区块链:让我们用非技术语言告诉你，零知识证明如何改变区块链_ODA

撰文：RonaldMannak，区块链创业公司StarlingProtocol联合创始人兼CEO

编译：卢江飞

来源：链闻

关于零知识证明的技术类博客文章很多，最近我也写了一篇文章，比较各种新的通用目的的zk-SNARK。我发现，关于零知识证明的用例，很少有用非技术语言表述的文章。事实上，零知识证明不仅可用在隐私方面，还有许多其他用途。它功能如此丰富，甚至有可能重新定义区块链的运作方式。

精简区块链，从GB压缩到KB

区块链的区块可能会很大，而且其大小在不断增长。这源于其最初的设计。我们也渐渐接受了这个现实。但是，Coda项目最近发布的测试网却不同。

首先，Coda的区块链是固定大小的，且不会增长；其次，它只有22KB！即便是上世纪80年代的8位机家用电脑Commodore64或ZXSpectrum，也能把它塞进去。而且，与传统的区块链相比，Coda的安全性差不多，甚至更高。

美国参议员：比特币可以用脚投票，让我们不要营造一种敌对的氛围:金色财经报道，Bitcoin Magazine发推称，美国参议员Cynthia Lummis说：“比特币可以用脚投票。比特币人可以去任何地方。让我们不要营造一种敌对的氛围。”[2022/8/28 12:52:59]

类似但功能更多的「精简区块链」项目越来越多，比如Mir和Starling。

这到底是如何做到的呢？

只要尝试部署过一个区块链节点，你就会知道这个过程有多痛苦：同步一个节点需要好几个小时、甚至数天时间。区块链如此之大，以至于大多数的家用计算设备的磁盘空间和带宽都达不到基本要求。结果就是中心化。即便像以太坊这样广受欢迎的区块链，其节点数量也就10,000个，大多数都托管在亚马逊AWS上，由少数几个实体所拥有。区块链并不像许多人以为的那么去中心。

声音 | 赵长鹏：本月初的黑客攻击事件让我们因祸得福:币安CEO赵长鹏今日发文表示，本月初币安的黑客攻击事件，让团队因祸得福。从长远来看，这一事件对币安来说可能是一件好事。追求安全永无止境。在安全方面总是有更多的事情要做，币安在上周已经实施了很多措施，并将在未来持续增加更多安全措施。鉴于此事，币安实际上变得比以前更加安全，不仅是在本次受影响的方面，而是就交易平台整体而言。他总结道：“在危机期间，我们始终与社区保持持续沟通和高度透明。我们认为这是一个强有力的因素，有助于我们从社区获得支持。 一个明显的衡量标准是BNB的价格：它在安全事件发生初期略有下降，但是下降幅度并不像人们预期的那么大，甚至在我们恢复提现之前，它已经强势回归并再次创下美元历史新高价。”[2019/5/20]

为什么同步一个区块链要这么长时间呢？主要有两个原因：

声音 | Cryptopia：已同意让我们回去办公:今日，Cryptopia交易所在Twitter上发文表示，“已经让我们重新回到我们的大厦，同时继续进行调查，我们的工作人员正在持续地评估被盗的资金。”据此前消息，Cryptopia交易所遭到黑客攻击，价值320万美元的加密货币被黑客通过各种加密货币交易所清算。[2019/2/15]

第一个原因很明显：下载几百GB或更多数据需要很长时间；

第二，下载完之后区块链要完成验证，因为恶意节点可能会向你发送不正确的数据。

若要验证一个区块链，必须从创世区块开始重放整条链：执行第一个交易，并确保计算出的状态等于下载得到的状态。然后转到下一个交易，直到你把区块链的所有交易都查一遍。这不仅耗时，也浪费资源。在你之前，成千上万的节点做着完全相同的计算工作。

声音 | Ran Neuner：熊市让我们更关注加密行业的建设:CNBC数字货币频道主持人Ran Neuner今日发推文称，在熊市高峰期召开的各类会议比去年同期的会议们更有成效。去年，人们只想要币价翻盘。而今年是人们真正想要建设这个空间，要领会到目前状况带来的好处可能需要几年的时间。我们正在一个越来越好的行业中工作。[2018/11/28]

为什么要这么做呢？因为在传统计算学里，要知道一个计算是否正确的执行，唯一办法就是重做一次这个计算。如果小规模的计算，那就还好，但像重放一条区块链这种「慢运算」，情况就完全不同了。

