚合協議Yearn發文稱，所有服務已遷移至備份基礎設施，yearn.fi一切如常。yearn已要求MetaMask與Coinbase將.finance域名列入黑名單，安全應用已遷移至新地址，明天將更新Ledger集成，WalletConnect集成可能會出現問題。API用戶應遷移至ydaemon.yearn.fi。[2023/9/4 13:15:21]

零知識擴容方案和optimisticrollup最大的區別就是交易驗證的方式不同。optimisticrollup采用欺詐證明，只有在Layer1區塊鏈上裁決狀態變更糾紛時才需要生成欺詐證明；而零知識技術方案則是在每一批交易打包上傳至鏈上時都會發布有效性證明。也就是說，采用零知識證明的協議永遠都是有效的狀態，而代價則是要花更多的gas費在底層區塊鏈上驗證有效性證明。

然而，將zk-rollup與鏈下數據結合可以有效優化gas費。這種效率更高的零知識技術方案包括“validium”和“volition”。這類方案也可以在不透露數據隱私的前提下證明狀態的有效性。這將有助于提升公鏈在企業的應用，企業可以更好地保護用戶數據和商業機密。

零知識技術方案和optimisticrollup還有一個差別，那就是資金效率。在optimisticrollup中，交易終局和取款的標準時間窗口是一周；而在零知識技術方案中，用戶可以在約10分鐘內取款。

要了解更多關于optimisticrollup和零知識協議的差異，請觀看以下視頻。視頻中，來自OffchainLabs、PolygonHermez、MatterLabs、MetisDAO以及Optimism的負責人共同討論了以太坊Layer2的未來發展前景：https://youtu.be/t-SQQmLhepY

數據：2023二季度美國加密初創公司吸引了45%的行業總投資額:金色財經報道，據加密貨幣投資公司Galaxy Digital最新發布的加密市場風險投資報告顯示，盡管美國監管機構加大了打擊力度，但加密貨幣公司仍在繼續創新，近一半的資本投資流向美國加密貨幣初創公司。數據稱美國的加密初創公司所獲得融資交易數量占所有已完成融資交易的規模的43%以上，籌集資金規模占到融資總規模的45%以上。其他國家方面，英國占吸引加密行業總投資的比例為7.7%，新加坡和韓國分別吸引5.7%和5.4%。此外，2023 年第二季度，10個新晉加密貨幣風險投資基金僅籌集了7.2億美元資金，創下自 2020 年第三季度 COVID-19 大流行開始以來的最低水平，加密貨幣和區塊鏈初創公司在過去三個季度的融資總規模加起來比去年第二季度還要少。（Cointelgraph）[2023/7/17 10:59:06]

不同類型的零知識技術方案

Layer2方案可以采用有效性證明或欺詐證明，并可以將數據儲存在鏈上或鏈下。

基礎架構

zk-Rollup

zk-rollup會將多筆交易打包在一起，并發布到Layer1區塊鏈上，同時還會發布一個驗證計算有效性的證明。發布到鏈上的證明也被稱作“有效性證明”。有效性證明分為SNARKs和STARKs兩類。一旦這些證明在底層區塊鏈上得到了驗證，zk-rollup的狀態就會更新。

Validium

Validium結合了有效性證明和鏈下數據存儲，以提升可擴展性。有效性證明發布在底層區塊鏈上，而數據則儲存在鏈下。這將大幅提升吞吐量并降低gas費。

CoinDesk已允許用戶通過閱讀文章等互動來賺取DESK代幣:12月7日消息，區塊鏈媒體CoinDesk計劃將其DESK代幣整合到更廣泛的讀者體驗中，目前創建賬戶后的讀者有機會通過閱讀文章、觀看視頻和其他與CoinDesk的互動來賺取DESK代幣，領取的DESK獎勵會累積在每個讀者的CoinDesk余額中，未來可以進行轉移。

即日起，讀者可以將其代幣兌換成來自特色藝術家、社區PFP等的各種NFT作品，也可以使用DESK訪問Discord社區中的代幣門限頻道和Web3功能。DESK代幣還可用于參與SnapShot空間中的代幣化民意調查和社區提案。（CoinDesk）[2022/12/7 21:27:44]

雖然Validium在效率和可擴展性方面遠超zk-rollup，但是卻可能由于受到攻擊導致數據不可用，或用戶無法取出資金。不過這個數據可用性問題可以通過PoS系統來解決，采用經濟激勵機制確保數據儲存在各個節點中，并且隨時可用。值得一提的是，攻擊者雖然有可能暫停交易，但卻無法直接盜走用戶資金。

