零知識的本質(zhì)中本聰（Satoshi）精心構(gòu)建了一種巧妙的解決方案，來解決古老的拜占庭將軍問題，這個問題本質(zhì)上是關(guān)于分散式的實(shí)體如何達(dá)成共識或真相的。這一突破是什么呢？它就是工作證明（PoW）共識算法。全球的礦工 ...
零知識的本質(zhì)中本聰（Satoshi）精心構(gòu)建了一種巧妙的解決方案，來解決古老的拜占庭將軍問題，這個問題本質(zhì)上是關(guān)于分散式的實(shí)體如何達(dá)成共識或真相的。這一突破是什么呢？它就是工作證明（PoW）共識算法。全球的礦工們現(xiàn)在可以調(diào)整他們的經(jīng)濟(jì)利益，從而誕生了一個全球性的共識系統(tǒng)。比特幣還使用戶能夠控制他們的私鑰并獨(dú)立驗(yàn)證交易，引領(lǐng)了一個真正去中心化的托管生態(tài)系統(tǒng)。 以太坊則通過權(quán)益證明（PoS）共識機(jī)制為這一領(lǐng)域帶來了一個新的變革，該機(jī)制依賴于驗(yàn)證者的激勵和處罰來維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的安全和和諧。
認(rèn)識到這些挑戰(zhàn)，區(qū)塊鏈社區(qū)將注意力轉(zhuǎn)向提升可擴(kuò)展性和隱私性。這導(dǎo)致了zk-密碼學(xué)的探索，特別是像zk-SNARK（零知識簡潔非交互知識證明）和zk-STARK（零知識可擴(kuò)展透明知識證明）這樣的技術(shù)。雖然這些技術(shù)在細(xì)節(jié)上有所不同，但讓我們將其留待以后，看一個簡化的解釋。
從本質(zhì)上講，零知識證明允許某人（證明者）向一個不信任的方（驗(yàn)證者）證明他們擁有特定的知識，而不泄露有關(guān)這一知識的任何細(xì)節(jié)。
零知識證明具有兩個基本特性： 1. 簡潔的數(shù)據(jù)和省時：驗(yàn)證證明的效率高于直接檢查原始數(shù)據(jù)。 2. 隱私：沒有把正在被驗(yàn)證的數(shù)據(jù)、內(nèi)容，透露給驗(yàn)證者。 盡管這項(xiàng)技術(shù)誕生于1990年代，但最初的應(yīng)用主要局限于隱私解決方案。IBM于2010年利用ZK創(chuàng)建了其身份混合器Bluemix，而微軟的選舉保護(hù)工具則利用ZKP（零知識證明）來實(shí)現(xiàn)可驗(yàn)證的私人選舉。 ZKP的能力可以緊湊地驗(yàn)證鏈下計算，已經(jīng)激發(fā)了針對像以太坊這樣的平臺擴(kuò)展的研究。去年，超過7.25億美元的資金流入了用于區(qū)塊鏈的ZK技術(shù)，突顯了其日益重要的地位。 雖然ZKP的數(shù)學(xué)復(fù)雜，但開發(fā)人員可以像使用公鑰密碼一樣將ZK密碼學(xué)整合到應(yīng)用程序中。持續(xù)的研究側(cè)重于開發(fā)最先進(jìn)的證明者和驗(yàn)證者，強(qiáng)調(diào)高效生成證明和快速驗(yàn)證它們。 區(qū)塊鏈依賴于關(guān)鍵的鏈下數(shù)據(jù)，如資產(chǎn)價格或來自其他區(qū)塊鏈的信息。傳統(tǒng)上，鏈外數(shù)據(jù)源（或acles）如Chainlink扮演了可信賴的數(shù)據(jù)傳輸角色，利用一組在經(jīng)濟(jì)上受激勵的驗(yàn)證者來確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。 ZKP為加密經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域增加了新的信任維度。使用ZKP，這些應(yīng)用程序可以無可辯駁地證明鏈下數(shù)據(jù)和計算的合法性，充當(dāng)了區(qū)塊鏈之外的警惕 “ 監(jiān)督者 ” 。
