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零知识证明在加密货币领域的演进与应用
零知识证明:从理论到实践的演进
零知识证明(ZKP)技术近年来在区块链行业发展迅速,尤其在扩容和隐私保护方面的应用备受关注。由于ZKP涉及复杂的数学原理,对于普通加密爱好者来说理解起来较为困难。本文将从ZKP的发展历史、应用实例和基本原理三个方面进行梳理,探讨其对加密货币行业的影响和价值。
一、零知识证明的发展历程
现代零知识证明体系起源于1985年Goldwasser、Micali和Rackoff发表的论文《交互式证明系统的知识复杂性》。该论文探讨了在交互系统中,通过多轮交互来证明一个陈述正确性所需交换的知识量。如果交换的知识量为零,则被称为零知识证明。
早期的零知识证明系统在效率和实用性方面存在不足,主要停留在理论层面。近十年来,随着密码学在加密货币领域的兴起,零知识证明逐渐成为重要研究方向。其中,开发通用、非交互、证明体积小的零知识证明协议是关键目标之一。
零知识证明的重大突破是Groth在2010年发表的论文《基于配对的短非交互式零知识论证》,为zk-SNARK奠定了理论基础。在应用层面,2015年Zcash使用的零知识证明系统实现了交易隐私保护,推动了zk-SNARK与智能合约的结合,拓展了应用场景。
其他重要学术成果包括:
此外,PLONK、Halo2等新进展也对zk-SNARK做出了改进。
二、零知识证明的主要应用
隐私保护
隐私交易是零知识证明最早的应用之一。代表性项目包括使用SNARK的Zcash和Tornado Cash,以及使用Bulletproof的Monero。以Zcash为例,其应用zk-SNARKs的交易步骤包括:系统设置、密钥生成、铸币、倾倒、验证和接收等环节。
然而,隐私交易的实际需求并未如预期那般强烈。相比之下,可扩展性的需求日益突出。
扩容方案
随着以太坊2.0转向以rollup为中心的路线,基于零知识证明的扩容方案重新成为业界焦点。ZK rollup有两类主要角色:Sequencer负责打包交易,Aggregator负责合并交易并生成证明。
目前市场上有竞争力的ZK rollup项目包括:StarkNet、zkSync、Aztec Connect、Polygon Hermez/Miden、Loopring、Scroll等。这些项目在技术路线上主要围绕SNARK(及其改进版本)和STARK的选择,以及对EVM的支持程度。
ZK系统与EVM的兼容性一直是一个难点。项目通常在强调ZK特性和兼容EVM之间权衡。近年来技术快速迭代,EVM兼容性有了显著提升,这将影响ZK的开发生态和竞争格局。
三、ZK-SNARK的基本原理
ZK-SNARK代表"零知识简洁非交互式知识论证",具有以下特点:
以Groth16的zk-SNARK为例,其证明原理包括以下步骤:
零知识证明技术正在从理论走向实践,在区块链领域发挥着越来越重要的作用。未来有望在隐私保护、可扩展性等方面带来更多创新应用。