想像一下，能夠證明你知道一個秘密，但無需透露任何細節。這正是零知識證明（Zero-Knowledge Proofs，ZKP）的精髓，這是一項在區塊鏈和加密貨幣領域中改變遊戲規則的概念，能夠提升隱私性和可擴展性。隨著我們深入到2024年，零知識證明因其能在不暴露任何基礎數據的情況下執行交易或證明知識，而變得越來越重要。
零知識證明因其在解決區塊鏈技術中的隱私性和可擴展性雙重挑戰方面的作用而備受關注。在數字隱私問題達到高峰的時代，以及對高效、可擴展區塊鏈解決方案的需求至關重要時，它們的意義尤為重要。2024年，零知識證明在各種加密項目中的應用持續增長，突顯了其重塑區塊鏈生態系統的潛力。
什麼是零知識證明（ZKP）？
零知識證明允許“證明者”向“驗證者”證明他們知道一個值或者某個陳述是真實的，但不透露任何超出該陳述正確性的訊息。該過程基於三個關鍵特性：
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完備性： 如果證明者的陳述是真實的，驗證者將完全被該證明說服，無任何疑問。
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健全性： 如果陳述是錯誤的，則任何欺詐性的證明者都無法以超過極低概率說服驗證者其真實性。
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零知識性： 驗證者除了知道該陳述是真實的事實外，無法從該證明中獲取任何進一步的資訊。
使用零知識證明在加密貨幣項目中的好處多種多樣。它們通過實現交易的同時不披露任何敏感信息來提升隱私性。例如，在投票系統中，它們可以確認某位用戶的資格而無需揭露其身份。同時，它們通過像 zk-Rollups這樣的構建方式來提升可擴展性，將交易數據在鏈外處理，僅將有效性證明存儲在區塊鏈上，減少數據負載並加速交易時間。
考慮經常被引用的“阿里巴巴洞穴”比喻來進一步理解。這裡，一個人證明他知道打開洞穴內隱藏門的秘密，而無需透露該秘密。他通過進行可觀察的行為（例如從正確的門出來）證明自己知道秘密，但秘密本身從未被揭露。
這一概念不僅僅是理論上的，它已經被用於安全交易、身份驗證等重要項目，並且在不損害任何相關方隱私的情況下運作。
這裡深入探討了 零知識證明（ZKP）技術 及其運作方式。
零知識證明（ZKP）在區塊鏈中的應用場景
零知識證明（ZKP）正在改變區塊鏈技術如何管理隱私和數據完整性。以下是它們在各種加密項目和基於區塊鏈的應用中的具體應用方式：
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金融隱私: 零知識證明允許交易的有效性得到確認，而無需透露任何有關交易本身的信息。在像Zcash這樣的加密貨幣中，用户可以選擇隱藏交易細節，如發送者、接收者和轉移金額，同時仍保持安全且經過驗證的帳簿。
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可擴展的區塊鏈方案: 如zkSync和StarkWare的項目利用零知識證明來提升 區塊鏈可擴展性。它們採用名為zk-Rollups的技術，將交易數據在鏈外處理，僅將有效性證明提交至區塊鏈。這大大減少了主鏈上的數據負載，實現更快且更便宜的交易。
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安全投票系統: 零知識證明可用於確保電子投票系統中的投票完整性和匿名性。它們允許選民證明其投票已被計算，而無需揭露其投票選擇，提供隱私性和透明度。
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無密碼驗證: 在需要身份驗證的系統中，零知識證明可在無需傳輸密碼或其他敏感信息的情況下驗證用户身份。此方法防止攻擊者在傳輸過程中攔截密碼，提升網絡平台的安全性。
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供應鏈追溯: 零知識證明可以幫助驗證產品在供應鏈中的真實性，而無需披露底層的商業機密或機密信息。例如，一家公司可以證明其產品符合某些環保標準，但不透露其供應商或詳細製造過程。
