區塊鏈中的零知識證明 (ZKP)：初學者指南

在區塊鏈和 Web3 中，零知識證明是一個突破性的概念，平衡了隱私與透明度之間的需求。想像一下，你能證明自己知道某事但不透露細節——例如展示身份證件進入俱樂部，但不透露地址。這就是 ZKP 的奇妙之處，它提供了強大的區塊鏈安全性，同時保護敏感信息。

 

零知識證明起源於 加密算法，允許一方向另一方證明其知道某個值（例如密碼），而不透露關於該值的任何信息。這類似於證明一個上鎖的保險箱中包含某個特定物品，但不需要打開保險箱。

 

簡單來說，零知識證明 (ZKP) 是一種加密協議，允許證明者（你）向驗證者（另一方）證明某個陳述的真實性（你符合合法年齡），而不洩露任何額外信息（你的出生日期）。它就像用密碼解鎖一個秘密保險庫，而不會讓人解讀密碼。

 

ZKP 如何運作？ 

 

ZKP 的神奇之處在於它能夠在不共享數據的情況下驗證數據。它使用數學算法，使證明者能夠在不揭示事實本身的情況下說服驗證者。例如，在加密貨幣交易中，ZKP 可以在不暴露交易金額或當事方的情況下驗證交易的合法性。這是通過複雜的加密技術，例如「證人」和「挑戰-回應」 協議實現的。

 

讓我們通過一個想像中的迷宮例子來理解 ZKP 的概念。證明者走過迷宮，留下數字痕跡，證明他們到達了出口，而不揭示實際所走的路徑。驗證者檢查痕跡，並相信證明者完成了迷宮，但路徑仍然不為人知。

 

ZKP 的優勢

• 提升隱私： ZKP 允許你證明自己擁有某些信息或完成了特定任務，而不揭示任何基礎細節。這可以保護敏感數據，例如交易金額、發送者/接收者身份和去中心化自治組織（DAO）的投票選擇。

• 增強安全性： ZKP 可用於驗證複雜計算的有效性，而無需信任來源。這增強了區塊鏈的安全性，消除了中間人的需求，並降低了潛在的攻擊向量。

• 改善效率： ZKP 可以通過比傳統方法更高效地驗證複雜計算，從而簡化某些流程。這可以為供應鏈管理和欺詐檢測等領域帶來好處。

ZK Rollups 代表著在 區塊鏈可擴展性 和隱私方面的革命性突破，也是零知識加密在 區塊鏈技術 中最具吸引力的應用之一。ZK Rollups 是一種強大的鏈下交易處理技術。 

 

它並非將每一筆交易都塞入主區塊鏈，而是將數百甚至數千筆交易打包成一個「滾動包」。但更為巧妙的是：ZK Rollups 不僅僅發送這個交易總結，還透過一種叫零知識證明 (Zero-Knowledge Proofs, ZKP) 的加密方法來證明其中所有交易均有效，且不透露任何敏感細節。就像進入俱樂部時出示身份證，但無需透露地址一樣。

 

例如，ZK Rollups 可以通過將多筆交易聚合成一個鏈下批次處理，顯著提升以太坊的交易吞吐量，減輕主網的負擔。處理完成後，零知識證明會提交至以太坊主網，用以驗證所有交易的有效性，同時不透露交易細節。這種鏈下處理與證明提交能減少網絡負載、提升交易吞吐量並改善效率，甚至使以太坊有潛力處理每秒數百萬筆交易。

 

ZK Rollups 借助 ZKP 不僅實現更快的交易速度，還加強了個人用戶和應用的隱私性，為 去中心化金融 (DeFi)、 NFT 以及其他 Web3 創新提供了需要速度和保密性的全新可能性。 

 

ZK Rollups 的優勢是什麼？

零知識滾動 (ZK Rollups) 正在改變區塊鏈格局，提供一系列改善措施以解決區塊鏈技術普及面臨的一些最迫切挑戰。這些滾動包不僅僅是理論概念，而是一種提升交易速度、可擴展性、隱私性及成本效益的實際解決方案，同時保留了去中心化的基本原則。以下是 ZK Rollups 為區塊鏈世界帶來的多方面優勢，這些優勢為效率和用戶體驗樹立了全新標準。

 

• 極速交易： 透過將交易移至 鏈下，ZK Rollups大幅降低 網絡費用 及等待時間，令 加密貨幣交易 更流暢且更具成本效益。

• 提升擴展性：想像一個每秒可處理數百萬筆交易的區塊鏈。ZK Rollups為大規模採用鋪平道路，同時釋放區塊鏈技術的全部潛力。

• 增強隱私保護：ZKPs保密交易細節，保障用戶匿名性，提升金融系統的信任度。

• 維護去中心化：ZK Rollups透過僅向主鏈提交驗證來保持區塊鏈的去中心化特性，確保透明度及信任，同時提升效率。

• 降低費用：隨著交易處理移至鏈下，手續費自然降低，令加密交易及其他區塊鏈互動變得更具成本效益。

想像在去中心化金融（DeFi）借貸中無需揭露您的財務歷史，或在 去中心化自治組織（DAOs） 中投票而不損害您的匿名性。ZKPs促成了一個真正私密的金融交易及治理未來，既保護敏感信息又發揮區塊鏈技術的透明性。

