LAYER:硬核解读：零知识证明（ZK） 为什么重要？_KRU币

作者：Glaze&FundamentalLabs研究团队

概要

ZK的前景是美好的，它可以让一些过去不可能的事情变成现实。近年来，ZK领域发生了很多突破性的进展，例如更强的性能、可升级性和不需要信任初始化。这些改进都将ZK推向了应用阶段。因此，如果我们要看到一个新的ZK证明系统，我们可以从以下维度进行评判：

一笔交易和十笔交易的证明时间

一笔交易和十笔交易的验证时间

一笔交易和十笔交易打包后的证明大小

可信初始化

参考字符串长度

CRS支持

SRS支持

递归证明支持

能否抵抗量子计算机

安全性基于任何密码学假设

ZKEVM是ZKRU的下一个里程碑，ZKEVM有三个阶段：

共识级

字节码级

语言级

ZKRU刚刚进入应用阶段，生态并不完善。开发者们还没有发掘出ZK的所有潜力。人们仍不断从这些前沿理论中得到启发，以下是值得关注的方向：

充分利用高TPS和低手续费的应用程序

Layer2之间的通信协议/应用程序

聚合流动性

开发工具/框架

基于云的开发工具

具有独特功能的跨Layer2Layer1应用程序

不同的ZKVM

ZK桥

在其他链上应用ZK

拥有递归功能的Layer2

ZK在DAO和社区治理中的应用

商业化ZK算法

芯片和云计算

ZK的应用聚焦在两个方面：Rollup和隐私。Rollup比隐私有更好的前景。隐私在某种程度上和区块链的开放精神相违背。另外，隐私可能有合规问题。在Web2时代，我们没有看到隐私应用程序达到龙头的位置。所有应用的隐私保护水平在不断提高，但龙头应用往往不是主打隐私的引用，而是易用性最强的应用。隐私是有代价的，大多数情况下牺牲了用户最关心的易用性。

当我们看ZK隐私项目时，以下几点较为重要：

ZK只是技术，我们要专注产品力和团队

ZK是个复杂的技术，会拖慢开发进度

ZK有利于DAO治理和身份认证

ZK是机构上链的必备技术

直觉

一句话介绍ZK：证明者说服验证者相信某些声明是真的，但除了声明是真的之外，验证者没有获得其他信息。

ZK是为匿名而设计的。试想我们可以证明我们的身份证号码是有效的，但是验证者并不能获得我们的身份证号码。这在信息过度索取的今天，具有重大意义。

让我们来看一个更加生动的例子。小明和小红在玩数独。小红想向小明证明她找到了数独的答案，但同时又不透露这个答案，因为小明还没解出这个数独。你将如何设计这个证明？

我们把数独写到卡片上。每张卡片上有一个数字。将他们按照答案排列好，正面朝下。小明可以随机选择一列，一行或者一块。小红将拿出小明所选择的那些卡片，随机打乱后，将这些卡牌翻过来，正面朝上。如果这些卡牌是不重复的1-9，那么小明知道小红解出了数独的某一部分，但也或许是运气。重复以上步骤，如果每次都是正确的。那么就几乎不可能是小红运气好，而是小红真的知道答案。虽然小明得知小红解出了数独，但是小明仍旧不知道数独的答案。

如果你还是有点疑惑，欢迎观看这个视频。UCLA的计算机教授将以5种难度形式，解释什么是ZK。

常见零知识证明流派

在介绍零知识证明流派之前，大家要注意我们常说的ZK-SNARK不是一种算法，而是一种流派。ZK-STARK是一种具体零知识算法的名字。

我们最常见的可能是ZK-SNARK。SNARK的缩写是succinctnon-interactiveargumentsofknowledge。SNARK最特殊的点在于他的N，非交互性。

简洁性：验证所需要的计算资源远远小于重新跑一遍需要证明的程序。

非交互性：证明者和验证者不需要每一轮都沟通。他们只需要在一开始完成可信初始化：其他验证者也可以在可信初始化之后加入验证。

Argument：如果证明者有着无比强大的算力，那么他可以生成假证明。如果这种情况发生，主流的公私钥加密模式也不再安全。

知识：证明者需要知道一些其他人不知道的秘密，才能生成证明。

ZK-SNARK最大的问题在于它需要可信初始化。可信初始化会生成参考字符串。如果RS被泄露，那么任何人都可以生成虚假证明。此外，如何设计多人参与的可信初始化也很具有挑战性。RS还只能被用于指定的程序。对于其他的程序，我们需要另外的可信初始化。因此ZK-SNARK不可能用于通用计算。另外一点，RS不能升级。如果我们升级了程序，可信初始化要重新运行。

