Pantera合伙人：当前ZK解决方案和用例一览

文/ Paul Veradittakit，Pantera Capital管理合伙人；译/区块链之家xiaozou

简介

区块链为安全的、去中心化的交易开辟了新的途径，为去中心化金融和数字身份服务等发展铺平了道路。然而，尽管取得了这些成就，一系列的限制条件持续阻碍着区块链和加密货币的更广泛采用。以下是区块链和加密货币面临的一些主要挑战：

• 吞吐量：随着区块链和加密货币的采用增长，网络变得越来越拥挤，导致交易时间变慢、费用成本增加。

• 安全性：为了降低费用和成本而做出安全性妥协，导致安全漏洞和黑客事件，将资金和技术声誉置于风险之中。

• 隐私性：任何人都可以看到公共区块链网络上的交易，暴露敏感的财务信息，为个人和企业带来隐私问题。

零知识（ZK）技术为解决这些问题应运而生，得到发展。这个想法**出现在20世纪80年代末，起源于计算机科学和密码学。两个人可以使用零知识独立地确认所述内容的真实性，而无需透露任何进一步的信息。简单来说，证明者可以向验证者证明一个声明是真实的，而不需要通过其他简单的证明来揭示潜在的细节。这项技术有望显著提高区块链和加密货币交易的隐私性、安全性和可扩展性。

零知识证明必须遵循三个基本属性：

• 完整性：如果一个声明可验证为真，一个遵循既定协议的诚实的验证者，将被一个诚实的证明者确认其真实性。

• 稳健性：如果被证明的声明是假的，那么一个说谎的证明者是不可能使一个诚实的验证者相信它的真实性的，即使可以，概率也小到可以忽略不计。

• 零知识性：如果声明被证明是真的，验证者将不会获得任何超出所证明声明以外的额外信息。

让我们通过一个简单的场景来深入研究这个问题。

假设你想买一处房产，需要申请抵押贷款。你必须把你需要提供给银行核实的敏感信息发送过去，但你又想保密。另外，你不希望银行在验证完成后保留任何数据访问权限。

银行将要求提供各种形式的文件来评估贷款申请，包括：

• 个人身份证明，如驾驶执照。

• 确保财务稳定的收入证明。

• 雇主的信息。

• 居住证明。

由于采用了零知识技术，贷款提供者可以在不看到这些信息的情况下验证所有这些信息。相关文件可以作为加密哈希值发送，然后贷款提供者可以使用零知识证明方案对其进行验证。在这种方法的帮助下，贷款提供者可以验证数据的准确性，而不会危及到申请人的机密和隐私。此外，该程序可以重复，允许信息被众多供应方验证，而不会危及其隐私。

ZK在加密领域的关键创新

对于加密货币来说，零知识是一项改变游戏规则的关键技术，它提供了显著的隐私和压缩优势。为了确保隐私，ZKP（零知识证明）使用数学技术，允许在不泄露实际数据的情况下对信息进行验证。此外，ZKP通过在紧凑的证明中存储大量信息来提供压缩的好处。这种验证所需数据量的减少提高了效率，这在存储和处理能力受限的区块链应用程序中尤其重要。此证明可用于在单个更新中验证批量交易或状态转化。在这些应用程序中实现ZKP有助于保护敏感信息的安全和隐私，同时还通过减少验证所需的数据量来提高效率。

ZK可释放行业潜能

ZK解决关键挑战的潜力对加密货币的增长和广泛采用至关重要。让我们来仔细了解一些问题及其对行业发展的影响。

互操作的安全性问题：在快节奏的DeFi世界中，互操作性对于无缝交易和有效交易至关重要。另一方面，当前的解决方案经常有严重的延迟，这可能导致延迟的、不可靠的交易。由于交易者必须能够快速有效地下单，延迟可能对用户体验产生重大影响。此外，目前的解决方案可能缺乏足够的安全保障，使其容易受到大型网络攻击和其他类型的漏洞攻击。为了解决这些问题，新的解决方案必须提供低延迟、高安全性和去中心化特性，允许交易者在DeFi生态中自信地操作。

扩展性问题：如果加密货币要充分发挥其潜力，可扩展性是一个必须解决的基本问题。目前，最快的区块链每秒只能处理几百笔交易。这与达到全球规模并吸引数亿人所需要的扩展性能相去甚远。可扩展性不仅由每秒交易数量定义，还由访问模式定义。如果人们想要像使用互联网一样使用加密货币，它需要更大的可扩展性。

隐私性问题：加密行业里的许多人都担心自己的隐私。目前，在去中心化金融（DeFi）中所做的一切都是明显可见的，这违反了基本的隐私规范。人们希望以安全、保密的方式进行交易，但DeFi现有的透明度使此愿望很有挑战性。难点在于要找到一种技术，既能保证隐私，又能保持DeFi正常工作所需的可听性。