Volition

Volition結合了zk-rollup和validium，用戶可以自由選擇使用zk-rollup或validium方案，這兩種方案共享同一個狀態根。即使validium被攻破，zk-rollup上的資金也仍然是安全的。

因此，機構愿意支付更高的費用來換取zk-rollup的安全保障，而個人用戶則更傾向于交易成本較低的validium，兩者在volition上可以無縫交互。比如DEX中做市商提供了幾億美元的流動性，因此會選擇zk-rollup；而散戶持倉相對較小，因此會選擇validium。

彭博社：比特幣反彈將在CPI數據披露、以太坊網絡升級之前放緩:9月12日消息，隨著加密投資者等待美國通脹數據的披露，并持續關注以太坊區塊鏈的升級，比特幣的反彈正在放緩。據悉，比特幣短暫回升至22,000美元，隨后開始回落，專家預測美國通脹數據的披露和以太坊的合并將引發加密貨幣市場的波動。（彭博社）[2022/9/12 13:23:57]

有效性證明

SNARK

SNARK的全稱是“zero-knowledgesuccinctnon-interactiveargumentonknowledge”。這是一種加密證明，文件很小而且很容易驗證。它利用橢圓曲線生成一個加密證明，該橢圓曲線假設無法從一個公開的基點找到隨機橢圓曲線元素的離散對數。橢圓曲線的計算成本低于STARK的哈希函數，因此SNARK協議的gas成本更低。

STARK

STARK全稱是“zero-knowledgescalabletransparentargumentofknowledge”。這種加密證明幾乎不需要證明者和驗證者之間產生任何交互。STARKs相比SNARKs的最大優勢在于證明時間更短，而且更容易擴展。另外，由于STARKs采用哈希函數，因此也可以抗量子攻擊。

值得一提的是，STARKs的發明者是EliBen-Sasson，此人是StarkWare的聯合創始人，這個團隊也開發了StarkEx和StarkNet。

采用零知識技術的區塊鏈項目

Ankr Network 發布一系列 SDK，將允許開發者為其用戶提供代幣質押和挖礦服務:8月2日消息，加密基礎設施提供商 Ankr Network 發布一系列軟件開發工具包（SDK），允許開發人員為其項目和平臺用戶提供代幣質押和收益挖礦服務。這些 SDK 最初將首先在以太坊、Polygon、BNB Chain、Avalanche 和 Fantom 網絡上提供。（coindesk）[2022/8/3 2:54:46]

采用了零知識技術方案的區塊鏈項目。

采用zk-STARK的項目

StarkEx

StarkEx是以太坊上的Layer2擴容方案，采用STARK證明來驗證自托管的交易，并在上面開發交易和支付應用。基于StarkEx的項目包括DeversiFi、Sorare和dYdX，目前已完成了幾億筆交易并實現了幾千億美元的交易額。然而，StarkEx無法支持智能合約功能，因此無法實現功能完備的dApp。

StarkNet

StarkNet是一個通用平臺，開發者可以使用StarkNet在以太坊的zk-rollup上部署智能合約。以太坊主流的dAppAave和Maker都計劃在StarkNet上發布。值得注意的是，StarkEx的zk-rollup也可以在StarkNet上發布，以提高應用的可擴展性。

為了充分利用STARK在計算和可擴展性方面的優勢，StarkWare開發了Cairo語言，這是一種高效且圖靈完備的編程語言，專門用于創建STARK證明。這意味著StarkWare需要開發文檔、框架和其他工具來激活其開發者生態。

ImmutableX

ImmutableX是一個NFT平臺，用于鑄造和交易NFT和通證。該平臺使用StarkEx打造專屬的zk-rollup。ImmutableX平臺上NFT鑄造和交易量達到數百萬，而且即使在以太坊網絡擁堵期間也可以保持較低的成本。

ImmutableX也將在StarkNet上發布。有效性證明不會直接發布到以太坊上，而是先發布到StarkNet上，然后再通過StarkNet的rollup發布到以太坊上。ImmutableX可以利用StarkEx在StarkNet上發布應用鏈，為項目提供layer3擴容方案。

采用zk-SNARK的項目

Zcash

Zcash前身是ZeroCash。名字中的“zero”指使用零知識證明技術來實現隱私交易。Zerocash是早期出現的加密項目之一，推動了零知識證明技術在行業中的應用。