Altr平台售出价值250万美元的法拉利NFT:金色财经报道，NFT认证平台Altr宣布售出了价值250万美元的法拉利NFT。Altr的治理应用程序Lucidao表示，该NFT在不到48小时内就售出了，据公司网站称，交易以USDT稳定币进行。Altr表示，当奢侈品通过其平台出售时，它不仅以NFT的形式发布在Polygon 区块链上铸造的数字所有权证明，而且还承诺在新所有者决定认领其物品之前保管好实物资产。[2023/7/20 11:05:27]

为了解决这一系列的问题，科学家们找到了两个方向：

TransparentSetup：可信初始化生成公共参考字符串。CRS是公开的，不需要保密。Fractal，Halo，ZK-STARK，SuperSonic都是采取了这一条路线。这一条路线的问题是生成的证明占用太多的存储，来到了kB的量级。对于区块链来说，存储是非常昂贵的。

UniversalSetup：可信初始化生成了结构化参考字符串，但它需要保密。SRS让可信初始化可以用于不同的程序，这让通用计算的证明可能实现。Marlink，SuperSonic-RSA和Plonk都采用了这条路线。

业界广泛采用以下几种算法：

Groth16：Zcash一开始使用了这种算法。它是零知识证明中的跑分对照组，因为它具有证明快，生成的证明小的特点。它的缺点是需要可信初始化，并且一次可信初始化只能针对一个程序。它拥有最完善的工具链。

Sonic：支持UniversalSetup.SRS的大小和程序大小成线性关系。生成的证明是固定大小，但是验证需要消耗很多的计算资源。Sonic让通用计算的零知识证明变为可能。

Fractal：支持递归。生成的证明占用较多空间。

Halo：支持递归，但并不满足简洁性因为证明时间是非线性的。Halo2是目前主流使用的证明系统。

SuperSonic：第一个实际的，可以应用的TransparentZK-SNARK。

Marlin：程序可以升级。性能处于Sonic和Groth16之间。

Plonk：程序可以升级；参与者按照顺序加入可信初始化。这让进行有很多人参与的可信初始化不那么复杂；Plonk使用Katecommitments而不是多项式承诺。许多现代化的零知识证明系统都构建与Plonk之上。Plonk有着非常优秀的工具链。

如果你想挑几个算法仔细研究，Groth16，Halo，Plonk是最好的选择。

CRS是TransparentSetup路线中生成的公共参考字符串。SRS是UniversalSetup路线中生成的结构参考字符串。证明的大小将决定要占用Layer1多少的存储空间。证明和验证的时间决定了计算资源的消耗。

Source:ComparingGeneralPurposezk-SNARKs

下图是零知识证明算法的Benchmark，基于这个实验。

Source:ComparingGeneralPurposezk-SNARKs

以下有更多的Benchmark和算法对比：

BenchmarkingZero-Knowledgeproofswithisekai|byGuillaumeDrevon|SikobaNetwork|Medium

Zero-KnowledgeProofs:STARKsvsSNARKs|ConsenSys

CommunityProposal:ABenchmarkingFrameworkfor(Zero-Knowledge)ProofSystems(zkproof.org)

ComparisonofDifferentzk-SNARKs

总结以下，当我们看到一个新的ZK算法时候，以下指标是我们需要在意的：

一笔交易和十笔交易的证明时间

一笔交易和十笔交易的验证时间

一笔交易和十笔交易打包后的证明大小

可信初始化

参考字符串长度

CRS支持

SRS支持

递归证明支持

能否抵抗量子计算机

安全性基于任何密码学假设

ZK在最近几年走出实验室，逐渐步入应用。ZK两个主要应用方向是Rollup和隐私。ZK对于隐私产品的变革是显而易见的，得益于ZK可以让验证者不获得任何额外信息。Rollup依赖于ZK的两大特性：简洁和递归。简明的特性有助于验证者节省大量的计算资源。验证者不需要重新运行整个程序。递归特性有助于节省存储空间。通过递归，区块链可以保持一个固定的大小。这也有利于去中心化，因为这样的区块链节点在什么样的硬件上都可以跑起来。

ZK应用开发流程

独立开发一个ZK应用非常复杂，开发需要掌握以下技能：

算法，底层算数，优化技能。开发者需要这些技巧来解决一些有限域算术、多项式承诺和椭圆曲线问题。

Digital Asset Research支持Eurex的比特币指数期货:金色财经报道，加密市场数据提供商Digital Asset Research(DAR)今天宣布，DAR的交易所审查方法和DAR定价将为Eurex新的比特币指数期货提供机构级支撑。Eurex比特币期货提供了在受监管的市场上可信的加密货币访问。

富时比特币指数(FTSE Bitcoin Index)是欧洲期货交易所(Eurex)比特币指数期货的基础，反映了由富时DAR参考价格(FTSE DAR Reference price)决定的比特币结算价格。[2023/4/18 14:09:28]