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保密智能合約: 如 Aleph Zero 和 Mina Protocol 等平台正在探索使用零知識證明來執行保密智能合約，保持某些輸入和輸出隱私性。這在合同細節敏感且不應在區塊鏈上公開披露的商業環境中特別有價值。
2024年頂級零知識證明（ZKP）項目
據CoinGecko統計，截至2024年5月初，有40個零知識加密項目，其市值總計超過212.7億美元。以下是利用零知識證明（ZK Proofs）的不同領域中最出色且最受歡迎的加密項目：
Polygon Hermez
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Polygon Hermez 是一個基於以太坊的去中心化擴展解決方案，採用零知識（ZK）Rollup 技術。原名為 Hermez Network，後被 Polygon 收購並重新命名為 Polygon Hermez。此整合通過利用 ZK 證明將多個交易打包成單一交易處理並提交至 以太坊，大幅降低 Gas 費用並提升交易吞吐量，從而實現低成本和高速度的代幣轉移。
Polygon Hermez 致力於提升以太坊的可擴展性與效率，讓區塊鏈技術更易於普及並具可持續性。其採用一種名為效率證明（Proof of Efficiency, PoE）的獨特共識機制，以在保持網絡安全性和去中心化的同時，減少早期捐贈證明（Proof of Donation, PoD）系統的複雜性及潛在攻擊風險。近期的發展包括將 Hermez 整合進 Polygon 的生態系統，展現了 Polygon 在利用零知識技術提升以太坊可擴展性方面的戰略性布局。
Polygon Hermez 的主要特點包括顯著降低交易成本——相比以太坊的 主網減少超過 90% 的費用——以及大幅提升吞吐量，支持網絡的可擴展性。然而，ZK 證明的複雜性以及實施和優化這些技術所需的專業知識，可能對採用造成一定障礙。展望未來，Polygon Hermez 將繼續發展並專注於技術改進，以更好地服務於以太坊生態系統中日益增長的用戶群。
Immutable X
Immutable X 利用 StarkWare 的 StarkEx 技術，一種經過驗證的擴展引擎，採用零知識 Rollup（ZK Rollup）進行鑄造和交易。此合作將 StarkEx 的先進技術融入 Immutable X，提升其性能與容量，實現高交易量處理的同時，保持安全性並降低費用。
Immutable X由StarkWare合作開發，基於零知識證明技術運作，使其能以高速度處理交易並保持低網絡費用。此技術整合提供了一個平台，讓開發者可以構建和擴展 Web3遊戲 ，同時保留以太坊的安全性。Immutable X專注於 NFT ，並為用戶提供快速交易且無需支付 網絡費用 的市場。此合作關係的主要優勢包括顯著提升的擴展性、大幅降低的運營成本以及保留以太坊固有的安全特性。然而，ZK-rollups的複雜性以及開發者需要掌握這種新技術層可能對採用造成挑戰。
Mina Protocol (MINA)
Mina Protocol (MINA)以真正的去中心化為目標，保持僅22KB大小的區塊鏈。這是通過零知識簡潔非交互式知識論證 (zk-SNARKs) 技術實現的。此技術使Mina能夠將整個區塊鏈狀態壓縮成小型快照，讓任何用戶無需下載龐大的區塊鏈歷史即可快速驗證網絡狀態。此方法不僅確保了更高的可訪問性，還減少了對強大中介的依賴，從而保留了區塊鏈的去中心化特性。
Mina的使命是通過盡可能輕量化的方式簡化區塊鏈參與，確保任何人都能從其設備直接驗證網絡。這是通過其獨特的zk-SNARK技術實現的，該技術隨著每個新區塊的更新，持續壓縮區塊鏈歷史為小型證明。Mina還採用了Ouroboros Samisika 權益證明 共識機制，比傳統 工作量證明 系統資源消耗更少。Mina生態系統中的最近更新包括節點性能的改進以及zkApps的推出，這些應用允許 鏈外 計算並為 智能合約提供增強的隱私。然而，使用zk-SNARK技術進行所有狀態轉換的創新方法可能會在維護和開發這樣一個獨特平台時帶來挑戰。
