ARK:全面梳理ZK的技术史：或蕴藏下一个千亿应用？_ALI

原文来源：R3PO

加密世界的焦点经历了比特币、以太坊、DeFi、NFT、元宇宙和Web3的多次变迁，唯独缺少对加密技术本身的关注，除了比特币的椭圆曲线加密算法还算有一点大众认知度，其他加密算法基本停留在研究员和开发者的自嗨中。

R3PO认为这不够去中心化，会严重阻碍Web3的进一步扩展，密码学是区块链的基础件，不应该被少数人掌握，而应走向更广阔的领域。

R3PO希望能用新的书写范式去阐述术语的含义，兼顾专业性和可读性，致力于为机构投资者、项目方发现潜藏在发展中的投资机会、创业方向和切入点，寻找到未被发掘的α收益。

近期大热的零知识证明技术仍是一个不断发展、不断革新的细分领域，但其技术本身又具备足够广阔的应用场景，因此对其进行全景梳理显得十分重要。

零知识证明技术并非新概念，细细梳理可知，迄今已经经过40年的发展，诞生出多种模型和应用。

进入Web3时代，早在2017年，V神便已经注意到ZK技术在以太坊上的使用潜力，而最近Starkware获得1亿美元的融资使其总融资额度达2.25亿，这代表机构是以公链级别的估值和潜力来看待ZK技术。这将是一个长期鏖战的领域，会暴露出更多的投资机会。

向后推演20年，R3PO认为ZK发展至少具备一个甲子的生命长度，因此描绘整个ZK的发展历程需要追本溯源，以更好地厘清其发展逻辑，寻找到下一步的潜在机会。

苏州市政府与中国银行签署战略合作协议：全面深化合作数字人民币试点:金色财经报道，苏州市政府昨日与中国银行签署战略合作协议，双方将在数字人民币试点等领域全面深化合作。同时，苏州工业园区数字人民币生态建设及供应链金融服务平台项目也完成签约，将把新建元丰富商业载体和数字技术优势，中国银行金融资源以及银联商务渠道和运营资源有效联结、充分融合，重点打造数字人民币民生消费生态体系。（苏州工业园区发布）[2021/9/6 23:02:52]

本系列首篇将会从零知识证明起步，超越ZK只能应用于L2领域的固有观念，带给大家全新的系统性认知。

1982：财不外露，便分高低?

对于财富的追求自古有之，项羽就说过：“富贵不还乡，如衣锦夜行”，但太多的财富会引人觊觎，有没有一种办法，在既不暴露财富数量的同时又比较出财富的多寡呢？

1982年，后来的图灵奖得主姚期智便设想过这个问题，这就是著名的百万富翁问题，省略其数学过程，其大致运作模式如下：

Alice和Bob选择代表自己财富数量的数字i和j，取值区间在1-10之间；

Alice对i进行单向加密，并将加密后的结果k发送给Bob，Bob得到一个与i相关的新值；

Bob对k进行运算后会得到一个新值m，并将其传递回Alice此时，Alice可以判断m和i的关系。

自治区级区块链“桂链”发布启动并全面接入“星火?链网”:4月25日至26日，第四届数字中国建设峰会在福州海峡国际会展中心举行，主题为“激发数据要素新动能，开启数字中国新征程”。峰会期间，中国-东盟区块链公共服务平台——“桂链”平台正式发布，并启动全面接入国家级新型基础设施“星火·链网”。

“桂链”平台由广西壮族自治区信息中心联合浪潮建设，属于自治区级区块链基础设施，目前已打造“区块链+电子证照”、“区块链+链上自贸”、“区块链+中药材”等一批示范应用场景。

“星火·链网”是在工信部支持下，中国信通院牵头建设的数字基础设施，聚焦区块链与工业互联网协同发展。其基于公有许可链设计双层体系架构，提供工业互联网标识服务的同时，通过下层骨干节点实现区块链互通。[2021/4/26 20:59:57]

这个过程可以继续推演，双方可在不完成信息暴露的前提下最终完成比较。

当然，以上过程并不全面，但足以说明一个问题，我们确实可以在两方之间，并且在不暴露信息的前提下进行计算，如果将两方扩展至多方，将区间扩展至更大范围，那么这就是典型的多方安全计算MPC(SecureMulti-partyComputation)问题。

百万富翁问题是ZK讨论的一个起点：

在不暴露财富信息的前提下，符合零知识的定义；

火币去中心化事业部运营总监高潮：火币已全面进军DeFi世界:8月11日晚，火币在上海举办“火币之夜·用区块链音符奏响数字狂想曲”活动。在火币之夜现场，火币去中心化事业部运营总监高潮以“共建DeFi生态，共赢开放金融”为主题进行了演讲。