ZK证明系统，如ZK-SNARKs、Plonkish和如何可信初始化。开发人员需要选择适当的ZK证明系统，并对其进行定制。

电路编程技能。开发者需要讲常用密码学算法编写成电路，如MerkleTree和Hash。

应用和密码学协议开发。

有效的开发工具可以加速开发过程，也可以降低复杂性。例如，像Circom这样的工具可以解决底层代数和证明系统。开发人员可以忽略代数和ZK证明系统，专注于电路编程和应用开发。

Rollup机制

Rollup的想法很简单。由于链上计算较为昂贵，因此Rollup希望安全地将计算移动到链下，并只在链上存储计算结果。

哈希树的状态根存储在Rollup合约中。Rollup智能合约从Layer2提交的信息中更新状态根。

Source:AnIncompleteGuidetoRollups(vitalik.ca)

Source:AnIncompleteGuidetoRollups(vitalik.ca)

ZKRollup使用零知识证明来确保从Layer2提交的新状态根是正确的。验证者只需要验证这个证明就可以确认新状态根的正确性。验证者并不需要一个个重新执行Layer2提交的交易。这大大节省了验证者的工作量，提升了TPS。这节省计算量的部分体现了零知识证明的简洁特性。依赖于零知识证明的简洁性，完备性，合理性，ZKRU得以安全地提升TPS。

ZKRU整体来说优于OptimisticRollup。OPRU的TPS略差，并且需要更长的提款周期，因为它依赖于欺诈证明。那么等ZKRU全面铺开以后，不就是ZKRU碾压OPRU了吗？并且OPRU目前的生态并不算过于领先。OPRU并没有坐以待毙，他们尝试将ZK融入自家的解决方案来提升TPS，解决原生提款周期过长的问题。例如，他们将ZK应用于状态变化，这样就可以缩短欺诈证明所需要的时间了。

角色

在Rollup的体系中，一共有三个角色：

用户：用户在Layer2提交交易。他们从Layer1充值资产至Layer2

Rollup节点：Rollup节点负责维护Layer2网络的正常运行。它们需要生成证明，执行交易，打包交易，参与欺诈证明

Layer1:Layer1保证了Layere2的安全性，并负责共识的达成。大部分Layer1目前都是以太坊。

Source:Understandingrollupeconomicsfromfirstprinciples

经济模型

经济模型中最重要的就是成本和收入。对于Layer2来说，支出基本上是以下几个：

生成证明的计算成本

切换状态的计算成本

Layer1交易手续费

Layer1数据存储成本

其中Layer1数据存储成本最为昂贵。这张图展示了数据的传递。首先用户递交交易给Rollup节点。Rollup打包多笔交易并生成证明，存储在Layer1中。

Source:Understandingrollupeconomicsfromfirstprinciples

这张图展示了Rollup在Layer1上的支出已经它们的收入：

Source:L2Fees.infoin3/28/2022

Layer2最常见的收入是手续费和MEV。手续费基于网络的情况，MEV则取决于用户的交易。Layer2也会发行属于自己的代币，并且奖励给Rollup节点。

常见ZKRU

这张图展示了常见Layer2以及他们的市场占比。目前Arbitrum占据市场半壁江山。

Source:https://l2beat.com/on3/28/2022

下图展示了不同Layer2使用的不同技术：

状态验证

欺诈证明：允许白名单执行者监控链上交易，并指出错误状态。

零知识证明：使用ZK-STARKs来证明状态的正确性。

SN：ZK-SNARKs

仅在退出验证：退出网络时，状态会被验证。中间状态并不会被验证。

TON验证者投票通过关于“冻结非活跃挖矿钱包中10亿枚Toncoin”的提案:2月27日消息，Ton官方在推特上表示：“关于‘TON代币经济学优化提案’的验证者投票已经结束。超过75%的验证者投票赞成暂时冻结休眠的早期挖矿钱包——这些地址在投票期结束前没有被激活。它们要到2027年2月21日才能被激活。这一决定得到了验证者和TON社区的支持。171个钱包被停用，余额为1,081,389,417枚TON（超过总供应量的20％）。在接下来的48个月里，网络参与者可以放心，这些代币不会引起市场动荡或被用于任何形式的市场混乱。”

此前该提案以91.75%的支持率获得社区投票通过。[2023/2/27 12:31:38]

