理解零知识证明：初学者指南

区块链的创建是为了提高透明度，但随着现实世界应用数量的增加，隐私却成了奢望。在钱包身份验证或链上交易中，用户被迫披露个人信息以证明所有权、资格或参与度。但如果我们可以在不透露任何信息的情况下提供证明呢？

这就是零知识证明 (ZKP) 背后的理念。ZKP 是密码学中的一项革命性技术，它使一方能够在不泄露声明数据的情况下证明数据的存在。虽然这个概念并不新鲜，但如今 ZKP 已被广泛应用于提升区块链的可扩展性、数字身份和计算隐私。本指南将详细介绍零知识证明，包括其起源、结构、应用、优势、局限性以及它在现代数字架构中的作用。

零知识证明的演变

零知识证明 (ZKP) 是由密码学家 Shafi Goldwasser、Silvio Micali 和 Charles Rackoff 于 1985 年提出的，他们提出了一种无需透露数据即可证明语句真实性的交互式方法。他们的工作为最新的密码协议奠定了基础，并因此获得了哥德尔奖。

尽管零知识证明（ZKP）最初只是理论上的设想，但随着区块链技术的兴起，它逐渐受到重视。此外，随着数据隐私问题日益凸显，ZKP 也开始在现实世界中得到应用。Zcash 是首批使用零知识证明的大型项目之一，并在 2010 年代末实现了完全保密的加密货币交易。

如今，零知识技术的使用范围远超隐私币，它在以太坊第 2 层扩展解决方案、数字身份系统甚至零知识机器学习 (zkML) 中发挥着重要作用，从而巩固了 ZKP 作为 Web3 基础设施核心构建块的地位。

另一方面，像 Starknet 这样的平台使用的有效性证明侧重于计算完整性而非隐私。在这种情况下，交易会被批量处理并在链下执行，并在链上提交一个简短的证明进行验证。这使得区块链能够在不损害安全性的情况下高效扩展。

零知识证明的核心原则

挑战在于，在不了解任何底层信息的情况下，确认证明者的主张。要将证明归类为零知识证明，它必须满足三个属性，例如：

零知识证明的类型

交互式零知识证明

它们需要证明者和验证者之间持续的交互。证明者会受到验证者的多次质询，并且每次都必须准确回复。这种反复的步骤有助于建立对证明有效性的信心，但却降低了交互式零知识证明在分布式系统中的实用性，因为在分布式系统中，实体之间可能不存在实时通信。

非交互式零知识证明（NIZK）

与交互式零知识证明 (ZKP) 不同，这种证明避免了交互。相反，证明者生成一个单一的证明，该证明通过加密方法应用，并由验证者独立验证。它非常适合区块链系统等情况，因为这些证明是公开的、可转移的，并且任何人都可以在无需任何接触的情况下进行身份验证。

常见的零知识证明系统

零知识证明的用途

● 区块链和 Rollups

ZKP 在 zk-Rollups 中非常有用。在 zk-Rollups 中，系统会传输数千笔链下交易，并只向主链发送一个零知识证明，从而降低 Gas 费用并保持同等级别的安全性。采用此架构的平台包括 zkSync、Polygon zkEVM 和 StarkNet。

● 隐私保护交易

Zcash 和 Aleph Zero 是两种采用零知识证明 (ZKP) 来保护交易信息的加密货币，同时又保证交易信息可以被审计。这种模式在保障金融隐私的同时，又不违反监管要求。

● 数字身份

零知识证明支持选择性披露。例如，用户可以证明自己是成年人或居住在特定国家/地区，而无需透露其确切年龄或地址。这些应用对于构建自主主权身份系统至关重要。

● 可验证人工智能（zkML）

由于人工智能的决策受到越来越严格的审查，zkML（零知识机器学习）允许开发人员证明给定的输出是由模型生成的，而无需披露输入或模型权重。这建立了一条无需泄露机密信息的人工智能审计渠道。

● 储备证明

加密货币交易所现在使用 ZKP 来证明他们持有全部客户资金，而无需透露用户余额或特定资产持有量，从而提高透明度并防止再次发生像 FTX 这样的丑闻。

● 预言机网络和链下数据

使用 ZKP，预言机网络无需使用原始数据即可证明天气、价格和其他体育事实等链下信息的有效性，从而确保向智能合约提供的数据安全可靠。

● 供应链诚信

零知识证明可作为验证工具，检查产品的每个阶段，包括其真实性、合规性和来源，而不会泄露秘密信息，从而保证安全和无信任的供应链

零知识证明的优势

● 增强隐私

在用户对用户界面中，ZKP 可以使用户在与分散式或许可的应用程序通信时保存个人信息以及财务数据。

● 无需信任的验证

ZKP 避免了中介机构，这在处理去中心化金融 (DeFi) 和智能合约自动化时具有巨大的优势。

● 可扩展性

ZKP 通过将多个交易压缩为单个验证，提供了在不损害去中心化的情况下扩展区块链网络的可能性。

● 互操作性

使用 ZKP 可能可以实现无需信任的跨链桥，因为它们可以证明某个状态已发生变化或某笔交易已在一条链上发生，也可以在另一条链上证明这一点。

挑战与局限性

未来之路

零知识证明是密码学研究中最重要的突破之一。它能够在不泄露任何信息的情况下证明某事的真实性，从而使数字交互更加安全、私密。随着区块链和人工智能技术的不断发展，零知识证明 (ZKP) 正逐渐成为互联网未来的重要组成部分。

此外，DECO 等技术可以将普通网站上的数据转移到智能合约中，而无需泄露数据；zk-ML 则可以在不查看模型本身的情况下验证 AI 响应。尽管存在速度障碍和不明确的指导方针，但零知识技术将为用户提供更多隐私，从而帮助企业遵守法律，并促进处理海量数据的应用程序的发展。