dYdX (DYDX)
dYdX 是一個去中心化交易平台，利用區塊鏈技術提供先進的金融服務，例如無中介的永續合約交易。該平台基於以太坊建構，並正在過渡至其由 StarkWare 提供支持的 Layer 2 協議。dYdX 允許用戶進行高槓桿交易，同時顯著降低交易成本並提升交易速度。dYdX 採用零知識證明（ZKP）技術，特別是稱為 zk-STARKs 的類型，以增強其交易平台的隱私性和可擴展性。這項技術使 dYdX 能夠在不公開任何交易敏感數據的情況下執行和驗證交易。使用 zk-STARKs 的主要優勢在於其具有高可擴展性與安全性，且不需要另一種常見 ZKP 類型 zk-SNARKs 所需的受信設置。
最近，dYdX 推出了 4.0 版（v4.0）平台，其中包括 dYdX Chain——一個基於 Cosmos SDK 的開源區塊鏈，用於擴展性，並採用了 CometBFT 共識協議以確保安全性。這次升級引入了減倉委託和子帳戶提取限制等功能，以增強交易的 風險管理 和治理能力。然而，該平台的尖端技術和依賴複雜技術的特點，可能對技術不熟悉的用戶帶來挑戰。此外，儘管 dYdX 為交易者提供了強大的工具，但去中心化的特性要求用戶自行保管資金，為此增加了一層責任，這可能不適合所有投資者。
了解更多關於 dYdX DEX 及其運作方式。
Loopring (LRC)
Loopring（LRC）是一個基於以太坊的先進區塊鏈協議，通過利用零知識 Rollups（zkRollups）提升去中心化交易所（DEXs）和支付平台的可擴展性及效率。Loopring 的核心功能是將數百筆交易聚合為一筆交易，顯著降低以太坊交易的 gas 費用和處理時間。該協議通過在鏈外處理交易，然後使用 zkRollups 在鏈上結算，提供交易正確執行的證明，同時不公開交易數據本身。這種方法確保了速度與安全性，使 Loopring 能夠每秒處理超過 2,000 筆交易。
Loopring 協議還引入了一個稱為「環路礦工」的獨特組件，負責撮合、驗證和結算交易訂單。礦工的報酬是以 LRC 手續費或交易利潤分成的形式支付，從而激勵更高效的訂單處理。Loopring 的架構同時支持自動化做市商 (AMM) 模式和傳統訂單簿交易所，使其能靈活應對各種 交易策略。儘管具有降低交易成本和提高吞吐量等優勢，Loopring 依賴於 zkRollups 等更複雜的技術，可能因為實施和使用這些系統所需的技術知識而成為普及的障礙。然而，Loopring 仍然是擴展 Ethereum 功能（不妥協於安全性）的重要參與者之一。
Horizen (ZEN)
Horizen (ZEN) 是一個專注於隱私的區塊鏈平台，利用零知識證明 (zk-SNARKs) 來確保交易的機密性和匿名性。該項目源自於 Zcash 的一個分叉，而 Zcash 則來自 ZClassic 的分支。Horizen 的使命已經超越了單純的隱私功能，其目標是提供一個安全且私密的基礎設施，用於消息傳遞、出版以及去中心化應用 (dApp) 的開發。這一發展是 Horizen 更廣泛目標的一部分，即構建一個完全包容的環境，使所有應用都能在完全隱私的條件下運行。
Horizen 的技術骨幹包括一個由完整節點、安全節點和超級節點組成的獨特節點系統，每種節點在網絡生態系統中扮演不同的角色。比如，安全節點通過 TLS 加密增強網絡隱私，而超級節點支持側鏈功能，擴展網絡的功能性和可擴展性。Horizen 生態系統的最近進展包括推出了首個兼容 EVM 的側鏈 EON，增強了該平台承載各種 dApp 和 DeFi 項目的能力。儘管具備諸多優勢，Horizen 面臨的挑戰包括在日益對匿名加密貨幣持懷疑態度的監管環境中維持隱私的複雜性。該項目持續創新新功能，包括 Horizen 的 DAO 去中心化治理以及側鏈能力的持續改進。
Zcash (ZEC)
Zcash (ZEC) 是一種加密貨幣，專注於增強用戶隱私，利用稱為 zk-SNARKs（零知識簡明非互動知識論證）的先進加密技術來實現安全且私密的交易。與提供假名性的傳統加密貨幣不同，Zcash 提供「隱蔽交易」選項，能將發送者、接收者及交易金額保密。Zcash 於 2016 年從 比特幣分叉誕生，旨在結合現金交易所提供的金融私密性與加密貨幣的全球數碼效用。