互动证明：需要多笔交易来解决纠纷。

一轮：只需要一轮证明来解决状态纠纷。

数据可用性

链上：构建证明需要的所有数据都在链上。

外部数据委员会：构建证明需要的所有数据都不在链上。数据委员会负责保护和提供数据。

外部：构建证明需要的所有数据都不在链上。

升级

是：可以随时升级，不需要任何公告。

21天延迟或无延迟：有21天的延迟，除非安全委员会多签通过了立即升级。

故障序列

L1交易：用户可以在L1提交一笔交易来强制L2打包自己的交易。

强制交易/L1退出：用户可以在L1提交请求来强制L2打包自己的提款请求，但这意味着用户需要找在系统之外找到交易对手方。

强制L1退出：用户可以在L1提交请求来强制L2打包自己的提款请求。

构建区块：用户需要自行运行节点来构建区块。这个区块包含了用户想要打包的交易。这要求用户自行计算ZK证明。这对算力有很大要求。

L1退出：用户只能在L1提交提款请求。

验证失败

逃生舱：用户可以在无需信任的情况下拿回押金。用户需要提交资金的哈系树证明。押金将会以上一次状态中的平均价格退出。

构建区块：用户需要自行运行节点来构建区块。

Source:https://l2beat.com/on3/28/2022

Source:https://l2beat.com/on3/28/2022

Ethhub列出了ZKRU的几个主要优缺点：

优点

降低用户手续费

优于OPRU的性能，手续费，提款周期

区块可以并行运算，有利于去中心化

更高的TPS

更短的提款周期，优于欺诈证明

缺点

计算证明需要大量的资源

ZKRU的可信初始化较为中心化

量子计算可能会损害安全性

安全假设包含不可验证的信任

目前大部部分ZKRU只支持支付和有限的功能。zkSync是Gitcoin的支付层。ZKRU大多使用自定义虚拟机，并不兼容EVM。例如，StarkEx+Cairo和zkSync1.0+Zinc。

ZKEVM是ZKRU的下一个里程碑。ZKEVM可以划分为三个等级：

共识级：ZKEVM和主网上的EVM等价。生成的状态根是通用的。以太坊在未来计划实现主网上的ZKEVM。

字节码级：ZK证明系统在这个阶段非常重要，需要对EVM友好。字节码级的ZKEVM生成的状态根与EVM的状态跟格式不一样，因为ZKEVM采用不一样的密码学算法。EVM使用的那些对于ZK证明系统不友好。Scroll和Hermez采用这个解决方案。

语言级：在这个级别，并没有真正的ZKEVM。一个转译器将Solidity编写的智能合约或者字节码转译成自定义虚拟机可以执行的格式。zkSync和Starkware都是采用这个解决方案。这个方案的缺陷是，并不能兼容EVM的所有功能。

以太坊基金会的JustineDrake计划在2022年底看到可用的字节码级ZKEVM，但会有以下限制：

与主网相比，较小的GasLimit。

中心化节点由于生成证明需要大量的算力。用户将在2023年使用他们的GPU生成证明。2024年，ASIC将投入使用。节点运营者将从CPU到GPU，FPGA，最后到ASIC。

由于ZKEVM的工程复杂度，ZKEVM会存在Bug。

为了进一步降低手续费，一些ZKRU正在实现Volition，将数据存储的地方从以太坊到链下。

市场上目前有16个ZKRU，其中7个发行了代币，总市值150亿美金，占加密货币总市值的0.67%。

Polygon

Polygon目前在实现4个ZK产品：

Miden：实验性质的ZKRU通用计算平台，TPS1k+，15min提款，5秒产出1个块，隐私交易。

Shiba Inu社区发起治理Token上架币安的请愿:金色财经报道，据change.org信息显示，Shiba Inu 社区已在该平台发起请愿，呼吁在加密货币交易所币安上架 ShibaSwap 治理 Token BONE。请愿书中称，SHIB、BONE 和 LEASH 将引领“DeFi 平台的下一次发展”，目前 BONE 最大交易量来自 Uniswap，因此要求币安成为首批上架 BONE 的头部交易所之一。Shiba Inu 社区此前已通过这种方式获得成功，包括要求 Robinhood 上架 SHIB，以及要求 PayPal 接受 SHIB 作为付款选项等。[2023/2/4 11:47:10]

Nightfall：Nightfall是一个ORU，集成了ZK来实现隐私交易。一笔交易需要9kGas，110TPS，为安永会计师事务所设计。

Hermez：EVM兼容的ZKRU，2kTPS。目前网络已经上线，几乎没有交易量。

Zero：通用ZKRU计算平台，支持递归。只需要0.17s就可以生成证明。证明大小45kB。一个账户只占用5bits。

zkSync

zkSync由MatterLabs创立于2019/12基于Plonk开发。目前zkSync支持支付功能以及有限的智能合约功能。智能合约需要用Zinc进行开发。

zkSync2.0测试网在2022/2上线，兼容EVM。MatterLabs将大部分OPCODE电路化实现在不修改证明系统的前提下，实现EVM兼容。目前zkSync2.0并不支持ADDMOD，SMOD，MULMOD，EXP，CREATE2和KECCAK256。在这种解决方案下，Solidity成为了一等公民。

zkSync2.0的GasPrice是根据以太坊主网GasPrice和ZK证明成本动态变化的。受以太坊主网GasPrice影响的原因是zkSync会将数据打包存储到以太坊主网。

