年度回顾：2020年奠定零知识证明基础

作者：Mina协议创始人、O(1) Labs首席执行官 Evan Shapiro

翻译：鸵鸟夜班编辑

来源：Mina Medium

在区块链行业里，零知识证明已经存在了一段时间，其作为一种新兴技术，已经取得了不错的成绩。但是就生产系统而言，我们还没有看到太多实际性进展。2016年，ZCash横空出世。从那时起，这一领域开始看到一些创新和发展，但与常规智能合约和去中心化应用程序中的“寒武纪爆炸”相比，零知识证明似乎还远远没有达到人们的预期值。不过，最近该领域里出现了一些最新进展，很可能会改变所有这一切。

零知识证明的源代码包括zkSNARK和STARK，相对于程序而言，它的运行方式类似于摘要与书本的关系：通过省略原始完整程序中存在的信息来提供效率和隐私。关于零知识证明最伟大的就是zkSNARK和STARK提供了不可伪造的密码证明，即zkSNARK“摘要”中的声明确实反映了底层程序的信息和计算。这为隐私提供了强大的功能集，可对大型计算进行有效验证，并为协议提供更好的去中心化保留（decentralization-preserving）规模。

零知识证明虽然功能强大且与加密货币高度相关，但在现实世界中部署时却会遇到许多挑战，其中包括：

1、部署可信赖系统存在后勤困难；

2、缺乏开发人员友好的编程语言；

3、可用于生成和验证零知识证明的工具数量有限。

这些问题都限制了零知识证明在实际生产系统中开发和实用性部署的程度。

到2020年，全新零知识证明浪潮出现。大约20个从事零知识证明的开发团队取得了巨大进展。虽然有些优化非常简单，但却极大地提高了零知识证明的实用性、效率和易用性。

现在，这些优化改进已经开始转化为可用产品的发布，高效的交易解决方案已通过zkSync和Aztec在以太坊上出现。第一个零知识证明游戏出现在带有zkga.me“黑暗森林”的浏览器中。O(1) Labs团队也推出了全新项目Mina，该项目整合了所有这些全新的基础性优化改进，并且即将发布。

所有这些项目都计划在2021年启动，并在去中心化规模、访问权限、隐私和可验证性方面对加密行业进行大规模改进。

Mina，世界上最轻量级的区块链

zkSNARK优化的主要来源是围绕一个主题理论上，该主题负责围绕zkSNARK及其信任保证的许多混乱：“受信任的设置”（The Trusted Setup）或“仪式”（Ceremony）。

可信设置是产生安全SNARK所需的一组步骤，个人将产生随机性以注入新的SNARK的密码参数。如果要一起串通，就会一起攻击系统，这意味着任何受信任的设置都需要很多人来确保至少一个人不会与攻击者串通。

ZCash在2016年推出时，任何新的SNARK程序或修改任何现有的程序都需要执行受信任的设置，这带来了巨大的后勤挑战。启动任何新网络，最关键的一项工作是更新现有网络，这往往需要花费数周的时间来协调和完成。而对于网络漏洞来说，也是一个极具风险的提议。

幸运的是，在过去的几年中，启动生产zkSNARK程序的要求得到了逐步提高，2021年，已经出现了非常高效的递归SNARK，而且没有受信任的设置。这为开发人员提供了巨大便捷性，因为zkSNARK可以像普通加密基元一样被对待，考虑哈希函数或公钥的技术背景，这是zkSNARK可用性的一个巨大进步。

消除受信任的设置已启用并加速了第二项改进：zkSNARK的可编程性正变得越来越强大。当首批投产的SNARK系统于2016年上线时，其可编程性比编写程序更接近于在硬件中布置电路。从那时起，加密行业开发了一些工具，这些工具可以使编程过程接近常规编码过程，从而为开发者的大量涌入铺平了道路。

目前已经发布的几个编程语言包括Snarky、Zinc和Leo等，还有其他一些编程语言正在开发中，其中：

l Matter Labs的工作使大部分可靠性可以直接转换为zkSNARK兼容性；

l Starkware的工作同时使STARK更接近正常的可编程性。

预计在不久的将来，对零知识证明进行编程将更像是学习新的库，而不是探索高度专业的密码学子领域。

最后一个需要解决的难题，是要让零知识证明变得可用，现在我们已经拥有了可用于生成和验证zkSNARK的良好工具，比如zkga.me就能让我们可以在浏览器中运行验证和验证。对于隐私本地计算，我们正在构建资源库，以使开发人员可以轻松编写用于制作和验证SNARK证明的程序，并且支持在我们的浏览器和智能手机中运行。