ZK格局：擴(kuò)展通用Rollups 隨著以太坊的快速增長，ERC20代幣和ERC721 NFT的交易成本經(jīng)常飆升至5到15美元的范圍，這促使我們需要重新考慮在不影響去中心化的前提下如何實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性。 進(jìn)入Rollups時代：以太坊戰(zhàn)略性地轉(zhuǎn)向了一個模塊化、以Rollup為中心的框架，包括三個不同的層次：1）數(shù)據(jù)可用性（DA）層、2）執(zhí)行層、3）結(jié)算層。 目前有兩種類型的Rollup正在研發(fā)中：Optimistic Rollup（樂觀匯總）和ZK Rollup（零知識證明匯總），它們提供了Layer 2的擴(kuò)展解決方案，可以在以太坊鏈外執(zhí)行交易并在以太坊鏈上結(jié)算，繼承了其安全性。 這兩種類型都依賴于序列化程序來接收用戶交易，將它們匯總成批次（每批交易可以包含100筆交易），并生成證明以承諾到以太坊主網(wǎng)。樂觀匯總（Optimistic Rollup）依賴于監(jiān)視程序來在爭議解決窗口內(nèi)發(fā)現(xiàn)欺詐交易，而ZK Rollup使用有效性證明來確保交易的有效性，無需在鏈上進(jìn)行驗(yàn)證。
執(zhí)行層：執(zhí)行和狀態(tài)存儲發(fā)生在與Rollup特定的虛擬機(jī)（VM）中。每個ZK Rollup都有一個排序器，用于編排交易，以及證明者，用于制作驗(yàn)證中間計算的證明。這些“有效性證明”和使用最少的數(shù)據(jù)，然后被提交到以太坊主網(wǎng)上驗(yàn)證智能合約。 大多數(shù)ZK Rollup兼容以太坊虛擬機(jī)（EVM），以支持以太坊的智能合同。這種靈活性允許開發(fā)人員將基于以太坊的應(yīng)用程序順利遷移到第2層（L2）平臺。然而，仍然存在挑戰(zhàn)，包括證明效率、區(qū)塊鏈性能和操作碼兼容性。 存儲層面：就存儲而言，大多數(shù)Rollups，包括Polygon的zkEVM、Scroll、zkSync Era和Linea等，更傾向于將數(shù)據(jù)以壓縮格式推送到以太坊calldata中。這種方法保證了活躍性，使用戶能夠從以太坊重新創(chuàng)建狀態(tài)并在需要時繞過Rollup。 Block unicorn注釋："calldata" 是以太坊智能合同中的一種數(shù)據(jù)區(qū)域。它是一個特殊的用于存儲輸入數(shù)據(jù)的區(qū)域，包括在調(diào)用合同函數(shù)時傳遞的參數(shù)。這些數(shù)據(jù)通常是只讀的，意味著它們不能被修改，而只能用于讀取。在以太坊上，開發(fā)者通常使用 "calldata" 區(qū)域來處理合同函數(shù)的輸入?yún)?shù)，而 "storage" 區(qū)域用于存儲合同狀態(tài)。 然而，一些zk-Rollups，如Starknet的Validium、Matter Lab的zkPorter和Polygon的Miden，將它們的數(shù)據(jù)存儲在由數(shù)據(jù)可用性委員會（DAC）保護(hù)的不同DA層上。EigenDA和Avail等解決方案體現(xiàn)了這種方法，旨在提高吞吐量，同時仍然享受以太坊區(qū)塊鏈的安全保障。