为了进一步降低手续费，提高TPS，zkSync计划发布ZKPorter。用户可以选择将他们的账户数据存储在ZKPorter上来降低手续费。如果一个账户数据存储在ZKPorter上，则它所有的交易都将由ZKPorter确保数据可用性，交易不再能提交到以太坊主网上。

以下是关于zkSyncTVL和资金种类的图表。大部分zkSync上的资金都是稳定币。

Source:Duneon3/28/2022

Source:Duneon3/28/2022

Starkware

Starkware在2018/5由Zcash核心团队成员创立。

Starkware有两个产品：StarkEx，StarkNet。

StarkEx是一款SaaS产品，为项目方提供ZKRU解决方案。目前客户包含dYdX，DeverseFi，Immutable，Sorare。dYdX每周有4k活跃用户。

Source:Layer2PublicDashboard·Metabase(dydx.exchange)

Source:Layer2PublicDashboard·Metabase(dydx.exchange)

StarkNet是更加开放的ZKRU相比于StarkEx，任何人都在可以在上面部署合约。StarkNet目前不兼容EVM。StarkNet使用Cairo来编写智能合约。

Starkware也在推进ZKEVM。他们用了和zkSync不一样的解决方案。他们使用Warp来将Solidity编写的智能合约转译成Cairo。这个解决方案并不如zkSync的解决方案，对Solidity的兼容性较差。

StarkNetAlpha兼容ZKEVM在2021/11上线。目前每日交易数量为1033。

Loopring

Loopring是一个基于ZKRU的交易所，提供低手续费的交易体验，可以达到2kTPS。

Loopring在2018发行了代币$LRC。目前市值为13亿美金。Loopring总共有65k

用户，每天用户增长数为167，每日交易量为10896。

dYdX是Loopring强力的竞争对手。在未来，当ZKEVM正式投入应用，会涌现出一大批DEX，因为Solidity的开发速度比开发Layer2快很多。新的项目Fork也很快。整个交易所的竞争将非常激烈。

ZKRU中的机会

在过去，我们经常听到一些高TPS，低手续费的链标榜自己为以太坊杀手。随着时间的推移，大部分以太坊杀手杀死了自己。剩下的链都找到了自己的发展方向，如DeFi，GameFi。这些链也有了自己的特色应用和完整的生态。

现在开发一条高TPS，低手续费的链不难，难就难在生态和特色应用。因此我们不能只关注纸面性能数据，而要注重用户，生态和特色应用。

Layer2具有的特点是高TPS，低手续费，完整的生态。虽然不少Layer2ZKEVM主网还没上线，但是已经和很多项目达成了合作。

福布斯：币安欧洲政府事务负责人出席英国财政委员会会议称不对FTX破产负责:金色财经报道，据福布斯消息，加密货币交易所币安欧洲政府事务负责人丹尼尔·特林德 (Daniel Trinder) 出席了英国财政委员会会议，与英国议会成员进行了交流，并表示币安不应对其竞争对手 FTX 破产倒闭负责。

丹尼尔·特林德告诉英国财政委员会，虽然币安最初希望收购 FTX，但尽职调查显示“有些地方非常不对劲”时退出了拟议的交易，导致 FTX 破产不是币安的意图，FTX 失败导致加密行业“倒退了几年”。[2022/11/15 13:06:17]

Moonbeam目前的状态就很像一条Layer2。它背靠Polkadot，和大DeFi项目有合作，有完整的DeFi生态和跨链桥，但是缺少特色应用。下图是Moonbeam的TVL图。

Source:Defillamaon3/29/2022

因此完整的生态对于Layer2是不够的，Layer2还需要发掘出它的特色。

特色应用

能够充分利用Layer2长处的特色应用将是Layer2之间竞争的关键。目前我们发现的是类似dYdX的交易所可以充分利用低手续费，高TPS。另一个有潜力的应用便是链游，他们的需求与交易所类似，也是低手续费，高TPS。

跨Layer2应用

Layer2们共享同一个Layer1，因此构建跨Layer2应用将安全的多。我们期待看见开发者利用这个特性，实现一些具有创新的应用。这些应用将不能被复制到跨链生态中，因为只有Layer2才共享同一个Layer1。例如Starkware提出了聚合跨链流动性的构想，所有流动性存储在Layer1，但是可以在Layer2中进行使用。

开发组件

开发ZK应用是复杂的，开发者需要了解代数，证明系统，电路编写和协议开发。因此他们需要一些合适的开发工具来加速开发，做适当的抽象，省去一些底层的开发。

除此之外，定制化Layer2也将在未来有绝佳的市场。这类型的开发框架可能类似CosmosSDK和Polkadot的Substrate。

当一个应用变得热门，它不可避免的需要占据更多的计算资源。为了降低手续费，它可以选择做一条自己的链，迁移到Layer2和自己定制一条Layer2.