Zcash 自問世以來經歷了許多重大發展，包括多次網絡升級，如 Sprout、Overwinter、Sapling，以及最近的 Heartwood 和 Canopy。這些更新不僅持續提升了交易效率和隱私功能，還引入了隱蔽 Coinbase 和 FlyClient 支援等功能，進一步提高 Zcash 在日常交易及企業應用中的可用性。2019 年推出的「Halo」技術標誌著一項重要的技術突破，通過消除生成零知識證明所需的信任設置，增強了網絡的安全性及可延展性。儘管擁有強大的隱私功能，Zcash 仍面臨一些挑戰，包括監管審查及技術的複雜性，這可能會影響其採用及用戶信任。
Worldcoin (WLD)
Worldcoin (WLD) 是一個結合數碼身份驗證與區塊鏈技術的加密貨幣項目，旨在為全球經濟包容性提供獨特解決方案。該項目由 Sam Altman 共同創立，採用一種名為「Orb」的設備掃描個人虹膜，以建立一個名為 World ID 的安全區塊鏈數碼身份。此身份用於發放 Worldcoin 代幣（WLD）給個人，促進去中心化及包容性的全球經濟。
Worldcoin利用零知識證明（ZKP）技術，在其World ID系統中提升私隱和安全性。Worldcoin通過ZKP驗證用戶的唯一身份和人性，而無需披露任何個人資訊，從而實現私隱保護的數字經濟互動。具體而言，Worldcoin集成了一個名為Semaphore的協議，該協議使用ZKP技術讓用戶能夠證明自己是某群體的一員，而不需透露個人身份。這對於Worldcoin生態系統中的投票或背書等活動至關重要，因為私隱和匿名性在此類活動中尤為重要。實施ZKP技術能確保使用World ID進行的活動無法與個人的生物辨識或其他身份標記掛鉤，從而在不同應用中保護用戶的私隱。
然而，該項目面臨不少批評和爭議，特別是在私隱和數據安全方面。通過虹膜掃描收集生物辨識數據引發了人們對這些數據如何管理和保護的擔憂。此外，項目智能合約的集中控制被視為與其去中心化理念相矛盾。監管挑戰也隨之出現，不同國家正在檢視這類生物辨識數據收集的合法性和安全性。儘管面臨這些挑戰，Worldcoin仍在努力擴展，以促進更公平可及的數字經濟。該項目未來的成功將在很大程度上取決於其能否有效解決私隱問題並成功應對監管環境。
了解更多關於 Worldcoin的運作方式及如何獲取 。
Marlin (POND)
Marlin (POND)是一個去中心化協議，旨在優化複雜算法和計算的鏈下執行，同時保持典型的 鏈上 過程的完整性和安全性。Marlin核心架構的特點是使用分散網絡中的協處理器，這些節點能夠高速處理數據，並訪問區塊鏈歷史和Web 2.0 API。這種設置使得區塊鏈可以卸載密集型計算任務，降低成本並加快執行速度。鏈下計算的驗證是通過結合零知識證明（ZKP）和可信執行環境（TEE）實現的，這些技術提供了緊湊、安全的計算正確性驗證，並能輕鬆進行鏈上驗證。
Marlin已被開發以支援多種程式設計環境，可執行使用Solidity、C++、Rust及Go等語言撰寫的程式。其靈活性得益於可擴展的架構，包括多種類型的節點，如網關節點、執行節點及監控節點，每個節點在網絡中均具有獨特的功能。網關節點充當負載平衡器，執行節點負責處理實際的計算，而監控節點則確保網絡的可靠性及性能。Marlin生態系統由POND代幣提供支持，該代幣用於為網絡提供安全保證。節點需質押POND代幣才能參與，若未能遵守網絡的運營標準，將面臨質押代幣的風險。這種質押機制激勵了對協議規則的正確行為及遵守。
Aleph Zero (AZERO)
Aleph Zero (AZERO)是一個公共區塊鏈，旨在實現速度、安全及私隱，並使用名為AlephBFT的獨特混合共識協議，該協議結合了權益證明（Proof of Stake，PoS）及有向無環圖（DAG）技術。這項協議旨在以低手續費實現高交易吞吐量，並基於同行評審系統，確保在面對惡意活動時仍能保持穩健的去中心化運作。Aleph Zero的共識機制使其能夠在節點之間保持高效的溝通，支持其快速且安全的聲明。
