零知识证明如何增强区块链上的隐私？

了解区块链环境中的零知识证明

零知识证明（ZKP）是加密协议，允许一个方（供奉献者）向另一方（验证者）证明陈述是真实的，而没有透露陈述本身真实的任何信息。在区块链的背景下，这意味着用户可以验证交易或数据而无需公开基础细节。由于区块链本质上是透明的，因此这种能力具有变革性的隐私性 - 每笔交易都记录在公共分类帐中。有了零知识的证明，参与者可以保持机密性，同时仍然确保系统的完整性和正确性。

例如，用户可以证明他们有足够的资金来进行交易而不揭示其实际余额。验证过程依赖于数学构建体，这些构建体证实了索赔的有效性而无需公开输入。这种机制阻止敏感数据暴露于公共分类帐，以解决传统区块链系统的主要缺点之一。

ZK-SNARKS如何启用私人交易

ZK-SNARKS （零知识简洁的非交互论点）是区块链中最广泛使用的零知识证明实现之一。这些特别有效，因为它们产生了很小的证明，可以快速验证，使其适合效率至关重要的区块链环境。

在区块链交易中实现ZK-SNARKS：

• 电路旨在表示交易的逻辑（例如，“发件人拥有资金，余额就足够”）。
• 供奉献者使用其私人输入（例如秘密密钥或金额）和电路的公共参数生成证据。
• 证明附加到交易中并广播到网络。
• 验证者在不访问私人数据的情况下检查公共参数的证明。

整个过程确保没有第三方可以确定交易中涉及的发件人，接收器或金额。像Zcash这样的项目利用ZK-SNARK来启用屏蔽交易，在此仍在密码验证的同时，在此仍然对交易细节进行了加密。

ZK-Starks：透明的替代方案

尽管ZK-SNARK具有强大的功能，但它们依赖于受信任的设置阶段，如果初始参数受到损害，该阶段会引入潜在的漏洞。 ZK-STARKS （零知识可扩展的知识参数）通过使用公共可验证的随机性而不是可信赖的设置来消除这种风险。

ZK-Starks提供了几个优势：

• 无需值得信赖的设置，增加安全性和权力下放。
• 由于依赖哈希功能而不是椭圆曲线密码学而导致的量子计算攻击的抵抗力。
• 证明和验证的透明度更高。

尽管与ZK-SNARK相比，较大的证明尺寸，但以隐私为重点的第2层解决方案（例如Starknet）采用了ZK-Stark。这些系统允许用户在链上提交交易，并仅将零知识证明发布到主要区块链，从而保留隐私，同时减少链上数据曝光。

保护隐私合同

以太坊等平台上的智能合约是完全透明的 - 每个输入，输出和状态变化都是可见的。零知识证明可以创建私人智能合约，其中执行逻辑而不揭示涉及的数据。

部署保护隐私的智能合约：

• 以可以表示为计算电路的方式定义合同逻辑。
• 使用零知识框架（例如，循环或黑色）将逻辑编译成证明的系统。
• 允许用户提交加密输入并生成正确执行的证明。
• 区块链可验证证明并更新合同状态，而无需访问原始数据。

这种方法用于诸如AZTEC网络之类的项目，在该项目中，用户可以与Defi应用程序（例如贷款和交换）进行交互，同时隐藏其余额和交易金额。合同通过加密验证而不是数据曝光来执行规则。

通过ZK-Rollups组合的可扩展性和隐私性

ZK-Rollups是2层缩放解决方案，可将数千笔交易捆绑在链上，并向主链提交单个零知识证明。这降低了拥堵和汽油成本，同时增强了隐私。

该过程如下：

• 交易将提交给主区块链的汇总操作员。
• 操作员汇总交易并计算新状态根。
• 生成了ZK-PROFF，以证明新状态可以从上一台正确地遵循。
• 证明和状态根已发布到主链中进行验证。

由于只有证据和最终状态才发布，因此个人交易细节仍然隐藏。如果系统是通过端到端加密设计的，即使是汇总操作员也无法访问用户数据。该模型由Polygon ZkeVM和ZKSYNC等平台使用，结合了可扩展性和强大的隐私保证。

挑战和实施考虑

在区块链系统中部署零知识证明涉及技术和运营挑战：

• 高度计算开销，用于生成证明，需要专门的硬件。
• 开发和审核电路的复杂性，增加了错误的风险。
• 与传统的智能合同框架相比，开发人员的工具和文档有限。
• 如果只有少数实体能够负担得起证明基础设施，那么潜在的集中化。

减轻这些问题：

• 使用优化的证明系统（例如Halo2），该系统支持递归证明并减少硬件需求。
• 利用开源库和框架，例如Snarkyjs或Noir，以进行更安全的开发。
• 实施分散的证明网络，其中多个节点可以为证明生成做出贡献。

尽管有这些障碍，但零知识证明的整合仍在不断扩大，这是对隐私和可扩展性的不断增长的推动。

常见问题

可以在任何区块链上使用零知识证明吗？是的，但是实施取决于区块链对智能合约和加密操作的支持。以太坊，多边形和其他与EVM兼容的链通过专业工具支持基于ZK的应用。非EVM链可能需要自定义集成。

零知识证明是否消除了所有隐私风险？否。当它们隐藏交易内容时，元数据（例如事务正时），IP地址和交互模式仍然可以泄漏信息。通常需要采取其他措施，例如混合器或加密消息层。

用户如何在实践中产生零知识证明？用户与集成经过证明的库的钱包界面进行交互。当启动私人交易时，钱包会使用预定义电路自动将输入输入到证明中。用户无需手动处理加密操作。

零知识证明是否容易受到量子攻击？基于椭圆曲线密码学的ZK-SNARK可能很脆弱，但是ZK-Starks使用基于哈希的密码学，这被认为是Quantum耐药的。过渡到基于Stark的系统可以增强长期安全性。