EigenDA計劃將吞吐量擴(kuò)展到每秒10兆比特（Mbps） 結(jié)算層：ZK Rollups將新的Rollup狀態(tài)以及“有效性證明”提交到以太坊上的驗(yàn)證智能合同。這些驗(yàn)證器檢查有效性證明，以確保離線虛擬機(jī)中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的正確性，并記錄新的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 驗(yàn)證過程可能需要大量資源，單個證明的Gas成本在30萬到500萬之間。驗(yàn)證時間也可能較長，大約10秒。Rollups(匯總)通常會定期將證明發(fā)布到第1層以通過批次處理交易來降低每筆交易的成本。 ZK證明無法用于Rollup內(nèi)部的共識或交易排序。通常，根據(jù)它們的個人規(guī)則集，序列生成器會做出共識決策，其中許多遵循首次見到的原則。正在努力去中心化序列生成器，其中一些正在實(shí)施，像Espresso這樣的共享排序生成器。 基于MEV的Rollup正如我們之前討論的，與L2 EVM（二層虛擬機(jī)）一起工作時存在一些挑戰(zhàn)，這可能會限制計算效率。以太坊的本機(jī)函數(shù)，如哈希函數(shù)，通常與ZK技術(shù)不兼容，因?yàn)樗鼈兙哂匈Y源密集型的特性。ZKSync移除了對其中一些操作碼的支持，因?yàn)樗麄円庾R到其中大多數(shù)成本都來自這些昂貴的操作。 與專注于以太坊指令集的EVM不同，基于zkVM的Rollup（匯總）提供了運(yùn)行廣泛的與不同計算機(jī)架構(gòu)兼容的軟件的靈活性。這些虛擬機(jī)具有更廣泛的能力，可以運(yùn)行不同的計算機(jī)指令，比如RISC-V和WebAssembly，并生成用于計算的ZKP。 Starknet是zkVM-based rollup領(lǐng)域的先驅(qū)。它開發(fā)了Cairo，一種專門的低級編程語言，更接近匯編語言。Polygon的Miden使用自己的匯編語言，更接近Move，而Delphinus和Fluent則致力于基于WASM語言的rollups。Fluent和ZKM允許開發(fā)人員使用通用編程語言，如Rust、TypeScript、C/C++、Go等構(gòu)建應(yīng)用程序。 zkVM-based rollups通過促進(jìn)構(gòu)建應(yīng)用程序，重新定義了Ethereum的能力，這些應(yīng)用程序在傳統(tǒng)賬戶系統(tǒng)（以太坊賬戶系統(tǒng)）中很難開發(fā)。使用zkVM-based rollup的解決方案，可以更加輕易的開發(fā)應(yīng)用程序。 例如，Miden采用了一種基于客戶端的證明模型，其中每個賬戶充當(dāng)智能合同，用戶負(fù)責(zé)在其客戶端設(shè)備上創(chuàng)建ZKP。然后，這些ZKP被提交到Miden rollup以更新全局狀態(tài)。這種方法允許事務(wù)的并行執(zhí)行并增強(qiáng)隱私，因?yàn)橹T如代幣轉(zhuǎn)賬和NFT交換等操作可以在不影響公共狀態(tài)的情況下進(jìn)行。 Rollup框架多個團(tuán)隊(duì)已經(jīng)著手簡化零知識（ZK）Rollup的開發(fā)，為更多的開發(fā)者敞開了大門。這些創(chuàng)新的框架為開發(fā)者提供了一套全面的組件，包括排序器、驗(yàn)證者、數(shù)據(jù)可用性（DA）層、共識層。 利用這些框架的開發(fā)者能夠獲得一個重要的優(yōu)勢，繼承以太坊的強(qiáng)大安全性，同時保留了自主選擇的自由。他們可以選擇部署本機(jī)代幣或利用以太幣（ETH），并具有靈活性，可以與外部驗(yàn)證者互動或?qū)嵤┳远x驗(yàn)證者規(guī)則。 Sovereign Labs和Polygon正在積極開發(fā)軟件開發(fā)工具包（SDK），使任何人都能創(chuàng)建具有預(yù)定義規(guī)則集和強(qiáng)大流動性互操作性的ZK第2層（L2）Rollup。 