zk-SNARKs是什么与用法 V神定调零知识证明未来十年「非常重要」

V 神在黑山 EDCON 大会上提过一个观点：未来十年，zk-SNARK 这项技术的重要性能跟区块链本身相提并论。那么，zk-SNARK 到底是什么？这篇文章会用比较容易理解的方式拆解它。内容参考自 Phemex 上的一篇入门文章，由白话区块链编译整理。

说来说去，区块链一直有个绕不开的难题——可扩展性、去中心化、安全性，这三样很难同时做到最好。以太坊在安全和隐私方面已经做得不错了，那剩下的大头就是扩容问题。

于是 Layer 2 方案就出来了。而在目前的 Layer 2 技术路线里，V 神一直把 ZK 技术看作解决扩容的终极方案。

2023 年 5 月，他在黑山举办的 EDCON 大会上再次表态：「未来 10 年，基于 ZK 技术的 zk-SNARK 会和区块链一样重要。」

那 V 神这么看好的 zk-SNARKs 到底是个啥？能帮区块链解决哪些老大难问题？今天这篇文章就来聊聊。

下面进入正题：

zk-SNARKs 到底是什么？

1. 谁搞出来的？

「zk-SNARKs」这个词最早是一群密码学研究者提出来的，包括 Nir Bitansky、Alessandro Chiesa 和 Eran Tromer。他们在一篇论文里讲清楚了 zk-SNARKs 的基本原理。后来，不同团队和项目陆续对这项技术做了改进和落地。

2. 名字拆开看，每个字母代表啥？

– ZK：zero knowledge，零知识

零知识的意思是，验证声明的人在整个验证过程中得不到任何额外信息。说白了，验证者只知道这个陈述是对还是错，除此之外一无所知。

– S：succinct，简洁

简洁指的是 zk-SNARKs 的证明很简短，验证起来也很快。不像传统零知识证明可能又长又复杂。通常几毫秒就能验证完一个 zk-SNARK 证明。

– N：non-interactive，非交互式

非交互就是说，证明者和验证者不需要来回沟通。证明者只发一条消息过去，验证者就能确认结果。这跟需要多次来回的交互式证明完全不同。

– AR：argument，论证

论证就是支持某个观点的一组理由。在 zk-SNARKs 里，论证是一串数学运算，用来证明一个陈述是对的。

– K：knowledge，知识

知识指的是，证明者知道完成证明所需的某些秘密信息。比如账户的私钥。

总结一下，zk-SNARKs 是一种零知识证明系统。它允许一方（证明者）向另一方（验证者）证明某些事，比如身份、资金所有权等，但不需要透露这些资产的具体信息。举个例子：

• 用户要证明自己账户余额足够支付某样东西，但不用说出具体有多少钱；
• 用户登录某个应用时，要验证身份，但不用提交自己的个人数据。

打个比方，用「如何跟一个 5 岁小孩解释 zk-SNARKs」来理解：

假设你和三个朋友在玩「找语文老师」的游戏，奖金 1000 美元，赢了大家平分。你们围着桌子坐，每人拿到一张有语文老师的图片。你要在图片里找到语文老师，然后证明你找到了，但不能透露她的位置或其他任何信息。换句话说，你只让对方知道「我找到了」，但不能让对方知道更多。

用 zk-SNARK 的思路，你可以拿一张跟图片一样大的纸，在语文老师的位置上点一个点，然后把这张纸藏进盒子里。等你的朋友也解出谜题后，他们可以自己打开盒子看到你点的位置，从而确认你确实找到了。

所以，zk-SNARKs 可以让你证明「你知道某个信息」，但不用把这个信息的具体值说出来。在当前的多链生态里，很多平台用 zk-SNARKs 来保护链上应用和 DApp 的隐私。

核心点在于：验证者不可能从证明本身得到任何额外信息——这就是「零知识」的来源。

zk-SNARKs 是怎么工作的？

zk-SNARKs 在区块链领域特别重要，因为大多数公链都是公开的，隐私就成了大问题。

最有名的例子是 Zcash，一种注重隐私的加密资产。你在比特币或以太坊这类公链上转 Zcash 时，验证过程会用到发送方、接收方地址，以及输入输出的金额（花了多少、还剩多少）。

但借助 zk-SNARKs，Zcash 可以在不公开地址和金额的情况下，照样证明交易有效。

图片说明：Zcash 利用 zk-SNARKs 为加密用户提供隐私层 来源：Blockchainhub.net

那 zk-SNARKs 到底怎么运作呢？核心是数字签名。数字签名用加密算法把敏感信息藏起来，同时向对方提供必要的验证证据。

具体流程是这样的：

• 证明者先生成一对密钥：一个公钥，一个私钥。然后用私钥对交易签名。
• 接着，证明者把这个交易编码成 zk-SNARKs，也就是一个能证明交易有效的数学证明。
• 这个证明连同公钥一起发给验证者。验证者用公钥检查公式对不对，但不需要知道交易的任何其他信息。因为只验证少量数据，整个过程非常快，就能确认交易有效。

zk-SNARKs 的实际应用场景

1. 哪些币用了 zk-SNARKs？

用 zk-SNARKs 来增强隐私的加密资产，通常被称为隐私币。常见的例子有：
– Zcash (ZEC)
– Verge (XVG)
– Monero (XMR)
– Dash (DASH)
– Beam (BEAM)
– Horizen (ZEN)
– Bytecoin (BCN)

要注意的是，zk-SNARKs 有一个不太安全的地方：如果私钥泄露，别人就能伪造证明。这可能导致有人搞出假的隐私币来行骗。

2. 除了隐私币，还能干嘛？

Filecoin 是个去中心化存储项目，它的运作涉及多个环节。

一方面，存储提供者（靠提供空间换区块奖励）要证明自己确实把数据正确存着。他们就是「证明者」。

另一方面，节点（「验证者」）需要确认存储提供者确实在好好保存数据。验证者得对存储提供者给的证明感到满意。

你可以想象，如果数据频繁交接，这个过程会非常消耗资源。

Filecoin 官方博客里写过：

「要验证存储，现在单个存储提供者需要提供的证明数据量已经很大了，而且只会越来越多。Filecoin 网络的出块时间是 30 秒。要保持这个时间不变，同时让验证方法能扩展，Filecoin 需要一个快速、高效、稳健的验证方案。」

用了 zk-SNARKs，Filecoin 就能减少各方验证存储所需的时间，提升可扩展性和效率。对存储提供者来说，zk-SNARKs 降低了需要传输的数据量，从而节省运营成本。

3. 其他可能的用途

比如：

• 身份验证：不用密码就能验证用户身份，甚至不需要护照、出生证明这类文件，能保护出生地、生日等敏感信息。
• 投票系统：不用暴露身份就能验证选民资格，就算选票泄露也没法追踪到具体选民，隐私性很强。
• 数据压缩：这是 zk-SNARKs 一个挺有意思的应用，值得单独拿出来聊聊。

小结

总的来说，zk-SNARKs 有三个核心要点：

• 它是一种零知识证明系统，允许一方证明自己知道某个值 x，但不用透露关于 x 的任何额外信息。
• 关键在于，验证者从证明本身推导不出任何关于 x 的信息。这保护了证明者的数据隐私。
• 零知识证明系统被用在很多地方，比如安全通信、密码学、隐私保护的数据分析等。

目前零知识证明技术还算比较新的研究领域，还有很多问题没解决，比如实用性到底有多强。不过已经有了一些让人印象深刻的产品了。

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