KSY:零知識證明系統先行者zkSync

前言

關注區塊鏈的朋友，經常會在圈子里面看到有關零知識證明的信息，而zksync、mina等知名項目都是使用到了零知識證明的相關技術。

而實際上，這并不是什么新技術，早在1985年，由MIT教授ShafiGoldwasser，SilvioMicali和密碼學大師Charles在《TheKnowledgeComplexityofInteractiveProof-Systems》論文中提出。

正是這篇文章提出了零知識證明這個偉大概念，并逐步成為了現代密碼學理論的根基之一，而ShafiGoldwasser和SilvioMicali也于2012年獲得了有“計算機界諾貝爾獎”之稱的圖靈獎。

什么是零知識證明

零知識證明指的是證明者能夠在不向驗證者提供任何有用的信息的情況下，使驗證者相信某個論斷是正確的。或許這樣的描述還不夠通俗，其實在我們日常生活中，也經常會有零知識證明的身影。

零知識身份驗證方案Outdid完成250萬美元種子輪融資，Jump Crypto領投:6月30日消息，總部位于英國的零知識證明隱私身份驗證方案提供商Outdid宣布完成250萬美元種子輪融資，Jump Crypto領投，Superscrypt以及Matias Woloski、Martin Varsavski、Gaston Frydlewski等15名天使投資人參投。

Outdid提供了一個隱私身份驗證工具，通過利用零知識證明來驗證政府頒發的原始文件，而無需中介機構進行驗證并出具證明。2023年5月份，隱私區塊鏈Dusk Network宣布向Outdid投資5萬美元。[2023/6/30 22:09:37]

例1:

比如我有一個車子，我要向你證明我有車子的鑰匙能打開車門。

加密衛星公司Cryptosat和DoraHacks在國際空間站完成零知識證明實驗:1月12日消息，加密衛星開發商 Cryptosat 和全球黑客馬拉松組織者 DoraHacks 合作，在國際空間站 (ISS) 上進行了第一個在太空中發射零知識 (ZK) 證明系統的成功實驗。DoraHacks 和 Cryptosat 表示，在國際空間站上進行的實驗證明了基于衛星的計算環境能夠執行使用 ZK 證明協議所需的部分可信設置過程。 Cryptosat 稱，ZK 證明實驗的成功是證明空間計算環境有效性的重要一步，Cryptosat 正在尋求將一組立方體衛星送入軌道并建立其衛星群。[2023/1/13 11:09:04]

在這里，我要證明的論題是：我有這個車子的鑰匙，第一種做法是，我直接當你的面用車鑰匙打開車門，還有一種做法是，我直接拿出車里面的東西給你看。

以太坊生態零知識協議Semaphore發布V2版本:7月7日消息，以太坊生態針對開發者的零知識協議 Semaphore 推出 V2 版本，更新內容包括不再需要擁有 EdDSA 私鑰，從而實現更簡單的電路（circuit）和更高效的零知識證明生成；用于身份承諾和 Merkle 樹的哈希函數從 MiMC 遷移到 Poseidon，將證明時間減半并提高了 Gas 效率；合約模塊化、三個新的 JavaScript 庫等。

Semaphore 最早由以太坊社區成員 Kobi Gurkan、Koh Wei Jie 和 Barry Whitehat 提出，在 2019 年發布 V1 版，可以讓以太坊用戶可以證明他們的群組成員身份，并在不透露原始身份的情況下發送諸如投票或支持的信號。Semaphore 不是面向用戶的應用程序，旨在為以太坊開發人員提供強大而簡單的工具，以使用私有憑據構建 DApp。[2022/7/7 1:57:35]

第一種方法你直接看到鑰匙開門的過程，這不算零知識證明，因為你看到了鑰匙。

動態 | 波場TRON網絡即將進行零知識證明匿名交易公測:據官方最新消息，波場TRON網絡即將進行零知識證明匿名交易公測，現在誠邀社區參與MPC過程，參與者越多，匿名交易越安全。通過參與MPC，用戶可以將貢獻永久的保存在TRON網絡中。參考見原文鏈接。[2019/12/19]

第二種方法，驗證者并不需要知道我用鑰匙開門的過程，也能判斷出我有這個車子的鑰匙，整個過程我們認為驗證者對于鑰匙是零知識的。

例2:

A是紅綠色盲，B是正常人，現在有一個紅球和一個藍球，除了顏色，其他大小質地等其他因素完全一樣，因為A是色盲，他看到的這兩個球是一樣的，那B如何才能讓A相信這兩個球是不一樣的顏色呢？具體要怎么來做呢？