加密行业的云市场也会提供一些即将上线的工具，以提供满足SNARK证明的预期需求，比如：

l Matter Labs的zkSync通过将SNARK生产委托给其共识节点来实现分布式SNARK证明；

l O(1) Labs团队的项目Mina将通过Mina的snarketplace（用于购买和出售SNARK证明的交易平台）提供该产品。

这些幕后开发人员对零知识证明行业优化带来了重大影响。这种影响力将逐渐发挥作用。据悉，一些开发团队正在构建基于零知识证明的应用程序早期版本，而其他协议则可能很快会看到有进一步发展。

zkSNARK无疑会在加密货币行业里引发一波新潮，也将为新的和现有的协议提供许多新颖的功能。对于初学者来说，有效的验证将提供真正的去中心化保护规模，而无需在Optimistic Rollups、渠道或分片的复杂性之间做出权衡。zkSNARK可以通过第2层（如zkRollups）应用于现有链，继而提高第1层基础链的效率，如zkSync所示。或者，在第1层（如Mina）上直接创建具有更好可扩展性的、完全轻量级的区块链。

事实上，轻量级区块链也将大大降低在手机和浏览器上运行完整节点的难度。不仅如此，通过减少对中心化参与者的依赖，并支持“加密即实用”（crypto-as-a-utility）功能，开放互联网的国家也将从中受益。这种转变与过去利用网络中立性消除企业在互联网上的影响力非常相似。

zkSNARK的有效验证也将大大改善加密生态系统中的桥接状态，一条区块链只需将其他区块链的标头、或利用像Mina这样的轻量级协议即可。

APP程序开发人员还将获得更多可用的新工具，在加密行业里，已经花了很长时间讨论隐私，但是现在终于有真正的APP可以使用了。开发人员可以实现许多功能，比如：

1.构建隐私投票应用程序；

2.安全地向智能合约证明敏感的个人信息；

3.构建具有超前保护功能的DEX；

4.使用诸如zkga.me之类的新颖机制构建新游戏。

开发人员还将能够更加有效地验证计算，这意味着在Sk或Mina这样支持SNARK的协议上运行大型计算，要比在以太坊等Layer 1网络便宜得多。不仅如此，相比于Layer 1基础区块链，像Mina这样的协议还能托管更大的计算量。尽管现在还不能押注完全验证的加密深度神经网络，但像StarkWare已经可以在区块链上有效执行订单簿之类的东西了。

目前，zkSNARK中的优化改进大多是基础性的。过去，每个人都知道互联网将是“下一件大事”，但没有人能预测到搜索引擎会基于互联网获得巨大成功。所以，必须要预测下未来会发生什么。实际上，与视频电话最终成为现实的方式一样，我坚信，我们将看到下面这些预测内容有望实现。

1、越来越实用的DeFi：zkSNARKs将使链外资产和信息以一种去信任、有效可验证和可组合的方式在区块链上实现，这将使DeFi能够扩展到实际参与度和使用率。

2、我们将拥有链上身份，并具有细粒度的披露选择性。用户将能够选择性地向投票应用程序、社区、代币销售、国家/地区和社交网络公开其个人身份，这些信息仅能证明他们身份，而且不会被其他人窥见或使用。

3、以太坊扩容将开始转移到SNARK扩容叙事之上。尽管以太坊2.0的发布取得了成功，但要准备好完整的协议还需要很多年才能完成，与此同时，zkRollups将接管当前以太坊的扩容解决方案。

4、我们不会看到非加密公司将零知识证明在生产系统中投入使用。但是，一旦他们看到零知识证明在加密产品中证明了自己的实力，预计可能会看到非加密公司开始谈论使用零知识证明来保护隐私。而且，未来许多公司可能最终会在加密货币之上构建自己的零知识证明解决方案，这对于整个领域来说将会产生巨大影响力。

最后的最后，我想做一个最终的预测：对SNARK而言，虽然2020年是一个宁静的“打基础”之年，但将在2021年零知识证明可能会给整个加密行业带来惊喜。随着加密货币本身接近黄金时段，零知识证明将更新、甚至重新定义加密货币。在更大的颠覆发生之前，零知识证明很可能会成为一种必要的、内部的颠覆创新。

自从比特币诞生至今，加密行业一直对区块链提出过许多质疑，比如：

1.“区块链如何扩容？”

2.“如何在多设备上实现？”

3.“如果区块链不完全透明，会不会更好？”

4.“我们可以有效地添加计算吗？”

……

加密行业一直在努力尝试解答此类问题，但现在，至少零知识证明提供了一个答案，相信很快就会有所作为。