STARK:零知識證明將賦能擴容與隱私計算

2021年Vitalik曾在一篇文章中講：

Perhapsthemostpowerfulcryptographictechnologytocomeoutofthelastdecadeisgeneralpurposesuccinctzeroknowledgeproofs,usuallycalledzk-SNARKs.(也許過去十年中最強大的密碼技術是通用的簡潔零知識證明zk-SNARKs。）

誠然，零知識證明在Crypto領域的兩個非常重要的方向都發揮著關鍵性突破的作用，一個是Scalability，一個是Privacy。

零知識證明是指證明者能夠在不向驗證者提供超過陳述本身有效性信息的情況下，使驗證者相信某個論斷是正確/真實的。零知識證明機制轉化成計算機程序語言后應用最廣泛的技術有兩個——zk-SNARK和zk-STARK。

zk-SNARK是零知識簡潔的非交互知識論證，基本邏輯如下圖：

DeFi借貸項目steadefi受攻擊損失截至現在金額已達約114萬美元:金色財經報道，根據MetaTrust Alert推文，部署在Arbitrum和Avalanche上的DeFi借貸項目steadefi截至現在，遭受攻擊損失金額已達約1,140,000美元。所有金庫的owner已被入侵所有權已被轉移到攻擊者的錢包(0x9cf71)。攻擊者調用特權函數獲得了Arbitrum和Avalanche上的所有可借用資產，然后將其交換為ETH，并將ETH橋接到以太坊。以太坊上的錢包現在持有624ETH（價值114萬美元）。[2023/8/8 21:31:09]

zk-SNARK實現不透露具體信息的情況下，證明事件的正確/真實的最樸素的方法是：基于可信初始設置，在各項數據位于合法范圍的情況下，證明“輸入”=“輸出”。

zk-STARK是零知識可擴展的透明知識論證，基本邏輯本質上和zk-SNARK相同：

美國將撤銷對SBF的非法競選捐款指控:金色財經報道，美國檢察官Damian Williams周三在給法院的一封信中寫道，根據對巴哈馬的條約義務，美國政府不打算就競選捐款指控對FTX創始人Sam Bankman-Fried（SBF）進行審判。SBF在去年10月份的庭審中面臨13項競選資金捐獻指控，SBF曾對五項指控的有效性提出異議，辯稱這些指控不屬于引渡協議的一部分，而引渡協議為他在12月返回美國鋪平了道路。政府將這些指控從去年10月份的審判中分離出來，基本上將案件一分為二。[2023/7/27 16:01:31]

zk-STARK與zk-SNARK相比較，各有優劣：

初始可信設置：zk-SNARK需要，zk-STARK不需要；

證明數據大小：zk-SNARK的證明大小約為288字節，zk-STARK稍微大些幾百KB；

成本：zk-STARK比zk-SNARK更低；

證明過程速度：zk-STARK比zk-SNARK的證明過程更快。

以太坊Shapella升級預計將于明早6:30進行:4月12日消息，據OKLink數據顯示，以太坊距Shapella升級還有22小時（Epoch為194048時），預計為北京時間4月13日6:30左右。當前以太坊質押量約1813萬枚，質押率15.06%，年化質押收益APY3.75%，[2023/4/12 13:58:20]

Crypto領域近年來的兩大剛需——以太坊網絡擴容和隱私保護，恰恰都可以通過零知識證明技術來解決。

zk在擴容方面的應用

將零知識證明用于以太坊擴容領域的公司最初主要有兩家，一家是MatterLabs，一家是StarkWare。前者推出了zkSync，后者推出了StarkNet、StarkEx。這幾個項目都是當前Layer2領域的佼佼者，備受資方和市場關注。

StarkWare

WisdomTree Investments新基金的股票可以在以太坊或Stellar的區塊鏈上進行管理:金色財經報道，美國交易所交易基金WisdomTree Investments新基金的股票可以在以太坊或Stellar 加密網絡的區塊鏈上進行管理，這是 ETF 玩家首次涉足區塊鏈交易。

據悉，美國交易所交易基金WisdomTree Investments是總部位于紐約的交易所交易基金和交易所交易產品發起人兼資產管理人，管理著超過 700 億美元的資產。[2022/10/4 18:38:50]

StarkWare是基于零知識證明推出的Validium類型的以太坊Layer2擴容方案，并基于此方案推出了StarkNet和StarkEx。Validium的機制與zkRollup非常相似，唯一的區別是zkRollup中的數據可用性在鏈上，而Validium將其保持在鏈下，這樣使得Validium可以實現更高的吞吐量。

既然將數據放在鏈下處理，那么必然在數據上鏈過程中的流程非常重要，zk-STARK數據上鏈流程如下：

德意志銀行：預計美國經濟衰退將更早到來且會更嚴重:6月21日消息，德意志銀行首席美國經濟學家Matt Luzzetti在近日發給客戶的報告中解釋說，經濟衰退將比之前預測的來得更早，而且會更嚴重。該行今年4月曾表示，美國經濟將在明年年底前陷入“嚴重”衰退。

