從頭開始揭秘 zk-SNARK （一）_NAR

近日以太坊基金會公開了正在支持的研發團隊的項目和領域，其中涉及「應用零知識證明」的團隊和技術最多，近 14 個項目。零知識證明，"零知識"的概念可能有些令人費解，zk-SNARK 很快就會變得復雜，因此讓我們從頭開始。

本篇文章，星際視界將為讀者掀開zk-SNARK的神秘面紗，從密碼學展開，對zk-SNARK進行由淺入深的講解。

密碼學是研究編制密碼和破譯密碼的技術科學。研究密碼變化的客觀規律，應用于編制密碼以保守通信秘密的，稱為編碼學；應用于破譯密碼以獲取通信情報的，稱為破譯學，總稱密碼學。簡單地說，密碼學是對保密通信技術的深入研究。當人們只希望發送方和接收方查看消息內容時，他們經常使用密碼學。

密碼學已經存在了幾個世紀，最早密碼學出現在古埃及，克努霍特普二世(Khumhotep Il)的追隨者在他的墳墓上刻了加密符號。密碼學早在公元前400多年就已經產生，人類使用密碼的歷史幾乎與使用文字的時間一樣長，密碼學的發展大致可以分為 3 個階段: 1949 年之前的古典密碼學階段; 1949 年至 1975 年密碼學成為科學的分支; 1976 年以后對稱密鑰密碼算法得到進一步發展，產生了密碼學的新方向—公鑰密碼學。

約4449萬美元BTC轉入Coinbase:金色財經報道，1934枚BTC于今日07:20從未知錢包轉入Coinbase，價值4449萬美元。[2023/1/26 11:30:33]

1976 年，W.Diffie 和 M.Hellman 在發表的文章“密碼學的新方向”中首次公開提出了公鑰密碼( Public-key Cryptography) 的概念。公鑰密碼的提出實現了加密密鑰和解密密鑰之間的獨立，解決了對稱密碼體制中通信雙方必須共享密鑰的問題，在密碼學界具有劃時代的意義。

加密貨幣世界中最常見的密碼學元素之一是哈希函數，它是任何區塊鏈的支柱。哈希函數——特別是SHA-256，大多數區塊鏈中的哈希函數——基本上將單詞短語或數字等輸入轉換為一個固定長度的加密信息，看起來像這樣：

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央行副行長宣昌能：將有序推進數字人民幣的研發試點:金色財經報道，央行副行長宣昌能表示，將數字人民幣納入流通中貨幣即M0統計，能更準確反映流通中貨幣總體規模。到2022年底，流通中數字人民幣存量是136.1億元，納入M0以后，M0同比增速是15.3%。按照“十四五”規劃“穩妥推進數字貨幣研發”要求，人民銀行將有序推進數字人民幣的研發試點，持續完善頂層設計和生態體系建設，強化產品和應用創新，逐步建立健全管理框架，不斷深化試點成效。[2023/1/13 11:10:48]

哈希函數允許像比特幣這樣的區塊鏈處理交易，將區塊鏈接到一個或另一個，并確保區塊鏈數據的完整性得到維護。就像哈希函數一樣，zk-SNARK是一種密碼學形式。它們被用來保證比用戶在區塊鏈上獲得的更強的隱私。

zk-SNARK是“zero knowledge Succinct Non-interactive ARgument of Knowledge”的縮寫，這一長串名字的主體是“argument of knowledge”，即“知情證明”，也就是掌握某事內幕的證據。修飾主體名詞的定語由三部分組成，分別代表了此技術要解決的三個問題，分別是：

Nansen：當前ETH余額前三多的交易平臺分別為Binance、Coinbase和Bitfinex:11月19日消息，鏈上分析公司Nansen披露的過去7天鏈上數據顯示，Binance、Coinbase、Kraken、Bitfinex和Paxos各自處理了超過10億美元的加密貨幣存款和取款，凈流量為正的交易所為Bybit（+3.32億美元）、MEXC（+8000萬美元、Coinsquare（+2800萬美元），凈流量為負的交易所有Binance（-23億美元）、Gemini（-6.79億美元）、FTX（-5.91億美元）。

以太坊鏈上穩定幣余額最高的CEX分別是Binance、OKX、Huobi，自11月12日以來，已有110萬枚ETH從交易所提出，當前ETH余額前三多的交易所分別是：Binance（512萬枚）、Coinbase（489萬枚）、Bitfinex（268萬枚）[2022/11/19 13:24:14]

1、zero knowledge：零知識，即在證明的過程中不透露任何內情，如上文的例子所示；

去中心化衍生品協議 SynFutures V1 24 小時交易量突破 1 億美元:9月17日消息，去中心化衍生品協議 SynFutures 發推宣布，SynFutures V1 24 小時交易量突破 1 億美元，創歷史新高。V1 累計交易量已超過 110 億美元，并吸引了 7 萬用戶參與。此外，距離 V2 正式發布僅剩幾周時間。[2022/9/17 7:03:14]