很簡單，B可以把兩個球都給A，A分別一只手拿一個球，并藏在自己身后，A自己決定要不要交換兩只手的球。

動態 | 安永為以太坊提供零知識證明技術:據coindesk報道，會計公司安永（EY）宣布了一項工具，此工具將把私密交易帶到以太坊。其EY Ops Chain公共版原型是第一個用于以太坊的零知識證明（ZKP）技術。ZKP是一種加密技術，它允許雙方證明一個私密信息是真實的，這通常是關于交易的數據。[2018/10/31]

然后A再把兩只手的球拿給B看，B只需要判斷是否交換球即可，當然一次并不能證明，但如果我們猜100次呢，1000次呢，如果100次，甚至1000次B都能正確猜對是否交換兩個球，那A就可以推斷出這兩個球的顏色是不一樣的了。

在整個過程中，A都不知道球的正確顏色，所以我們認為A對于球的顏色是零知識的，但是A卻通過這樣的方式正確推斷出這兩個球的顏色不一樣。

零知識證明的性質

上面的兩個例子著重強調了零知識證明的“零知識”這個特性，但零知識證明作為一種證明手段，它也應該具備證明的基本性質：一是足夠有說服力，而是無法作假。

具體而言，一種零知識證明的方法需要具備如下三個性質：

完備性：若證明方確實掌握了某論斷的答案，則他肯定能找到方法向驗證方證明他手中掌握的數據的正確性，即真的假不了。

可靠性：若證明方根本不掌握某論斷的答案，則他無法說服驗證方他手中所謂答案的準確性，即假的真不了。

零知識性：驗證方除了知道證明的結果外，對其他信息一無所知。

當然，現實生活中，還有很多這樣的例子，我們不一一列舉，用到零知識證明的項目很多，這里我們一起來了解一下zkSync，zkSync是基于ZKRollup架構的低成本擴容協議，主要通過零知識證明和數據可用性保障用戶資產安全。

zkSync的整體架構工作過程

Watcher負責監控zkSync合約交易，Sender發送zkSync智能合約的交易，而MemPool負責收集交易。

整個過程會產生兩種交易：L1交易和L2交易。

BlockProposer將交易打包，并更改世界狀態(PlasmaState)。在世界狀態更改后，通過BlockCommitter生成證明需要的信息。具體到存款和轉賬流程如下：

存款

1、用戶調用L1zkSync智能合約存儲資金，該交易發生在L1；

2、Watcher監控L1存款交易，當交易發生時則會放入Mempool中，該過程一般會經過10個區塊確認，但實際使用中，可能需要更長時間L1的充幣交易才會在L2中生效；

3、BlockProposer處理Mempool交易打包，并提交StateKeeper更新賬本，充幣交易的狀態隨之變化。

轉賬

1、當用戶想要使用L2低成本快速轉賬時，調用zkSyncAPI提交轉賬交易；

2、交易同樣會按照流程Mempool-->BlockProposer-->StateKeeper進行流轉；

3、最終StateKeeper通知BlockCommiter收集生成零知識證明所需信息，調用PlonK證明系統生成零知識證明后，借助Sender將存款和轉賬等交易數據，以及將對應的零知識證明提交到L1的zkSync智能合約驗證，等待L1交易確認后，Watcher會通知L2更新交易狀態為最終確認。

zkSync采用PlonK零知識證明系統，其中包括ProverServer和ProvingClient，在電路設計上，非常巧妙的將交易分割成一個個小的通用處理單元。

一個Operation對應的證明電路邏輯支持所有可能交易的Operation邏輯。多個有關聯的Operation電路組成交易電路。

多個交易的電路再組合成區塊電路。從而，在固定大小的區塊中也能包含不同組合的交易。zkSync開源了PlonK算法的驗證電路，能進行多個PlonK證明。

相關代碼鏈接如下：

https://github.com/matter-labs/recursive_aggregation_circuit

而在整個充幣和轉賬過程中，zkSync并不需要獨立生成新賬戶，zkSync的L2賬戶和L1賬戶是一一對應的，“共享”一份私鑰，準確的說，L1的私鑰的ECDSA簽名的結果作為L2賬戶的私鑰。

這樣在使用的時候很方便，我們直接使用L1的地址就可以在L2上完成充幣，轉賬或者提幣的操作。

總結

截止目前，imToken和gitcoin已經深度集成了zkSync，后面還會有更多的項目接入，而隨著ETH交易量的高速增長，交易的擁堵和高昂的礦工費必將促進Layer2賽道的競爭，zkSync作為零知識證明系統應用的先行者，或許值得期待。

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