零知识证明：它们能带来多大的变革？
作者：0xKira
零知识证明的经典比喻——Chainlink
传统上，验证需要披露一些信息：例如身份信息、密码或数据。零知识证明颠覆了这种模式，无需暴露数据本身即可证明身份、真实性或所有权。
在数字系统中，这意味着你可以：
在无需透露出生日期即可证明自己已年满18周岁。
在不透露钱包余额的情况下证明资金充足
在不泄露交易内容的情况下证明交易的有效性
这种“不泄露信息即可证明”的能力是保持隐私、安全和透明的系统的基础，而零知识证明恰好能同时兼顾这两个特点。它们是如何运作的？
零知识证明依赖于深奥的数学结构和密码学原语，但从概念上讲，它们可以归结为三个基本属性：
完整性（Completeness）：如果该陈述为真，诚实的证明者能够说服验证者它为真。
可靠性（Soundness）：如果陈述是错误的，任何作弊的证明者都无法说服验证者使其相信该陈述是错误的。
零知识（Zero-Knowledge）：验证者除了知道该陈述为真之外，不会获知任何其他信息。
实际上，零知识证明有好几种类型，但目前讨论的焦点主要集中在两种类型上：交互式和非交互式零知识证明。
在早期设计中，零知识证明是交互式的。证明者和验证者进行双向对话，验证者提出随机挑战，证明者则提供证明作为回应，共同构建对某个陈述真实性的信心。虽然这种模型在理论上行之有效，但在Blockchain环境中，各方往往难以实时互动，因此效率并不高。
为了使其更具实用性，密码学家开发了非交互式零知识证明（NIZK），这种证明只需要证明者向验证者发送一条消息即可完成。其中最著名的是zk-SNARKs，它能够生成极其紧凑的证明，并在毫秒内完成验证。另一个变体是zk-STARKs，它无需可信设置，并提供后量子安全级别。
TornadoCash的工作原理-Elliptic
除隐私保护之外，零知识证明正在革新数字身份和监管合规领域。它支持选择性披露，使用户能够在不泄露个人数据的情况下证明自身特定事实。例如，用户可以在不透露姓名的情况下证明自己已通过KYC验证，或者在不提供身份信息的情况下确认自己不在制裁名单上。这一原则是Worldcoin的人格证明、PolygonID和zkPass等新兴零知识身份系统的基础。
Rollup是一种Layer-2解决方案，它在链下执行交易，然后将汇总信息发布回主链或Layer-1（通常是Ethereum）。Rollup主要分为两种类型： Optimisticrollup和ZKrollup。
在ZKRollup中，成百上千笔链下交易被打包在一起。证明者生成一个零知识证明（也称为有效性证明），表明所有打包的交易都符合Blockchain的规则。然后，该单一证明被提交到主链，主链可以快速且确凿地验证它。
ZKRollup的工作原理-Messari
这种设计大幅减少了 Layer-1 的数据量和计算负担，同时保持了与单独处理每笔交易相同的安全保证，从而消除了 Layer-1的速度和规模瓶颈。
一些ZKrollup的代表项目包括：
zkSyncEra：由MatterLabs开发，使用zk-SNARKs实现快速最终性。
StarkNet：基于zk-STARKs构建，强调可扩展性和透明性
PolygonzkEVM：Ethereum虚拟机(EVM)的零知识实现，使其能够与Ethereum上现有的智能合约完全兼容。
Lighter：一个基于自定义ZKrollup构建的永续DEX平台，使用zk-SNARKs，具体来说是Plonky2。ZKRollup的优势
通过将数千笔交易压缩成单个密码学证明，ZKrollups可以显著提高吞吐量，使Ethereum等Blockchain能够在不牺牲去中心化或安全性的情况下处理更多的活动。
安全性是另一项关键优势。与依赖经济激励和为期一周的挑战期来检测欺诈的 Optimisticrollup 不同，ZKrollup 使用数学有效性证明来预先保证正确性。一旦链上验证了证明，底层交易即为最终且不可篡改，从而消除了延迟和不确定性。
这也意味着更快的确认速度。ZKrollup 中的交易会在其对应的证明被验证后立即结算，与 Optimistic 系统中常见的等待时间相比，用户几乎可以即时获得最终结果。
成本效益是另一项主要优势。由于ZKRollups仅向Layer-1Blockchain提交极少量的数据，因此Gas费用显著降低，使得用户和应用程序在Ethereum上运行的成本更低。
更令人振奋的是，ZKrollup为增强隐私保护打开了大门。由于其本身建立在零知识密码学之上，理论上可以将机密性直接嵌入到rollup本身，从而实现大规模的私密且可验证的交易。
目前的主要限制在于计算需求。生成零知识证明仍然需要消耗大量资源，需要强大的硬件和先进的密码学技术。然而，持续的进步，尤其是在硬件加速、电路设计和递归证明方面的进展，正在稳步降低这些成本，使得每一代 ZKrollup 的效率都更高。与OptimisticRollup的对比
Optimisticrollup，例如Arbitrum和Optimism，则遵循不同的理念。它们默认所有链下交易都是有效的。只有当有人质疑这一假设时，系统才会要求提供“欺诈证明”来验证争议，这个过程通常需要一周左右。这种模型在实践中运行良好，但会造成交易最终确认的延迟，并且依赖于激励机制来促使参与者发现并举报无效活动。
而ZKrollup为每一批交易附带一个零知识有效性证明，在写入主链之前就用数学方式确认其正确性，从而提供即时最终性和更强的安全保障，但同时也带来了更高的技术复杂性和更大的计算量。
本质上，这两种模型代表了不同的权衡取舍。Optimistic Rollup更容易实现，并且由于其简单性和与Ethereum虚拟机(EVM)的完全兼容性，目前在Ethereum的Layer-2领域占据主导地位。ZKrollup 更复杂，计算量更大，但它提供了更快的结算速度、更低的成本以及内置隐私的潜力。结论
零知识证明代表着我们对数字系统中信任、隐私和验证方式的范式转变。这项起源于20世纪80年代的抽象密码学理论，如今已成为推动下一代去中心化基础设施发展的最有前景的技术之一。
在Crypto领域，零知识证明为私有交易、去中心化身份、跨链互操作性以及最重要的可扩展 rollup 架构提供支持，这些架构在保持Ethereum级别安全性的同时，还能成倍提升吞吐量。它们的应用范围也超越了Blockchain，扩展到金融、人工智能和数据验证等领域。
尽管零知识证明的应用仍处于相对早期阶段，但其发展轨迹已然清晰。零知识证明正从密码学领域的新奇技术转变为基础设施建设的必然组成部分。如果Blockchain要在保障隐私和去中心化的同时扩展到数十亿用户规模，那么零知识证明很可能就是开启这一未来的关键。