AxieInfinity便面临着一样的问题。在那个时候，Layer2还不成熟，定制Layer2的成熟方法也根本不存在。因此AxieInfinity只能自己开发一条链，来自定义手续费。这带来了几个问题：

不能和以太坊共用生态

无法享受以太坊的流量

跨链桥安全性

在不远的未来，迁移到Layer2或许是一个不错的选择，但是在Layer2开发终将面临一样的问题。应用并没有完全的自主性，还是会面临一些限制，所以最有前景的选择是定制化做一条Layer2。如果那时候跨Layer2非常的成熟，Layer2和以太坊的交互也很方便，定制化的Layer2的使用体验将无比丝滑。

与以太坊结合

Layer2如何与Layer1结合也是一个有意思的方向。只有Layer2和Layer1良好结合，用户才更容易从Layer1迁移到Layer2。这包含了更好的资产桥和通讯协议。

不同的VM

ZKEVM是ZKRU的下一个里程碑。ZKEVM分为三个级别：

语言级别：在这个级别，其实并不存在ZKEVM。我们有一个ZK友好的自定义VM和一个转译器。转译器将Solidity编写的智能合约翻译成这个自定义VM可以执行的形式。zkSync和Starkware都采用这个形式。这个形式的好处是开发速度快，但是无法兼容EVM的所有功能。

字节码级别：在这个级别我们有一个完全兼容的ZKEVM。我们的证明系统对于EVM非常友好。缺点是这一级别生成的状态根和主网EVM的状态根根式不一样。Scroll和Hermez正在实现这一级别的ZKEVM，预计在年底可以推出。

共识级别：共识级别的ZKEVM运行在主网上，这一级别的ZKEVM和EVM别无二样。

除了ZKEVM，我们可能也会看到其他虚拟机，例如ZKWASM等。

Layer2在其他链

zkLink在Solana推出了Groth16。ZKRU在其他链上或许也有机会。ZKRU可以赋予项目更大的自由，以及隐私性。对于企业来说，他们有必要保护客户的隐私。因此Layer2也是让这些企业上链的一个机会。

ZK桥

目前大家都在努力实现一个无需信任的跨链桥，但所有的桥都需要相信第三方。虽然这些桥都要求参与者抵押资产，但我们很难具体计算作恶的成本和收益。ZK可以应用在跨链桥中，用来生成交易证明。这样我们就不需要相信预言机所传递的信息，只需要对证明进行验证就好。目前ZK跨链桥的问题在于如何生成区块的证明，而且扩展性堪忧。不同的链需要开发不同的电路来生成对应的区块证明。

ZK商业算法

商业算法广泛出现在专业领域，例如线性求解器，GPT-3等。如果ZK始终维持着高入门门槛，开源便不能帮助其降低开发和维护成本，因为没有人有能力来为其做贡献。在这种情况下，便会出现ZK商业算法。目前大部分ZK从业者拥有Ph.D.学位。

定制化芯片

随着更多的用户流入Layer2，Layer2将捕获更多的价值。矿工们也将进行军备竞赛，购买性能更强大的矿机。在以太坊的路线图中，未来将集成ZKEVM。Filecoin目前也投入了ZK，矿工需要是生成证明。这也就是说矿工必须需要一枚可以快速生成零知识证明的芯片。

纵览以太坊和比特币矿机，一开始矿工们使用触手可得的CPU和GPU进行挖矿。在这个阶段，软件开发者需要为算法适配硬件加速。在这之后FPGA出现了。FPGA具有更好的能耗比，更强的性能，并且是可编程的。用户可根据算法的不同，对FPGA进行编程，来适应算法。ASIC最后出现，因为它的设计，量产需要更长的时间。ASIC具有最好的能耗比，最强的性能，但是缺点是生产周期长，并且不具备可编程性。

未来是属于ASIC还是FPGA将取决于这些Layer2会不会频繁切换证明系统。每年都有更好的证明系统被开发出来。如果Layer2频繁进行切换证明系统，只能适用于单一计算任务的ASIC将被迫不断推出新产品，但同时Layer2切换证明系统也会带来很多工程化上的问题，例如重新适配ZKEVM。

递归

递归可以使区块链有更小的体积。更小的体积意味着节点可以运行在低端设备中。这非常有利于去中心化。简洁的特性使区块链可以无副作用的提升TPS。因此递归和简洁将可以打破区块链的不可能三角：安全性，去中心化和TPS。