当前的ZK解决方案

下面是一些如何应用ZK来解决各种问题的示例：

ZK桥：ZK桥正在改变我们对区块链之间资产转移的看法。这些桥接采用zk-SNARKs技术，允许在多个区块链网络之间有效传输数据或资产，而不需要中央委员会。在这些系统中使用一个证明程序来向区块链快速展示特定的状态转换已在另一个区块链上发生。该区块链保存了另一个区块链上**区块的摘要，并且可以通过创建和发送一个zk-SNARK来同步新区块，该zk-SNARK验证另一个区块链的tip已经从以前的状态推进到当前状态。ZK桥接也是迈向未来的一步，在未来，区块链更具互操作性，可以无缝地协同工作。

zk-EVM：零知识EVM （zkEVM）是一个执行以太坊智能合约的虚拟机，并使用零知识证明来确保其准确性。它是以太坊零知识rollup扩展解决方案的一个组成部分，该解决方案通过链下计算和存储来提高网络吞吐量。zkEVM生成证明以确保字节码（bytcode）访问、读写操作和计算被正确执行。它由三个部分组成：执行引擎、证明生成和证明验证。zkEVM具有重要意义，因为它可以通过零知识证明检查执行正确性并保护机密信息，为以太坊智能合约提供隐私和安全保障。这使得可以在De-Fi、医疗保健、供应链等领域创建安全、注重隐私的去中心化应用程序（dApp）。

身份验证：身份验证是许多在线服务和应用程序的关键组成部分，但较早的技术通常需要披露个人信息。通过使用ZK证明来确认一个人的身份而不提供任何信息，ZK技术提供了一种新的、更安全的身份验证方法。这为现有的程序提供了一个更具隐私性的替代方案，并为安全的在线交易提供了新的途径。基于ZK的身份验证系统尤其有利于关注隐私和安全的组织和消费者，并且有可能彻底改变在线银行、电子商务等行业。

ZK DEX：零知识去中心化交易所（ZK DEX）是一种新的、前景光明去中心化交易所，它使用零知识证明技术，使用户能够以完全隐私安全的方式交易加密货币和其他数字资产。与传统的去中心化交易所（任何人都可以访问和监控公共账本）不同，ZK DEX允许用户匿名交易，而不泄露有关自己或交易的敏感信息。这种隐私保护功能是通过ZK算法实现的，该算法使用户能够在不透露任何额外信息的情况下证明其交易的有效性，并有助于缓解诸如抢先交易等问题。除了隐私和安全方面的好处，ZK DEX还提供了提高可扩展性和吞吐量的潜力，因为其支持更有效的订单匹配和结算。因此，ZK DEX被视为中心化交易所的一种有前景的替代方案，提供了两全齐美的服务——既有去中心化交易的安全性和隐私性，又有中心化交易的效率和速度。

令人兴奋的基础设施/推动者

鉴于当前零知识技术的蓬勃发展，若干创意项目已经完成开发，以解决众多行业和领域的各种难题。这些项目包括新颖的第二层（L2）解决方案、私人钱包、基于ZK的跨链资产转移、注重隐私的交易等，它们利用零知识密码学来实现对敏感信息的安全和秘密验证。让我们来看几个例子：

Zcash：Zcash是一个去中心化的支付网络，专注于隐私，使用零知识证明（ZKP）在公共区块链上安全匿名地发送交易。这种加密机制使双方能够在不泄露底层数据的情况下验证信息，允许Zcash用户保护他们的财务隐私。网络提供了两种地址：透明的t-地址，可以在区块链上监视，屏蔽的z-地址，完全加密且不可追踪。用户可以通过使用z-地址来确保他们的交易是完全隐私的，这使得Zcash成为最安全、最机密的加密货币之一。随着时间的推移，该网络不断发展，推出了Halo ZKP等功能以及屏蔽优先的Zcash钱包，吸引了越来越多的机构支持。该网络对ZKP的创造性使用使其成为隐私币领域的领军者，并且在珍视金融隐私的用户中拥有忠实粉丝。

StarkWare：StarkWare是Pantera的投资组合公司，成立于2018年，宗旨是提高区块链的可扩展性和隐私性。其旗舰产品StarkNet和StarkEx旨在通过利用zk-STARK证明技术的力量来解决当前区块链系统的难题。StarkNet是一个基于以太坊的去中心化ZK-rollup，使用ZK-STARK证明方法来确认链下交易，减少以太坊网络的计算压力。另一方面，StarkEx是StarkNet的中心化版本，专门为DeFi交易应用程序创建。它收获了巨大成功，锁定了6.96亿美元的总价值，累计交易额为6350亿美元，发行了6050万件NFT。由于共享证明者（Shared Prover）技术，StarkNet和StarkEx都利用了zk-rollup，并由STARK证明驱动，允许执行低成本交易。此外，StarkWare的密码学证明提供了零知识、透明、简单和后量子安全，使其成为一个强大的区块链选择。StarkWare的创始人Eli Ben-Sasson是**的计算机科学教授和STARK证明的联合发明人。他还为Z Cash做出了重要贡献，提高了StarkWare团队的专业度。该项目已将Uniswap V3纳入其平台，这是实现以太坊可扩展性的重要一步，并解决了现有区块链系统面临的一些基本难题。

