零知識證明如何增強區塊鏈上的隱私？

了解區塊鏈環境中的零知識證明

零知識證明（ZKP）是加密協議，允許一個方（供奉獻者）向另一方（驗證者）證明陳述是真實的，而沒有透露陳述本身真實的任何信息。在區塊鏈的背景下，這意味著用戶可以驗證交易或數據而無需公開基礎細節。由於區塊鏈本質上是透明的，因此這種能力具有變革性的隱私性 - 每筆交易都記錄在公共分類帳中。有了零知識的證明，參與者可以保持機密性，同時仍然確保系統的完整性和正確性。

例如，用戶可以證明他們有足夠的資金來進行交易而不揭示其實際餘額。驗證過程依賴於數學構建體，這些構建體證實了索賠的有效性而無需公開輸入。這種機制阻止敏感數據暴露於公共分類帳，以解決傳統區塊鏈系統的主要缺點之一。

ZK-SNARKS如何啟用私人交易

ZK-SNARKS （零知識簡潔的非交互論點）是區塊鏈中最廣泛使用的零知識證明實現之一。這些特別有效，因為它們產生了很小的證明，可以快速驗證，使其適合效率至關重要的區塊鏈環境。

在區塊鏈交易中實現ZK-SNARKS：

• 電路旨在表示交易的邏輯（例如，“發件人擁有資金，餘額就足夠”）。
• 供奉獻者使用其私人輸入（例如秘密密鑰或金額）和電路的公共參數生成證據。
• 證明附加到交易中並廣播到網絡。
• 驗證者在不訪問私人數據的情況下檢查公共參數的證明。

整個過程確保沒有第三方可以確定交易中涉及的發件人，接收器或金額。像Zcash這樣的項目利用ZK-SNARK來啟用屏蔽交易，在此仍在密碼驗證的同時，在此仍然對交易細節進行了加密。

ZK-Starks：透明的替代方案

儘管ZK-SNARK具有強大的功能，但它們依賴於受信任的設置階段，如果初始參數受到損害，該階段會引入潛在的漏洞。 ZK-STARKS （零知識可擴展的知識參數）通過使用公共可驗證的隨機性而不是可信賴的設置來消除這種風險。

ZK-Starks提供了幾個優勢：

• 無需值得信賴的設置，增加安全性和權力下放。
• 由於依賴哈希功能而不是橢圓曲線密碼學而導致的量子計算攻擊的抵抗力。
• 證明和驗證的透明度更高。

儘管與ZK-SNARK相比，較大的證明尺寸，但以隱私為重點的第2層解決方案（例如Starknet）採用了ZK-Stark。這些系統允許用戶在鏈上提交交易，並僅將零知識證明發佈到主要區塊鏈，從而保留隱私，同時減少鏈上數據曝光。

保護隱私合同

以太坊等平台上的智能合約是完全透明的 - 每個輸入，輸出和狀態變化都是可見的。零知識證明可以創建私人智能合約，其中執行邏輯而不揭示涉及的數據。

部署保護隱私的智能合約：

• 以可以表示為計算電路的方式定義合同邏輯。
• 使用零知識框架（例如，循環或黑色）將邏輯編譯成證明的系統。
• 允許用戶提交加密輸入並生成正確執行的證明。
• 區塊鏈可驗證證明並更新合同狀態，而無需訪問原始數據。

這種方法用於諸如AZTEC網絡之類的項目，在該項目中，用戶可以與Defi應用程序（例如貸款和交換）進行交互，同時隱藏其餘額和交易金額。合同通過加密驗證而不是數據曝光來執行規則。

通過ZK-Rollups組合的可擴展性和隱私性

ZK-Rollups是2層縮放解決方案，可將數千筆交易捆綁在鏈上，並向主鏈提交單個零知識證明。這降低了擁堵和汽油成本，同時增強了隱私。

該過程如下：

• 交易將提交給主區塊鏈的匯總操作員。
• 操作員匯總交易併計算新狀態根。
• 生成了ZK-PROFF，以證明新狀態可以從上一台正確地遵循。
• 證明和狀態根已發佈到主鏈中進行驗證。

由於只有證據和最終狀態才發布，因此個人交易細節仍然隱藏。如果系統是通過端到端加密設計的，即使是匯總操作員也無法訪問用戶數據。該模型由Polygon ZkeVM和ZKSYNC等平台使用，結合了可擴展性和強大的隱私保證。

挑戰和實施考慮

在區塊鏈系統中部署零知識證明涉及技術和運營挑戰：

• 高度計算開銷，用於生成證明，需要專門的硬件。
• 開發和審核電路的複雜性，增加了錯誤的風險。
• 與傳統的智能合同框架相比，開發人員的工具和文檔有限。
• 如果只有少數實體能夠負擔得起證明基礎設施，那麼潛在的集中化。

減輕這些問題：

• 使用優化的證明系統（例如Halo2），該系統支持遞歸證明並減少硬件需求。
• 利用開源庫和框架，例如Snarkyjs或Noir，以進行更安全的開發。
• 實施分散的證明網絡，其中多個節點可以為證明生成做出貢獻。

儘管有這些障礙，但零知識證明的整合仍在不斷擴大，這是對隱私和可擴展性的不斷增長的推動。

常見問題

可以在任何區塊鏈上使用零知識證明嗎？是的，但是實施取決於區塊鏈對智能合約和加密操作的支持。以太坊，多邊形和其他與EVM兼容的鏈通過專業工具支持基於ZK的應用。非EVM鏈可能需要自定義集成。

零知識證明是否消除了所有隱私風險？否。當它們隱藏交易內容時，元數據（例如事務正時），IP地址和交互模式仍然可以洩漏信息。通常需要採取其他措施，例如混合器或加密消息層。

用戶如何在實踐中產生零知識證明？用戶與集成經過證明的庫的錢包界面進行交互。當啟動私人交易時，錢包會使用預定義電路自動將輸入輸入到證明中。用戶無需手動處理加密操作。

零知識證明是否容易受到量子攻擊？基於橢圓曲線密碼學的ZK-SNARK可能很脆弱，但是ZK-Starks使用基於哈希的密碼學，這被認為是Quantum耐藥的。過渡到基於Stark的系統可以增強長期安全性。