 

零知識加密技術可為多個領域帶來可能性。以下是其應用範疇的一瞥：

 

零知識技術在區塊鏈中的應用場景

零知識（ZK）技術在區塊鏈最受歡迎的應用之一是用於Layer-2網絡。ZK驗證使Layer-2解決方案能將交易批量合併為單一驗證，提升擴展性及隱私，通過在驗證交易時不暴露細節來實現。兩種形式包括效率高的zk-SNARKs及抵禦量子計算威脅的zk-STARKs。它們可增加交易吞吐量及隱私性，並在去中心化金融及企業應用中發揮作用。

 

以下是ZK加密在區塊鏈產業的其他應用場景：

 

• 可擴展的區塊鏈： ZK-Rollups 透過使用隱私保護證明的交易捆綁，解決了第一層區塊鏈的限制，利用 ZKE 提供更快、更便宜的交易，從而提升區塊鏈的可擴展性。

• 數據完整性驗證：在不下載整個文件的情況下證明數據未被篡改，簡化流程並節省資源。例如，ZKP 可證明用戶擁有有效憑證（如駕駛執照或護照），而不泄露文件本身，增強線上驗證過程中的隱私性。

• 去中心化預言機：零知識證明（ZKP）增強區塊鏈生態系統中的去中心化預言機（例如 Chainlink）的隱私性、安全性、信任、可擴展性及合規性。ZKP 可讓預言機在驗證數據準確性的同時維持數據機密性和用戶隱私，並通過驗證數據真實性防止欺詐。

• 安全多方計算（MPC）： 合作進行計算，而不透露個別輸入數據，為隱私保護的 AI 和機器學習應用開啟新大門。

• 數碼權限管理（DRM）： 在不需使用侵入性拷貝保護措施的情況下控制版權內容的使用。

• 安全訊息傳遞： 使用防篡改、端到端加密技術傳送機密消息，同時保持消息的完整性。

• 線上遊戲公平性： ZKP 可用於線上 遊戲，在不揭露底層算法或遊戲邏輯的情況下證明遊戲結果的公平性。

• NFT 所有權驗證： 它們可以在不披露所有者身份的情況下驗證 NFT（非同質化代幣）的所有權和原創性。

ZKP 的主流應用

零知識證明（ZKP）的其他現實應用包括： 

 

• 金融交易： 例如在不透露銀行余額的情況下購買雜貨。ZKE 可實現匿名支付，在保護交易細節的同時遵守法律規定。例如，在加密貨幣如 Zcash 中，ZKP 可驗證交易，而不披露發送方、接收方或交易金額，增強隱私性。

• 醫療記錄： 僅分享診斷所需的醫療信息，並絕對保證不會有其他洩露——ZKE 可讓病患控制其敏感數據。在醫療方面，ZKP 可在保護病患隱私及遵守如 HIPAA 等法規的情況下，促進病患數據用於研究或治療。

• 投票系統： ZKP 可用於電子投票系統，以在不揭露選擇的情況下驗證投票是否正確，確保投票過程的隱私性和完整性。

• 供應鏈管理中的商品驗證： 企業可使用 ZKP 在不披露敏感商業信息或商業秘密的情況下證明供應鏈中產品的真實性及來源。

• 金融應用中的信用評分： ZKP 可讓個人證明他們符合特定的信用標準，而不透露其具體的財務狀況。

• 安全訪問公共記錄： 政府可使用 ZKP 允許安全及私密地訪問公共記錄，確保敏感信息不被不必要地洩露。

• 無密碼身份驗證： 擺脫容易被攻擊的密碼。ZKE 可讓您在不透露密碼的情況下證明您知道密碼，降低被駭風險。

• 雲存儲： 在不向雲服務提供商授予對原始數據的完全訪問權的情況下安全存儲數據。ZKE 確保只有在獲得適當授權時才能解密。

• 生物識別驗證： 通過指紋或面部識別證明身份，而不存儲原始生物識別數據，降低隱私問題。

• 軟件更新： 在不分享私密的源代碼的情況下驗證軟件更新的合法性及防篡改性，提高安全性及信任度。

請記住，ZKE 仍在持續發展，但它的應用前景無可限量。隨著研究和開發的進步，我們可以期待 ZKE 在各個行業中徹底改變數據隱私、安全性及效率，並重新定義我們與技術互動的方式。

 

許多令人振奮的加密項目，尤其是在 以太坊 生態系統中，正在率先使用 ZKP 技術：

• Loopring： Loopring採用零知識證明技術將多筆交易聚合為單一交易，顯著降低網絡費用並提升以太坊網絡的交易吞吐量。Loopring主要專注於去中心化交易所（DEX），提供高速且低成本的加密貨幣交易。作為ZK Rollups的領導者，Loopring在以太坊上實現快速、低費用的加密交易。