可提高效率和带宽的零知识证明

事实上，有一种方法可以低成本地验证一个计算结果，而又无需重做该计算，那就是零知识证明，其中最著名的可能要数zk-SNARK。

声音 | 上海新金融研究院副院长：区块链让我们生活在地球的两个世界:上海新金融研究院副院长钟伟表示，区块链技术，可能意味着我们生活在两个世界。一个就是物理的地球，第二是数字的地球。人类正在构建摆脱物理地球的数字地球。物理地球扮演的作用，主要是传感器、动作器，数字地球主要是控制器。例如网约车，这是一个比较好的数字地球的应用方式，打开手机，召唤一辆车，那辆车在物理地球的确存在，但我们通过卫星可以定位，可以看到车过来了，然后坐车走，是通过数字地球这个控制器，控制物理地球物和人的移动。现在还不彻底，因为还需要人开网约车，未来是无人驾驶。所以我猜想，我们正在构建一个基于物理地球的数字地球，而区块链是数字地球的一个比较重要的技术应用，不管把它称之为分布式的操作系统还是其他的什么东西，我们可以再加一个定义，远程的分布式的操作系统。它还是印证了一点，我们正在构建一个数字地球，区块链是这个数字地球比较重要的控制器。[2018/7/7]

它是如何工作的呢？我们需要将区块链的重放函数改写为一个zk-SNARK。这个zk-SNARK将输出两个东西：原初的输出；一个很小的数学「证明」，证明这个结果计算正确。这个「证明」可以小到只有200字节。

这样一来，我们就不需要所有计算机跑一遍重放函数了。由一台计算机去创建这个「证明」，其他不限数量的计算机可以在它们认为合适的时间再进行验证。无论原初的计算要花费多长时间，验证却只需几毫秒即可搞定。这个「证明」可以通过线上分发，也可以存储在U盘里，甚至可以印在T恤上。

如果有恶意节点更改了某个交易的余额，那么这个「证明」就会和结果不同，所有验证者都会拒绝这个状态。如果有恶意节点更改了zk-SNARK代码，结果也会被拒绝。

我们不再需要重做昂贵的计算，也不需要下载区块链。你需要的，只是当前状态，加上能够证明当前状态是一个有效区块链的一部分的少量「证明」，再花费几毫秒验证一下结果。

递归性的组合

验证一个「证明」的速度很快，但创建这个「证明」怎样呢？其实时间不固定，与传统计算相比，在计算和和内存方面它的效率要低不少。实际上，虽然一个重放函数的zk-SNARK版本听起来不错，但在实践中这个解决方案并不好。和以往的非zk-SNARK的重放函数相比，它需要更大的内存，速度甚至更慢。

不过，还有另一个优雅的方案。我们发现，用一点点小技巧，其实可以使用递归性zk-SNARKs。有了递归，我们就不必从头开始验证这个区块链，可以在前一个状态的基础上来构建。速度会快得多。

需要注意的是，递归性zk-SNARK的效率依然不如非递归的zk-SNARK，不过，最近zk-SNARK的构造取得了长足的进步。

一个递归性的zk-SNARK程序，会用属于「前一个状态」的「证明」和新的交易作为输入。它会验证前一个状态，并检查新状态中的交易是否有效。如果没问题，它会输出新的状态和一个「证明」。

一旦新的状态和「证明」被分发到网络中，所有节点可以直接丢弃先前的状态，这么做不会有任何负面影响。新的节点只需要下载最新的状态和「证明」即可。这也就是Coda、Mir和Starling这些项目可以实现小的、大小固定的区块的秘诀。

在上面说的这个例子里，只需要一个节点来创建新的区块和「证明」。显然，我们没必要让同一个节点来生成所有的区块。举个例子，可以从许多节点中随机选择一个节点。我们甚至可以做得更好：将区块的生成逻辑分为多个zk-SNARK。

最终结果就是：区块生产者不需要完整的区块链，它只需要前一个状态。这会让区块大小降到多少呢？一个常规的Coda节点仅需要22KB即可存储「证明」、当前状态以及某个账户余额的Merkle路径。只需要22KB，一个节点就能验证整个区块链、查询余额并创建交易。但是，如果要生成区块，这个节点需要更多：它需要先前状态的全部余额的Merkle树。而Merkle树的大小取决于钱包的数量。如果Coda拥有和以太坊一样多的钱包，那么，Coda区块生产者也只需要大约1GB的容量。而以太坊上最小的完整节点是230GB。差距巨大。

利用零知识证明，区块链网络将有更多活跃节点，这就提升了去中心化程度，并让各种程序有更多可能与区块链进行交互，而无需像Infura或Metamask这样的方案。想想看，99%的新用户在安装Metamask时选择了放弃。所以，这种变化将带来巨大的影响。

感谢以下各位对本文的审阅：DanielLubarov(Mir),ShaneVitarana,StanvandeBurgt,TaariqLewis,和DmitriyBerenzon。作者授权链闻翻译并发布该文中文版本。

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