2、succinct：簡潔的，主要是指驗證過程不涉及大量數據傳輸以及驗證算法簡單；

3、non-interactive：無交互。上文中舉的兩個例子雖然實現了零知識證明，但Prover和Verifier之間需要經過多次交互才能取得滿意的可靠性，而此技術試圖徹底避免這些交互。

合起來，zk-SNARK是一種“證明我知道內情的技術，簡單、易操作，最關鍵的是你除了“我是對的”啥也不會知道”。通常我們都稱zk-SNARK為零知識證明。

任天堂前總裁：既不支持也不反對NFT，但元宇宙會主導游戲:金色財經報道，任天堂前總裁 Reggie Fils-Aime 在接受 CNET 采訪時表示自己既不支持也不反對 NFT 并說道：“隨著技術飛速發展，玩家需要有一些積極因素，所以我不支持也不反對 NFT，我想看到一個真正增加價值的例子，但不得不說，目前還沒有看到。我相信元宇宙將會主導游戲，增強現實技術會發展得更快、更遠，而且已經看到該技術為消費者帶來了很棒的體驗。” Reggie Fils-Aime 在任天堂工作了 15 年，并擔任首席運營官，之后于 2019 年 4 月 15 日離開公司。（nftgators）[2022/9/16 7:00:49]

zk-SNARK是"零知識"密碼學的一種形式，zk-SNARK 允許加密用戶以完全加密的方式在區塊鏈上發送交易，這意味著沒有人可以讀取它們，同時表示交易以合法方式進行。零知識證明允許A向B證明陳述X是正確的，而不透露任何超出陳述X本身有效性的信息。想象一下，向某人證實你已過21歲，但不透露你的生日或你已經25歲。這是想象zk-SNARKs如何工作的一種有用的方式。

Zcash 是首個使用零知識證明機制的區塊鏈系統，它可提供完全的支付保密性，同時仍能夠使用公有區塊鏈來維護一個去中心化網絡。與比特幣相同的是，Zcash代幣（ZEC）的總量也是2100萬，不同之處在于，Zcash交易自動隱藏區塊鏈上所有交易的發送者、接受者及數額。只有那些擁有查看密鑰的人才能看到交易的內容。用戶擁有完全的控制權，他們可自行選擇向其他人提供查看密鑰。

每一種新的隱藏支付都會在區塊鏈上產生三種類型的記錄——通過哈希保護的記錄。所涉及的哈希情況表示:交易接收者的地址、發送的金額和交易本身獨有的數字。結果是，隱藏的交易依賴于像比特幣一樣的哈希值，但正是 zk-SNARK 增加了一層新的隱私。像Zcash和Monero這樣的加密貨幣在一些用戶中很受歡迎，因為加密行業是由許多自由主義者組成的。這兩種貨幣都試圖將自己與比特幣等更流行的加密貨幣區分開來，聲稱如果你使用他們的貨幣，就沒有人能窺探你的私人財務生活。

zk-SNARK是匿名加密交易的有用工具。但除了隱私幣之外，它們也在幫助推動越來越多的其他應用程序。

例如，Celo是一個專注于移動支付的加密貨幣協議，它希望創建一個更具包容性的協議。

Celo從事產品和工程工作的Pranay Mohan認為，zk-SNARK這項技術的潛力遠遠超出了那些主張保護隱私的人。Mohan特別指出了zk-SNARK如何幫助發展中國家的人們。“如果我們想想這些人現在如何能夠使用加密貨幣，這幾乎是不可能的，他們沒有使用Metamask，并在一個隨機DeFI項目中投入1萬美元，”他說。Mohan補充說，使用zk-SNARK，移動電話用戶可以立即與區塊鏈同步——保留加密貨幣同樣的不可信屬性，但在不具備高度技術能力的設備上。

盡管zk-SNARK很有前途，但它仍然非常小眾。即使在加密這樣的高科技行業，很多人也不知道它們是什么。但隨著越來越多的公司開始接受這項技術，這種情況可能正在改變。這些包括Aleo，最近從藍籌風險投資公司籌集了2800萬美元的初創公司，用于構建工具，讓Web開發能夠整合各種互聯網應用程序中的零知識證明——該項目承諾讓消費者在不透露大量個人數據的情況下瀏覽網絡。

但這并沒有阻止全球最大的會計師事務所之一安永（EY）嘗試這種先進的密碼學。

安永通過運用了非交互式零知識證明算法zk-SNARK，研發了自己的通證化開源協議，成功實現了以太坊公網上第一條私密交易，并將逐步應用于各類區塊鏈企業級應用中，讓客戶在不犧牲用戶隱私的情況下擁抱區塊鏈的潛力。

據Brody說，該會計事務所自己的Nightfall解決方案提供了一種在以太坊網絡上進行絕對隱私交易的方法，同時為企業提供服務。雖然對高度私人的金融交易存在監管方面的擔憂，但Brody相信zk-SNARK將在未來成為主流。

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