高潮表示，火币新成立的DeFi 实验室将专注于 DeFi （去中心化金融）的研究、投资、孵化、以及生态的建设。该实验室的成立标志着火币集团全面进军DeFi世界，正如火币CEO 李林所说无论是 DeFi 还是 CeFi，我们的使命是让财富更自由。[2020/8/11]

在不借助第三方进行评估的条件下，考察的是两者或者参与方之间的直接交互。

1985年，Goldwasser、Micali和Rackoff首次提出Zero-KnowledgeProof模型，准确而言是“交互式零知识证明”模型，简单而言就是允许在多次交互的前提下，通过ZK技术来验证真假、大小。

此处的零知识并不完全准确，以Alice和Bob的互动为例，Alice和Bob可以互为验证者和证明者，但是两者间传递的信息不能和财富数量本身有关，这里的零知识是指相关性为零，而并非不传递信息。

而交互式指的是可以多次进行交互，这个过程可以反复进行，直至得出正确结果。

至此，目前所熟知的ZK技术迈出了成型的第一步，接下来的一切发展，都是在其上的删减增改。

动态 | WhaleEx联合BYSEC邀请全球白帽全面攻测:在EOS World Tour 首尔站上，WhaleEx宣布将于9月20日正式启动“攻测”活动，联手区块链生态安全社区BYSEC，面向顶级白帽发出邀请，开启为期一个月的漏洞“悬赏”。WhaleEx是支持多应用端的EOS去中心化交易所，因此本次漏洞检测范围较广，包括Web端、Android端、IOS端、算法接口以及智能合约。根据漏洞威胁程度不同，悬赏分为严重、高危、中危、低危四个等级，其中针对合约漏洞设定了双倍奖励。BYSEC社区呼吁所有区块链从业者投身到区块链安全建设中来，对各类潜在危机零容忍，共建生态安全。[2018/9/19]

当时间来到1991年，ManuelBlum、AlfredoSantis、SilvioMicali和GiuseppePersiano提出非交互式零知识证明，闻名即可知，此次升级重点是进行非交互式的证明过程，也就是在双方之间不进行交互的同时，验证一个定理、假说的真伪性，这看似很反直觉，但是有一个绝妙的例子可以说明：

Alice和Bob财富自由后变身数学家。Alice离开web2去环游web3，期间Alice继续ZK研究。

我们假设Alice能够在发现一个新定理的证明时，给Bob写一张明信片，证明她在研究中取得了新进展。

IOTA基金会全面回应麻省理工团队质疑 安全漏洞已离线:1月7日，IOTA基金会全面回应麻省理工大学媒体实验室DCI团队质疑。IOTA基金会认为，首先，关于信息纰漏的问题，在DCI团队内部实际上存在利益冲突；其次，IOTA基金会在任何时候都没有直接或间接的暗示已经正式与企业建立合作伙伴关系，并且迄今为止也没有这种正式的合作关系。[2018/1/8]

这是一个非交互式的过程，准确的说，它是一个单方向的互动：只从Alice到Bob。即使Bob想回答，他也不可能。因为Alice没有稳定的地址，在任何邮件能到达她之前就会搬走。

我们约定，只要Bob收到邮件，我们不需要查看邮件内容，就可以确定“Alice取得了研究上的新进展”这个命题为真。

非交互式零知识证明将交互次数减少到最多一次，可实现线下验证和公开验证，前者为Rollups奠定了有效性基础，后者耦合区块链的广播机制，可避免多次计算带来的资源浪费。

至此，我们目前见到的ZK便已经成为成熟理论模型，但此时的ZK更多是数学和密码学领域的研究对象，和区块链并无太多关联，而在比特币出现后，加密技术区块链才成为研究的方向，而ZK无疑是其中的佼佼者。

值得注意的是，中本聪本人并不排斥ZK技术在比特币网络的使用，更多的是当时的ZK技术不成熟，因此最终选择了较为安全的ECC算法，而ZK本身可以直接应用到Layer1区块链上，Zcash、Mina，以及以太坊的伊斯坦布尔升级都涉及到了零知识证明的相关领域。

SNARGs:?SuccinctNon-InteractiveArguments

SNARKs:?SuccinctNon-InteractiveArgumentsofKnowledge

从应用角度来说，此次改进在于“简洁”Succinct功能上，具体而言，SNARK致力于压缩信息本身的大小，在ZCash中，程序电路是固定的，因此多项式验证也是固定的，这使得设置只需执行一次，交易后续只需改变输入便可复用。