Braavos：Braavos是Pantera的投资组合公司，是基于StarkNet（第二层ZK Rollup）的完整加密资产管理解决方案。它提供了一个基于智能合约的钱包，提高了安全性和用户体验功能。钱包由两部分组成：应用程序和链上账户智能合约，即账户抽象。这使得在交易被处理之前可以对其应用任意逻辑，从而增加了安全性并改善了用户体验。帐户抽象支持多调用、多因素身份验证、帐户分割、paymaster等功能。内置的Hardware Signer通过利用帐户抽象和生物识别身份验证来保护钱包并防止**，这让专门的硬件钱包在所有实际用例中显得过时了。有了这些功能和先进的安全措施，Braavos旨在让任何寻求控制其加密货币独立性的人都能简单无忧地使用加密货币。

Succinct Labs：Succinct Labs正在开发一种无需信任的互操作性解决方案，使用链上轻客户端和zk-SNARK技术安全地连接以太坊和Gnosis链。该公司致力于实现无许可互操作性的未来，并利用共识证明创建了一个信任最小化的跨链桥。该协议使用链上轻客户端在目标链的执行环境中验证源链的共识，这些客户端跟踪每对通信链的区块头，并依赖于底层L1链的共识所提供的经济安全性，而不做任何额外的信任假设。

Brine：Brine是Pantera的投资组合公司，是一个****的DeFi平台，为加密货币交易员和投资者提供完整的解决方案。它在无风险、无gas、快速和低费用的环境中结合了交易、DeFi和现货交易的诸多好处。这项技术消除了信任、成本、速度、体验和流动性之间的权衡，从而带来更无缝的用户体验。Brine得益于这项技术的可扩展性、安全性和可靠性，因为它是建立在Starkware强大而安全的基础设施之上的。该平台的匹配引擎的容量为600,000 tps，可以处理高容量时段交易，并提供即时订单执行。这让它成为高速交易的**途径。它是一个基于订单的平台，为加密货币资产的购买和出售提供透明有序的市场。Brine为加密货币交易者和投资者提供了一种合理可行的替代方案，交易价格仅为0.1%，并且没有gas费。此外，该平台的跨链功能使交易员能够从一个dashboard管理他们的资金，从而更容易管理他们的投资组合并做出明智的交易决策。由于Starkware技术的额外安全性和可靠性，Brine被定位为DeFi领域的显著竞争对手。

Axiom：加密可编程性方面的新进展已经实现了无需信任的计算，但实施起来对智能合约开发人员来说仍然存在障碍。Axiom通过提供智能合约来访问所有链上数据，并通过三步过程（读取、计算和验证）对其进行复杂计算，从而解决了这个问题。这将产生经过ZK验证的输出，可以被任何下游智能合约使用，从而产生更具表达力和可信赖的去中心化应用程序。它有许多潜在的应用，包括去中心化身份、无需信任的会计以及安全投票。随着智能合约能够访问所有链上数据并能够执行任意计算，Axiom正在彻底改变区块链的扩展方式，并为未来稳健和值得信赖的去中心化应用铺平道路。

Mina：Mina Protocol是Pantera的投资组合公司，是O(1) Labs开发的区块链网络，强调安全性、可访问性和去中心化。与其他区块链不同，Mina采用“轻型”基础设施，使用权益证明（PoS）共识和zk-SNARKs来降低网络共识所需的计算能力。zk-SNARKs被用作区块链摘要，包含了区块链有效性的基于元数据的证明，这使得更小的数据可以被处理，并促进一个更民主和去中心化的网络。Mina Protocol的小数据集允许用户查看并验证整个区块链，还兼容去中心化应用程序（dApps），支持snark兼容的应用程序或“Snapps”使用来自各个链的数据，而不泄露用户信息。凭借其创新的技术，Mina协议是去中心化金融（DeFi）领域的重要竞争者，因为它安全地将现实世界的数据带到区块链，并创造了彻底改变各个行业的机会。

结束语

零知识证明技术的发展正促进区块链业务获取重大进展。该系统解决了区块链面临的若干最紧迫的问题，包括可扩展性、隐私性和安全性问题。由于ZK的应用，以太坊网络可以处理更多的交易，用户数据通过加密保证得到保护。这项技术的持续改进为区块链的未来提供了巨大的希望，并通过提供安全高效的解决方案来颠覆各行业。随着时间的推移，见证ZK技术如何影响并塑造区块链生态将是一件有趣的事。