Aleph Zero的一個顯著特點是透過其多鏈私隱層Liminal提升企業應用的私隱及安全性。Liminal採用了零知識證明（Zero-Knowledge Proofs，ZKPs）及安全多方計算（sMPC），提升鏈接到Aleph Zero的區塊鏈網絡中的私隱性。這使其對於需要保密交易同時利用公共區塊鏈安全性的企業應用具有高度適應性。該平台亦支援私密智能合約，這對於需要進行安全及私密交易及計算的企業尤為有利。儘管其具備先進功能，這些技術的實際應用及可擴展性在實際操作條件下可能面臨挑戰。
零知識（ZK）技術的挑戰及風險
零知識證明（Zero-Knowledge Proofs，ZKPs）在提升區塊鏈應用的私隱性及可擴展性方面具有顯著優勢，但同時也伴隨著特定的挑戰及風險：
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實施複雜性：實施零知識證明 (ZKP) 需要對高級加密原理有深入了解。這種複雜性可能成為開發人員的障礙，導致設計和實現 ZKP 系統時出現錯誤和漏洞。開發人員必須精通基礎加密技術，以確保系統的完整性和安全性。
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計算強度：生成零知識證明可能非常耗費計算資源，特別是對於更為複雜的證明而言。與非 ZKP 交易相比，這可能導致更高的成本和更慢的處理速度，限制 ZKP 在高交易量場景中的實用性。
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初始設置漏洞：某些 ZKP 協議（如 zk-SNARKs）需要經過“可信設置”階段。如果該設置階段受到破壞，例如生成的參數未被銷毀，可能導致重大的安全漏洞，包括生成偽造證明的風險。
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可擴展性問題：儘管 ZKP 可以顯著減少區塊鏈上的數據負載，但 ZKP 實現本身的可擴展性有時可能成為挑戰。如何在不影響速度的情況下高效處理大量交易的技術仍在開發中。
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整合複雜性：將 ZKP 整合到現有系統中面臨重大挑戰。這需要對網絡協議進行更改，可能還需要對現有區塊鏈基礎設施進行廣泛更新，這是一個冗長且複雜的過程。
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法律和監管的不確定性：ZKP 隱藏交易數據的能力可能會引發監管問題，特別是在有嚴格金融透明法規的司法管轄區。使用 ZKP 的項目必須謹慎應對這些法規，以避免法律挑戰。
儘管面臨挑戰，隨著零知識證明技術（ZKP）的持續進步以及開發者對該技術的熟悉程度日益提高，這些風險正在逐漸減少，為更廣泛採用安全且私密的區塊鏈應用鋪平了道路。
零知識技術的未來展望
零知識證明（ZKP）項目的未來前景十分光明，持續的技術進步有望進一步改善區塊鏈的隱私性及可擴展性。未來的重心可能是開發更易於使用的零知識證明系統，以支持在各個行業中的廣泛採用。像 zk-STARKs 和 zk-SNARKs 這樣的創新，則被期待能在不犧牲安全性或隱私的情況下，顯著提升交易速度和可擴展性。
其中一個最令人期待的前景是跨鏈隱私層的開發，該技術將允許在不同區塊鏈網絡之間進行安全且私密的交易，從而擴展區塊鏈應用及服務的範圍。這些進步可能徹底改變跨網絡處理敏感數據的方式，使零知識證明成為構建安全數字基礎設施的核心技術。隨著互操作性和跨鏈功能的不斷改善，零知識證明項目預計在實現多樣化的區塊鏈系統之間的無縫且私密交易方面，扮演至關重要的角色。
總結
零知識證明技術對於區塊鏈領域的影響潛力巨大。透過提供更安全、私密和具可擴展性的區塊鏈應用，零知識證明技術代表了下一代區塊鏈創新的重要基石。隨著這些技術的持續演進和成熟，密切關注該領域的發展對於任何涉及區塊鏈及隱私技術的人士來說都至關重要。追蹤利用零知識證明技術的項目，有助於洞察數字隱私和區塊鏈效率的未來。
延伸閱讀
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