在2013年，Pinocchio协议提升效率至分钟级别证明，以及毫秒级别的验证时间，开销控制在300字节以内，这也是ZK-SNARKs技术真正首次落地到区块链领域。

这证明了ZK技术可以在隐私场景上发挥作用，R3PO判断后续的隐私路线会具备脱离L2单独存在的潜力，Aztec证明了隐私DeFi路线的可行性，而在tornado被制裁后，链上金融隐私仍旧是强烈的刚需，这个方向的投资机会仍未被广泛发掘，值得后续期待。

此外，隐私币项目Zerocash进一步改进了相关算法，使用的是SCIPRLab优化后的zk-SNARKs算法，在理论条件下，可以做到既隐藏付款来源、接受者和金额，并且交易可以控制在1KB以内，验证时间在6ms之内。

Step1：zk-SNARKs证明节点有效性，只需要保存其证明结果；

Step2：通过递归调用，确保节点有效性的正确传递和检索，不需要保留所有历史数据，实现极致压缩数据的效果；

传递结果的有效性，而非保存全节点数据，这是Mina证明行之有效的手段，而在以太坊L2，ZK-Rollup可以通过打包多次交易数据，结算一次的方式完成有效性证明，而进一步推演，L2之上可以迭加L3，或者Dapp应用，这些都是ZK可以发展的细分赛道，比如dYdX目前运行在Starkex之上，以及架构在Starkware之上的L2ImmutableX，都证明ZK的使用潜力，这个赛道的价值目前仍未被全部挖掘，仍留有长期的投资价值。

至此，ZK-Rollup涉及所有的技术要件就已经基本齐备了，我们已经装备好足够的ZK基础知识，并且可以总结ZK的以下特点：

非交互式：不需要多次验证，只需一次验证就可以广播至全网；

零知识：不需要透露信息本身的特征，可在全网进行公开传播；

知识：知识不是公开、易得的信息，必须具备独特的价值，比如经济价值、隐私价值等；

证明：证明由数学手段确认，安全性经过多年研究和实践检验；

如果将这些技术特点组合起来，我们可以发现，ZK天然适合L2扩容，并且又不局限于L2，ZK技术的其他应用会在后文中持续发表，欢迎大家继续关注。

StarkWare之外，其他的L2项目，包括zkSync、Aztec、Loopring、Scroll等都采用的是SNARKs技术路线。

究其原因，在于STARK的开发难度过大，目前只有StarkWare有能力进行自研，但其好处也十分明显，相较于SNARK，其可承载的运算量也会更大，在运行大型数据时，其安全性会更高，比如游戏、社交、NFT等方向。

其次，STARK路线具备抗量子攻击的特性，这在未来十年具备颠覆行业格局能力的可能，比特币采用的ECC算法并不能完全具备抗量子破解的可能，如果加入zk-STARKs技术，其安全性会显著提高。

可以总结以太坊L2的格局，短期OptimisticRollup，5年后zk-SNARKs路线，10年后zk-STARK路线终将会胜出。

总结

我们从百万富翁问题出发，由MPC问题过渡到零知识证明领域，出于经济原因，交互式的零知识证明不完全适用于链上活动，而非交互零知识证明逐渐成为主流。

随着Zcash的发展，SNARKs技术日渐应用到其中，使ZK技术从单纯的密码学研究对象变身为区块链领域中使用的工程手段，在隐私、安全、效率方面发挥自己的作用。

以太坊扩容场景，则使ZK成就了L2，Rollup技术路线战胜其他竞争对手，zk-STARKs也逐渐发展起来，有望激活挖矿、GameFi、NFT等更为普遍的使用场景。

在以太坊之外，越来越多的新模式已经逐步涌现，比如可定制模块化Rollup路线，又如刚完成1500万美元融资的Eclipse，其路线图会支持Move语言和Solona网络，以及完成3000万美元融资的Scroll，其希望建立EVM等效的ZK-Rollup。

新故事背后的驱动力是对ZK技术的认可，广泛来说，ZK是一个“大而全，长而远”的领域，大额融资消息的不断传出也说明市场对其接受度在逐步走高，但总体而言，这还是一个新领域，即使仅论其技术路线，也有“内卷”的流派，而其中的投资机会则长期存在，无论是内嵌入底层基础设施，还是落地于具体应用场景，需要我们不断去发掘。

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