隐私

ZK已经被用于很多隐私项目中。例如，TornadoCash，Zcash，DarkForest。保护隐私分为三个阶段：

交易隐私：用户可以隐藏他们的交易。

通用计算隐私：目前以太坊上的所有计算过程都是公开的。任何人都可以看到输入，输出，和状态转换。通用计算隐私将隐藏这些计算过程。

函数隐私：有时调用函数的名称会泄露信息。例如，mint()往往意味着铸造代币。函数隐私将隐藏函数的调用记录。

目前隐私赛道的总市值约为100亿美元，约占整个加密货币市场的0.45%。每日交易量约为10亿美元。

TornadoCash

TornadoCash是一个基于智能合约的隐私交易工具。它可以用来匿名转账，现在支持以太坊，BSC，Polygon，Optimism，Arbitrum，Gnosis和Avalanche。

存款，获得凭证，提款。用户就可以完成一笔隐私转账。在新版Nova中，用户可以选择任意的提取金额。ZK用于生成提款凭证。

下图展示了TornadoCash的TVL和用户增长。

Source:Duneon3/28/2022

Source:Duneon3/28/2022

下图展示了$TORN的价格。$TORN是TornadoCash的治理凭证以及提供流动性的奖励。

Source:TradingView3/28/2022

Zcash

Zcash是一个使用ZK-SNARK来实现隐私交易的区块链。与基于智能合约的TornadoCash不同，Zcash使用了一条链来实现隐私。

下图展示了Zcash链上每日交易量。

Source:ZcashTransactionsCharton3/28/2022

下图是$Zcash的价格走势。

Source:TradingView3/28/2022

Zecrey

Zecrey是一个支持以太坊、Polygon、BSC、Near和Avalanche的隐私支付应用。它处于保护隐私的第一层，交易隐私。Zecrey提供一个浏览器钱包，用户可以用它匿名转账，交易代币。这些匿名性都由ZecreyLayer2保证。因此用户需要先将钱存到ZecreyLayer2中才可以使用这些匿名功能。ZecreyLayer2是ZKRU基于Plonk。Zecrey还支持资产跨链。目前Zecrey每日交易量大约为10笔。

Source:Zecrey

Suterusu

Suterusu是一个支持以太坊、BSC、Fantom和Polygon的隐私支付应用。它使用Layer2来保护用户的交易隐私。它还有一个跨链桥，可以在以太坊和BSC之间转移$SUTER。未来它计划推出NFT匿名转账以及匿名拍卖。Suterus采用ZK-ConSnark，这种算法不需要信任设置。

Suterusu共有15k用户以及24k笔转入。目前用户增速非常缓慢。Suterusu的市值大约1000万美金。

Source:Suterusu

DarkForest

DarkForest是一款多人网络游戏。玩家需要占领更多的星球，获得更多的资源。玩家可以向其他星球输送能量来占领它们。星球的位置是保密的。玩家需要利用哈希碰撞自己找到这些星球。ZK被用来证明与位置有关的操作：

行星初始化

行星资源的转移

在DarkForestv0.6第一轮中，有1700名玩家参加。其中700人得到了进入下一轮的机会。在第一轮中，玩家们一共提交了200万笔交易，花费了大约1.5万亿Gas。假设它是在以太坊上，GasPrice是80，那么这些玩家的手续费总共是120ETH。

StealthAirdrop

StealthAirdrop允许用户匿名地领取空投。用户首先使用他们满足空投领取条件的钱包来生成零知识证明，接着他们可以用其他钱包和这份证明来获得空投代币。

StealthAirdrop代表了ZK在治理方面的运用。在现实世界的治理中，我们也广泛应用匿名这个特性。例如在投票中，如果你发现有影响力的人物都投了赞成票，你也会受其影响，更有可能投出赞成票。因此匿名投票可以帮助用户独立投票。

在2021年，以太坊基金会对于ZK的资助主要集中在ZKEVM和治理方面。以太坊基金会主要资助了两个项目，其中一个就致力于解决投票贿赂问题。

A16Z也实现了类似的东西a16z/zkp-merkle-airdrop-contract。

zkProofofBuffiness这个项目在ETHDanver上发布。用户可以生成ZK证明来展示他们拥有一个Buffiness，而不透露他们的个人身份信息。这是ZK在身份认证相关的应用。