Loopring

Loopring是以太坊上的DEX，支持訂單簿交易，并且不托管用戶資產。Loopring接入了ChainlinkPriceFeeds，服務幾十萬用戶，交易量高達數十億。

zkSync1.0

zkSync1.0是以太坊上的rollup。它與StarkEx一樣，都支持通證轉賬和兌換，但不支持智能合約。該協議由MatterLabs開發。

zkSync2.0

zkSync2.0與StarkNet一樣，也是以太坊的Layer2擴容方案。采用了volition基礎架構，可以支持智能合約。zkSync采用zk-SNARK來驗證交易，并采用PoS系統zkPorter來保障數據可用性。zkSync2.0和StarkNet的主要區別除了有效性證明之外，還有前者可以兼容EVM。1inch、Alchemix和Curve都計劃在zkSync2.0上發布。

ZigZag

ZigZag是一個去中心化交易平臺，采用訂單簿模式交易ERC-20通證。相比之下，大多數DEX采用的都是自動做市商模式。ZigZag的訂單簿模式得益于zk-rollup強大的可擴展性。zkSync注冊表中的任何通證都可以在ZigZag中交易。該協議目前在zkSync1.0上運行，但計劃在zkSync2.0和StarkNet上發布。

Mina

Mina是輕量級區塊鏈，采用SNARKs創建容量最大為22kb的區塊。項目可以在Mina上開發部署應用，并可以實現全部智能合約功能。

零知識證明協議如何提升去中心化水平、可靠性和安全性

零知識證明協議可以使用Chainlink去中心化的預言機服務提升安全保障并實現自動化。Web3生態中的各個協議可以使用Chainlink信任最小化的服務來訪問任何外部API，并利用安全的鏈下計算來打造更高級的應用。

零知識證明協議可以使用以下服務來提升dApp性能。

精準的市場數據——ChainlinkPriceFeeds為DeFi經濟保駕護航，為去中心化的穩定幣、借貸協議以及交易平臺等各種用例提供極其可靠且精準的市場數據。

可驗證的隨機數——ChainlinkVRF可以創建隨機數以及加密證明，并一起上傳至鏈上進行驗證。NFT平臺可以利用隨機數，以公平可驗證的方式鑄造NFT。區塊鏈游戲可以利用隨機數打造無法預測的游戲體驗。

智能合約自動化——ChainlinkKeepers是去中心化的交易自動化服務，可以自動觸發關鍵的智能合約功能，比如結算限價單交易、執行清算以及rebase通證等。

儲備金證明——Chainlink儲備金證明可以基于加密事實自動驗證儲備資產，為零知識證明協議降低風險，提高透明性并避免DeFi系統性風險。

跨鏈通信——跨鏈互操作性協議為協議提供通用的開放標準，用于打造安全的跨鏈應用，在Web3世界中傳輸通證、發送消息并觸發交互。

DECO為任何區塊鏈項目提供助力

項目要采用零知識證明技術，除了zk-rollup、validium或volition以外，還可以選擇ChainlinkDECO。目前，DECO正在開發中，該方案利用零知識證明技術，在HTTPS/TLS系統之間傳輸數據時可以保障數據隱私和防篡改性。

使用了DECO的Chainlink預言機節點可以在不披露數據內容的前提下證明數據真實存在。

預言機節點可以證明數據來自可信服務器，并在鏈上隱藏數據內容。另外，由于維護了TLS托管鏈，因此還可以證明數據源。這項技術可以實現一系列高級用例，比如CanDID等去中心化身份協議可以讓用戶自己管理身份信息，而不用通過第三方進行管理。另外，DECO還可以接入權威機構，確認用戶的信用分數是否達標，并同時不透露用戶的任何個人信息，以此為DeFi平臺實現低抵押貸款。

最終，DECO可以為用戶提供安全保障，用戶可以安全地在鏈上使用個人信息，并且不將數據上鏈。

總結

零知識證明與底層區塊鏈和去中心化的預言機網絡相結合，勢必將推動區塊鏈行業轉型，項目團隊將開發出可擴展性和成本效益極高的應用，并同時保障用戶隱私。

雖然其他的Layer2解決方案可能會為某些應用提供更好的基礎架構，但隨著區塊鏈行業的不斷發展，zk-rollup、validium和volition勢必將獲得更多個人用戶和企業的青睞。

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