Lumoz采用全面的方法，通過專用的工作證明（PoW）共識、專用的證明網(wǎng)絡(luò)和與其他Rollup的通信渠道，為開發(fā)團(tuán)隊(duì)賦予對其Rollup的完全主權(quán)。 LayerN采用混合的zk-OP（OP Rollup-ZK Rollup）架構(gòu)，承諾交易費(fèi)用比以太坊便宜一千倍。 Eclipse最近發(fā)布了一個通用的L2，作為一個示范，結(jié)合了不同的模塊化元素——Solana的執(zhí)行機(jī)器將DA發(fā)布到Celestia，并使用Risc0生成ZK證明以在以太坊上結(jié)算。這些實(shí)驗(yàn)推動了模塊化論點(diǎn)的發(fā)展，旨在將Solana的高性能以太坊虛擬機(jī)（EVM）與以太坊的安全性相結(jié)合。
匯總即服務(wù)Rollups-as-a-Service (RaaS)簡化了Rollup框架和軟件開發(fā)工具包（SDK）的情況，提供了一個抽象層，便于輕松部署、維護(hù)和創(chuàng)建定制的、適用于生產(chǎn)的應(yīng)用特定的Rollup。 RaaS將開發(fā)人員從基礎(chǔ)設(shè)施管理和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)性能的復(fù)雜性中解放出來，使他們能夠?qū)Ｗ⒂跇?gòu)建應(yīng)用程序?qū)?。曾?jīng)需要大量工程時間的任務(wù)現(xiàn)在變成了一個簡單的10分鐘、無代碼部署過程。 可以將它們視為Rollup的AWS（亞馬遜云服務(wù)），簡化了Rollup的部署和開發(fā)過程。 借助Vistara和Gateway等平臺，用戶可以自由組合各種模塊化組件，僅需幾秒鐘即可創(chuàng)建符合其需求的個性化Rollup（Vistara和Gateway可以被作為創(chuàng)建Rollup公鏈的機(jī)會）。 這種模塊化方法使開發(fā)人員能夠精確地打造與其獨(dú)特目標(biāo)完全一致的ZK Rollup。從執(zhí)行虛擬機(jī)（VM）和數(shù)據(jù)可用性（DA）層到排序器、橋接器和證明器，開發(fā)人員可以靈活選擇適合其需求的組件。
專用Rollup盡管通用Rollup技術(shù)有了很大發(fā)展，但由于競爭L2區(qū)塊空間和不斷上升的L1批量發(fā)布成本，擴(kuò)展存在限制。特定的dApp需要定制功能，比如DeFi需要快速最終性，游戲需要低延遲，企業(yè)區(qū)塊鏈需要隱私，這需要應(yīng)用特定的Rollup技術(shù)。 在這方面，Starknet的生態(tài)系統(tǒng)走在前列，已處理了超過4.18億筆交易，應(yīng)用如dYdX、Sorare和Immutable利用了基于Starkware的Starkex技術(shù)構(gòu)建的特定應(yīng)用Rollup。Starknet的操作員聚合交易，將它們分批處理，并向以太坊主鏈提供ZK證明，以確保安全性和降低成本。 Loopring，一種ZK Rollup技術(shù)，專注于DeFi用例，提供了類似Block Trade的功能，可以實(shí)現(xiàn)CEX級別的流動性即時執(zhí)行。Myria，另一種ZK Rollup技術(shù)，專注于游戲應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)低交易成本。最近，Canto宣布正在遷移到一個專注于使用Polygon的鏈開發(fā)工具包的L2，用于處理現(xiàn)實(shí)世界資產(chǎn)。