然而，Luzzetti在報告中解釋道：“自那時以來，美聯儲采取了更激進的加息路線，金融狀況大幅收緊，經濟數據開始顯示出明顯的放緩跡象。”這位德意志銀行的經濟學家繼續說道：“為了應對這些事態發展，我們現在預計衰退會更早，而且程度會更嚴重。”（Bitcoin.com）[2022/6/21 4:42:04]

1000筆交易發送給zk-STARK；

zk-STARK作為證明者，生成一個證明；

節點作為驗證者讀取證明、更新鏈上數據。

證明生成階段

所以，zk-STARK的核心邏輯是允許區塊鏈將計算轉移到單個鏈下STARK證明者，然后使用鏈上STARK驗證器驗證這些計算的完整性。

各種鏈上交易協議如果使用StarkWare的Validium擴容技術，它的交易費用會非常便宜。比如目前StarkEx托管了ImmutableX、Deversifi和Sorare等協議，從ImmutableX就可以感受到交易費用的便宜——在ImmutableX鑄造和交易NFT的Gas費用均為0美元，就好像不是在鏈上玩似的……用過的人都會有這個感受。

zkSync

MatterLabs推出的zkSync擴容方案是基于零知識證明的zkRollup類以太坊Layer2擴容方案。

zkSync通過引入Validators和Guardians這兩種角色來提升可擴展性：

Validators負責處理交易并打包區塊，Validators需要質押代幣，然后需要為交易提供一份交易零知識證明，證明交易過程都是正確的、沒有舞弊。若Guardians發現作惡，則沒收Validators的質押代幣；若沒有作惡則Validators將得到代幣獎勵。

在這個過程中，通過運用零知識證明，可以讓Guardians不需要知道交易的具體內容，也能知道交易過程是正確的/真實的。基于這個邏輯可以將很多交易過程放在Layer2鏈上處理，而將正確結果反饋到Layer1以太坊鏈上，從而實現以太坊網絡可擴展性的提升。

當然，現在MatterLabs正在推動zkSync2.0，在技術上又有很大的更新。一方面zkSync2.0引入了zkEVM，它將可以把以太坊智能合約部署在zkRollup上。另一方面zkSync2.0將采用Volitions的技術方案，Volitions相當于包含了zkRollup和Validium，可以同時支持ZKRollup和Validium或其他組合模式的多種數據可用性模式。將選擇權交還給用戶，用戶可以選擇具體在哪種模式下交易。在ZKRollup模式下，所有數據都在鏈上提交，狀態更新的有效性由零知識證明來保證；在Validium模式下，數據被保存在鏈下，只有最新狀態以及該狀態有效性證明在鏈上提交。

總而言之，零知識證明類的技術方案已經成為以太坊網絡擴容方面的最主流方案。

zk在隱私方面的應用

零知識證明用于隱私方面，具體又分為交易隱私和數據隱私。

交易隱私方面基本上是使用zk-SNARK以及基于zk-SNARK的衍生技術。這部分不再贅述。核心工作流程就是：

設置一個可信初始設置，以保證系統的初始安全；

設置一個范圍證明，以防止環繞攻擊；

檢查inputnote=outputnote，以確保UTXO的正確性。

零知識證明除了用于交易隱私保護，也可以用于數據隱私保護。比如你的年齡，通過零知識證明機制，你可以不需要提供具體的身份信息，只需要通過簡單的零知識證明算法——比如證明你的年齡大于等于18周歲，即可證明你已經成年，具備參與某項活動的權利——通過這種方式既可以實現數據隱私保護，也可以證明你具備某些資格。

零知識證明在未來的鏈上聲譽證明方面可能也會有很多應用場景。比如現在的鏈上信用問題，核心難點在于尚未建立個人鏈上身份體系。鏈上身份不好建立的原因最少有兩點：

第一，現實身份的證明工具不適合作為鏈上身份證明。鏈上錢包與現實身份并不具備一一對應關系，而且一定程度上講現實身份的證明工具在Crypto領域里也不適合作為身份證明，一方面很多Crypto的資產持有者不愿意透露個人的身份信息，另一方面即使DeFi協議掌握了違約用戶的個人身份信息，在很多國家和地區USDT等Token的權益是不受法律保護的，要這身份證明對于違約的追責沒有用。

第二，鏈上用戶不愿意泄露過多個人資產方面的隱私。要給每個鏈上用戶打信用分，就需要掌握用戶的各個方面的鏈上資產和鏈上行為的信息。但是很多用戶不愿意讓別人知道自己有哪些地址，做了哪些交易……之類的信息。但若要給鏈上用戶一個合理的信用分，卻又需要盡可能多掌握用戶信息。所以，在鏈上聲譽、鏈上信用方面，可能也需要零知識證明的賦能。

總而言之，零知識證明在擴容和隱私方面的應用是當前行業發展的明牌趨勢。

來源：金色財經

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