• Zcash： Zcash在隱私領域引領潮流，利用zk-SNARK技術完全隱藏交易金額以及交易雙方的身份，確保交易的高度隱私性。作為一種加密貨幣，Zcash為注重財務機密性的用戶提供了高水平的隱私保障。

• Filecoin： 這個 去中心化存儲網絡 利用零知識證明來驗證數據存儲和完整性，而無需揭示實際數據。此技術對於維護去中心化文件存儲生態系統中的隱私和安全至關重要。

• StarkWare： StarkWare提供了使用ZK-STARK技術構建定制化擴展解決方案的平台，支持更快更低成本的交易。通過幫助開發者創建更高效的去中心化應用（DApp），StarkWare擴展了以太坊生態系統的範疇和可擴展性。

• Immutable X： 專注於NFT交易，Immutable X利用零知識證明提供近乎即時且免收網絡費用的NFT交易。由於其效率和成本效益，Immutable X對遊戲開發者和遊戲愛好者極具吸引力。

• Secret Network： Secret Network專注於為智能合約提供隱私支持，確保合約內的數據和計算保持機密性。此技術對於私人去中心化金融（DeFi）應用及其他隱私導向的區塊鏈應用尤為重要。

• Mina Protocol （前稱Coda）： Mina Protocol使用zk-SNARK技術保持極其緊湊的區塊鏈大小，確保甚至智能手機也可完全參與網絡。這使得區塊鏈更加易用且友好，促進更廣泛的採用。

• Aztec Protocol： Aztec Protocol專注於去中心化金融（DeFi）領域的私密交易，包括保密的借貸和借款。它正在為未來的區塊鏈金融交易提供安全且隱私的解決方案鋪平道路。

• ZKsync： ZKsync 在以太坊上提供快速且安全的交易，利用ZK Rollups的效率。Zksync與現有以太坊生態系統的兼容性是一大優勢，讓開發者和用戶更容易採用。

了解更多有關 ZKsync及其運作方式的資訊。

• Hermez Network： 通過實施ZK Rollups，Hermez Network顯著提高以太坊網絡的交易速度並降低成本。這對於高交易量、低價值的交易特別有利。

• Tornado Cash： Tornado Cash利用zk-SNARK技術匿名化以太坊交易，切斷源地址與目標地址之間的鏈上聯繫。此服務對於尋求交易隱私的用戶至關重要，讓他們在以太坊上保持匿名進行交易。

雖然零知識加密對區塊鏈技術具有巨大潛力，但需要重視其實施過程中的潛在風險與挑戰，包括：

 

1. 計算複雜度：生成和驗證零知識證明可能需要大量計算資源，這可能限制其在資源有限的設備上的廣泛採用。

2. 技術成熟度不足：零知識加密技術仍在不斷發展，與現有區塊鏈平台無縫整合面臨兼容性、效率及安全挑戰。

3. 設置信任有限：零知識簡潔非互動式知識論證（ZK-SNARKs），作為一種常見的零知識證明方法，依賴於一次性的“可信設置”儀式來生成加密參數。該階段的安全漏洞可能會危及整個系統。

4. 量子計算威脅：量子計算的興起可能會破解現有的ZK-SNARK方案。開展量子抗性零知識加密的研究至關重要。

5. 中心化風險：儘管零知識Rollups提升了可擴展性，但它們將交易驗證權集中於序列驗證者手中，可能引發中心化問題。

6. 被濫用的可能性：零知識加密的隱私特性可能被用於非法活動，例如洗錢或逃稅。需要設立監管框架及倫理考量以減少這些風險。

7. 社交工程攻擊：使用零知識應用的用戶仍可能因社交工程攻擊而受害，例如受騙於詐騙或釣魚攻擊。提高安全意識和教育至關重要。

零知識證明與回滾技術不僅僅是加密技術的奇特之處，它們更是下一階段區塊鏈演進的核心部分。這些技術提供了隱私、安全性及效率的獨特結合，使其在推動區塊鏈解決方案普及方面不可或缺。

 

零知識（ZK）技術承諾未來將提供更高的隱私、安全性及可擴展性。

 

ZK技術保證隱私，通過匿名化交易及保護個人數據來實現。其還能通過在不暴露細節的情況下驗證複雜計算來提升安全性。除此之外，ZK技術還可能革新去中心化身份、保障多方安全計算，甚至創建對量子計算安全的區塊鏈。

 

然而，為了實現更廣泛的採用，需解決如計算複雜性、技術不成熟及公眾理解等挑戰。儘管如此，零知識技術的未來仍然充滿希望，隨著持續的開發與應用，它不僅是一項技術進步，也是一種重新掌控、釋放潛力及塑造隱私、安全與可擴展性共存的數碼未來的途徑。

 

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