隱私隨著Web3技術(shù)迅速擴(kuò)展，吸引了數(shù)百萬用戶，隱私問題仍然存在，特別是對于機(jī)構(gòu)、銀行和企業(yè)，它們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)自己受法律要求的約束，必須保護(hù)其金融交易。 ZK證明增加了一種保護(hù)機(jī)制，這是最早由zCash推廣的初始用例。Zcash使用zk-SNARK來證明交易有效，而不揭示有關(guān)發(fā)送方、接收方或交易金額的任何信息。錢包余額不以明文形式存儲，而是存儲為“承諾注釋”。 這種加密技術(shù)允許用戶隱藏其交易的詳細(xì)信息，同時仍然證明他們擁有足夠的資金并遵循協(xié)議的規(guī)則： 價值隱私：它確認(rèn)了進(jìn)入交易（輸入）的總硬幣數(shù)量等于離開交易（輸出）的總硬幣數(shù)量，而不揭示實(shí)際數(shù)量。 支出權(quán)限：它通過一種密碼學(xué)方法證明了發(fā)送方有權(quán)使用他們擁有的特定輸入，這樣就確認(rèn)他們有權(quán)限花費(fèi)這些代幣，這有助于防止未經(jīng)授權(quán)的人消費(fèi)這些代幣。 防止雙重支付：它證明了代幣以前沒有被花費(fèi)，從而防止雙重支付。 隱私導(dǎo)向的L1協(xié)議 許多協(xié)議，如Aleo、Aleph Zero、Ironfish和Mina，正在進(jìn)一步拓展界限，專注于重視隱私的第一層解決方案。與以太坊的基于賬戶的框架不同，這些協(xié)議采用了比特幣的未花費(fèi)交易輸出（UTXO）模型的修改版本。 共識模型：這些以隱私為中心的協(xié)議都采用不同的共識模型。例如，Aleo采用可持續(xù)的工作證明（SPoW）機(jī)制，其中“工作”涉及生成zk證明，而不是資源密集型的挖礦。Ironfish采用類似比特幣的工作證明（PoW）模型，僅通過挖礦生成代幣，沒有首次代幣發(fā)售（ICO）。最初設(shè)計為第一層（L1）解決方案的Aztec已過渡到第二層（L2）框架，定居在以太坊網(wǎng)絡(luò)上。 重新定義網(wǎng)絡(luò)層：除了共識，這些協(xié)議重新構(gòu)想了網(wǎng)絡(luò)層，倡導(dǎo)點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)交換以最大程度保護(hù)隱私。例如，Ironfish使用WebRTC和WebSockets的組合與節(jié)點(diǎn)建立連接。用戶可以建立直接連接，進(jìn)行交易，創(chuàng)建用于驗(yàn)證規(guī)則遵守的zk證明，然后在區(qū)塊鏈上結(jié)算交易，同時保護(hù)他們的隱私。 專注隱私的L2解決方案 與此同時，諸如Aztec和Ola等項(xiàng)目致力于通過啟用具有私人賬戶和加密交易的ZK Rollups來增強(qiáng)以太坊網(wǎng)絡(luò)的隱私保護(hù)。這兩個項(xiàng)目都在開發(fā)自己的zkVM，非常注重管理私人賬戶，而不僅僅關(guān)注以太坊的兼容性。 ZK應(yīng)用程序應(yīng)用程序利用ZKP的隱私能力，將信任引入到鏈下數(shù)據(jù)和計算中。我們可以將大多數(shù)用例總結(jié)為以下幾類： a. 保密的秘密分享：ZK技術(shù)賦予用戶通過無需信任的結(jié)算層機(jī)密地分享秘密的能力。知名的應(yīng)用程序，如zkMail和zkVoting協(xié)議，促進(jìn)端到端的加密數(shù)據(jù)共享，確保強(qiáng)大的隱私。 b. 鏈上保密身份：ZK應(yīng)用程序使用戶能夠以可組合的方式創(chuàng)建鏈上的保密身份，超越了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)混淆方法（如混合）的限制。 c. 鏈下安全保證：利用ZK技術(shù)提供了強(qiáng)大的鏈下安全保證，確保了大量鏈下數(shù)據(jù)和計算的完整性和預(yù)期狀態(tài)。 d. 互操作性信任：由ZK技術(shù)支持的預(yù)言機(jī)和橋梁在將鏈下數(shù)據(jù)橋接到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)時起著關(guān)鍵作用，維護(hù)了加密完整性。