Source:zkPoB

总结

隐私市场较小。隐私项目很早就出现了。Zcash始于2016年。然而，整个隐私市场只占加密货币市场的0.45%。起步晚的Layer2也远超隐私市场。

将会受益于更高的隐私标准。在不牺牲易用性的情况下，用户会追求更好的隐私保护。特别是在手机行业，谷歌和苹果正在推动更严格的隐私标准。欧盟也提出保护消费者隐私的法规。像Let'sEncrypt这样提供SSL证书的基础设施公司更严格的意思标准中受益。在未来，当ZK因为更好的隐私保护而会被这些巨头公司采用时，ZK基础设施将有巨大的机会。

ZK是金融机构入驻的必备条件。一些机构在尝试上链，他们有责任保护好客户的隐私。因此ZK在这个场景下将成为区块链的标配，来提供隐私功能。

有利于DAO治理和身份。匿名在民主治理有着重要应用。ZK可以实现匿名投票，让投票者独立思考，不被他人的决定所干扰。身份验证也可以从ZK中受益。用户可以在不显示其实际地址的情况下展示其资产。

忽略ZK，专注于产品的易用性。ZK可以更好地保护隐私，但一个产品并不全是ZK。ZK是一种技术，我们更需要强调产品的易用性。通常，更好的隐私保护并不意味着易用性，但易用性是最关键的。因此，要更加关注易用性、市场和团队。

另一个有趣的项目

ZKRepel

ZKRepel在GR13中成功母子5000万美金。ZKRepel是要给在线Playground，开发者可以快速体验如何编写电路，并生成证明。ZKRepel比较像早期的Remix。

大环境上，我们看到了从本地开发到云开发的范式转变。在这之中有一些著名的产品，如Codesandbox，Codepen，Codespaces。有了这些产品，开发人员可以在任何地方任何时间使用他们的开发环境。开发者也可以快速建立新的开发环境。Github提出面对日益复杂的软件开发，开发环境作为基础设施是必不可少的。Github内部开发环境已经迁移到了自家的Codespaces。

目前没有关于ZK开发者数据的明确统计。从Github上的数据来看，ZK开发者比Solidity开发者少了500多倍。

Source:ZKRepel

更多的ZK项目

Source:HowtofundyourZKProject?

以下项目专门自主或者投资ZK项目。

ZKTechGitcoinGrants：第一轮中为19个项目中匹配了10万美元。

0xPARCGrants：支持以太坊和其他去中心化平台在应用层面的创新。

zkDAO：由zkSync和BitDAO支持的新推出的2亿美元基金，以支持zkSync生态。2亿美元中的7.5%将用于Grants。

PolygonZK基金

AztecGrants：目前的重点是跨链桥、工具和分析。

HarmonyZK基金：专注于ZK和隐私研究的1000万美元基金。

ZKValidator:：专注于ZK的基金。过往投资有Aztec,Penumbra,Ironfish,Anoma,zkSync,Aleo,Diversfi。

Aleo推出的ZPrice

NilFoundation：致力于数据库和密码学方面的项目。

总结

ZK的前景是美好的，它可以让一些过去不可能的事情变成现实。近年来，ZK领域发生了很多突破性的进展，例如更强的性能、可升级性和不需要信任初始化。这些改进都将ZK推向了应用阶段。因此，如果我们要看到一个新的ZK证明系统，我们可以从以下维度进行评判：

一笔交易和十笔交易的证明时间

一笔交易和十笔交易的验证时间

一笔交易和十笔交易打包后的证明大小

可信初始化

参考字符串长度

CRS支持

SRS支持

递归证明支持

能否抵抗量子计算机

安全性基于任何密码学假设

ZKEVM是ZKRU的下一个里程碑，ZKEVM有三个阶段：

共识级

字节码级

语言级

ZKRU刚刚进入应用阶段，生态并不完善。开发者们还没有发掘出ZK的所有潜力。人们仍不断从这些前沿理论中得到启发，以下是值得关注的方向：

充分利用高TPS和低手续费的应用程序

Layer2之间的通信协议/应用程序

聚合流动性

开发工具/框架

基于云的开发工具

具有独特功能的跨Layer2Layer1应用程序

不同的ZKVM

ZK桥

在其他链上应用ZK

拥有递归功能的Layer2

ZK在DAO和社区治理中的应用

商业化ZK算法

芯片和云计算

ZK的应用聚焦在两个方面：Rollup和隐私。Rollup比隐私有更好的前景。隐私在某种程度上和区块链的开放精神相违背。另外，隐私可能有合规问题。在Web2时代，我们没有看到隐私应用程序达到龙头的位置。所有应用的隐私保护水平在不断提高，但龙头应用往往不是主打隐私的引用，而是易用性最强的应用。隐私是有代价的，大多数情况下牺牲了用户最关心的易用性。

当我们看ZK隐私项目时，以下几点较为重要：

ZK只是技术，我们要专注产品力和团队

ZK是个复杂的技术，会拖慢开发进度

ZK有利于DAO治理和身份认证

ZK是机构上链的必备技术

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