隱私中間件與創(chuàng)建具有本機(jī)隱私功能的全新區(qū)塊鏈不同，隱私中間件協(xié)議將隱私機(jī)制引入現(xiàn)有的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中。這些平臺引入了一個隱私層，充當(dāng)用戶地址和匿名或“隱身”地址之間的中介，提供了一種實(shí)際的隱私增強(qiáng)方法。 Tornado Cash受到Zcash隱私模型的啟發(fā)，部署了一個基于以太坊的智能合同，用于管理存儲在隱身地址中的用戶余額。使用零知識證明，該協(xié)議驗(yàn)證每筆交易的完整性，確保用戶不能在混合資金后提取超出其帳戶余額的資金。然而，Tornado Cash面臨了法規(guī)挑戰(zhàn)，因?yàn)閻阂庑袨檎邽E用其隱私功能進(jìn)行非法活動。 為了遵守法規(guī)，行業(yè)領(lǐng)袖如Vitalik Buterin和Ameen Soleimani正在推動下一代隱私池模型，平衡了強(qiáng)大的隱私和法規(guī)遵從性。這些模型探索了各種方法：
像Panther和Railgun這樣的平臺提供了被保護(hù)的代幣，這些代幣是通過將資金存入這些平臺來獲得的，以獲得可以在以太坊、BSC、Polygon、Solana等區(qū)塊鏈上使用的被保護(hù)資產(chǎn)。 Nocturne利用多方計算（MPC）和賬戶聚合器（AA）來創(chuàng)建一個隱形地址層。與鑄造zk資產(chǎn)不同，這些地址是用于與協(xié)議進(jìn)行交互的。用戶將資金存入存款管理器，該管理器混合所有用戶資金并為每個應(yīng)用程序交互提供隱形地址。DApp永遠(yuǎn)無法訪問這些地址的來源，從而增強(qiáng)了隱私。
Nocturne的存款篩選器在批準(zhǔn)交易之前檢查合規(guī)性 DEX為了滿足機(jī)構(gòu)領(lǐng)域?qū)Π踩碗[私資產(chǎn)交易日益增長的需求，開發(fā)團(tuán)隊(duì)正在積極探索基于零知識技術(shù)的去中心化交易所（DEX）。與自動做市商（AMM）不同，基于零知識技術(shù)的DEX采用訂單簿，提供了一系列優(yōu)勢，包括增強(qiáng)的流動性、免費(fèi)的交易、無限的交易對、多樣的訂單類型和用戶友好的界面。 讓我們以Brine為例，Brine采用了一種混合模型，有效地將其運(yùn)營分為鏈下和鏈上兩個部分：
Brine的去中心化交易所（DEX）平臺使用StarkEx服務(wù)來批量處理證明 由于Brine的訂單存儲在鏈下，該平臺可以容納各種訂單類型，包括限價單和止損單。做市商可以提供流動性，獲得類似于中心化交易所（CEX）上看到的費(fèi)用。 Brine的撮合引擎擁有出色的可擴(kuò)展性，能夠處理高達(dá)60萬筆每秒的交易。這超越了通常與AMMs相關(guān)的限制。重要的是，由于只有加密證明被發(fā)布到鏈上，交易者在其頭寸方面可以享受100%的隱私。
免責(zé)聲明：本文不構(gòu)成投資建議，用戶應(yīng)考慮本文中的任何意見、觀點(diǎn)或結(jié)論是否符合其特定狀況，及遵守所在國家和地區(qū)的相關(guān)法律法規(guī)。
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