硬核解讀：零知識證明（ZK） 為什么重要？_ARK:KRU

作者：Glaze&FundamentalLabs研究團隊

概要

ZK的前景是美好的，它可以讓一些過去不可能的事情變成現實。近年來，ZK領域發生了很多突破性的進展，例如更強的性能、可升級性和不需要信任初始化。這些改進都將ZK推向了應用階段。因此，如果我們要看到一個新的ZK證明系統，我們可以從以下維度進行評判：

一筆交易和十筆交易的證明時間

一筆交易和十筆交易的驗證時間

一筆交易和十筆交易打包后的證明大小

可信初始化

參考字符串長度

CRS支持

SRS支持

遞歸證明支持

能否抵抗量子計算機

安全性基于任何密碼學假設

ZKEVM是ZKRU的下一個里程碑，ZKEVM有三個階段：

共識級

字節碼級

語言級

ZKRU剛剛進入應用階段，生態并不完善。開發者們還沒有發掘出ZK的所有潛力。人們仍不斷從這些前沿理論中得到啟發，以下是值得關注的方向：

充分利用高TPS和低手續費的應用程序

Layer2之間的通信協議/應用程序

聚合流動性

開發工具/框架

基于云的開發工具

具有獨特功能的跨Layer2Layer1應用程序

不同的ZKVM

ZK橋

在其他鏈上應用ZK

擁有遞歸功能的Layer2

ZK在DAO和社區治理中的應用

商業化ZK算法

芯片和云計算

ZK的應用聚焦在兩個方面：Rollup和隱私。Rollup比隱私有更好的前景。隱私在某種程度上和區塊鏈的開放精神相違背。另外，隱私可能有合規問題。在Web2時代，我們沒有看到隱私應用程序達到龍頭的位置。所有應用的隱私保護水平在不斷提高，但龍頭應用往往不是主打隱私的引用，而是易用性最強的應用。隱私是有代價的，大多數情況下犧牲了用戶最關心的易用性。

當我們看ZK隱私項目時，以下幾點較為重要：

ZK只是技術，我們要專注產品力和團隊

ZK是個復雜的技術，會拖慢開發進度

ZK有利于DAO治理和身份認證

ZK是機構上鏈的必備技術

直覺

一句話介紹ZK：證明者說服驗證者相信某些聲明是真的，但除了聲明是真的之外，驗證者沒有獲得其他信息。

ZK是為匿名而設計的。試想我們可以證明我們的身份證號碼是有效的，但是驗證者并不能獲得我們的身份證號碼。這在信息過度索取的今天，具有重大意義。

讓我們來看一個更加生動的例子。小明和小紅在玩數獨。小紅想向小明證明她找到了數獨的答案，但同時又不透露這個答案，因為小明還沒解出這個數獨。你將如何設計這個證明？

我們把數獨寫到卡片上。每張卡片上有一個數字。將他們按照答案排列好，正面朝下。小明可以隨機選擇一列，一行或者一塊。小紅將拿出小明所選擇的那些卡片，隨機打亂后，將這些卡牌翻過來，正面朝上。如果這些卡牌是不重復的1-9，那么小明知道小紅解出了數獨的某一部分，但也或許是運氣。重復以上步驟，如果每次都是正確的。那么就幾乎不可能是小紅運氣好，而是小紅真的知道答案。雖然小明得知小紅解出了數獨，但是小明仍舊不知道數獨的答案。

如果你還是有點疑惑，歡迎觀看這個視頻。UCLA的計算機教授將以5種難度形式，解釋什么是ZK。

常見零知識證明流派

在介紹零知識證明流派之前，大家要注意我們常說的ZK-SNARK不是一種算法，而是一種流派。ZK-STARK是一種具體零知識算法的名字。

我們最常見的可能是ZK-SNARK。SNARK的縮寫是succinctnon-interactiveargumentsofknowledge。SNARK最特殊的點在于他的N，非交互性。

簡潔性：驗證所需要的計算資源遠遠小于重新跑一遍需要證明的程序。

非交互性：證明者和驗證者不需要每一輪都溝通。他們只需要在一開始完成可信初始化：其他驗證者也可以在可信初始化之后加入驗證。

Argument：如果證明者有著無比強大的算力，那么他可以生成假證明。如果這種情況發生，主流的公私鑰加密模式也不再安全。

知識：證明者需要知道一些其他人不知道的秘密，才能生成證明。

ZK-SNARK最大的問題在于它需要可信初始化。可信初始化會生成參考字符串。如果RS被泄露，那么任何人都可以生成虛假證明。此外，如何設計多人參與的可信初始化也很具有挑戰性。RS還只能被用于指定的程序。對于其他的程序，我們需要另外的可信初始化。因此ZK-SNARK不可能用于通用計算。另外一點，RS不能升級。如果我們升級了程序，可信初始化要重新運行。

Axie Infinity推出PFP頭像鑄造功能用作數字身份證明:5月24日消息，鏈游Axie Infinity宣布上線Axie化身鍛造（Axie Avatar Forge）功能，這是一種旨在為用戶頒發數字身份證明的標準化和可擴展的方式。Lunacians現在可以在Axie APP上使用他們的Axie來打造獨特且可自定義的PFP頭像。[2023/5/24 22:14:38]

為了解決這一系列的問題，科學家們找到了兩個方向：

TransparentSetup：可信初始化生成公共參考字符串。CRS是公開的，不需要保密。Fractal，Halo，ZK-STARK，SuperSonic都是采取了這一條路線。這一條路線的問題是生成的證明占用太多的存儲，來到了kB的量級。對于區塊鏈來說，存儲是非常昂貴的。

UniversalSetup：可信初始化生成了結構化參考字符串，但它需要保密。SRS讓可信初始化可以用于不同的程序，這讓通用計算的證明可能實現。Marlink，SuperSonic-RSA和Plonk都采用了這條路線。

業界廣泛采用以下幾種算法：

Groth16：Zcash一開始使用了這種算法。它是零知識證明中的跑分對照組，因為它具有證明快，生成的證明小的特點。它的缺點是需要可信初始化，并且一次可信初始化只能針對一個程序。它擁有最完善的工具鏈。

Sonic：支持UniversalSetup.SRS的大小和程序大小成線性關系。生成的證明是固定大小，但是驗證需要消耗很多的計算資源。Sonic讓通用計算的零知識證明變為可能。

Fractal：支持遞歸。生成的證明占用較多空間。

Halo：支持遞歸，但并不滿足簡潔性因為證明時間是非線性的。Halo2是目前主流使用的證明系統。

SuperSonic：第一個實際的，可以應用的TransparentZK-SNARK。

Marlin：程序可以升級。性能處于Sonic和Groth16之間。

Plonk：程序可以升級；參與者按照順序加入可信初始化。這讓進行有很多人參與的可信初始化不那么復雜；Plonk使用Katecommitments而不是多項式承諾。許多現代化的零知識證明系統都構建與Plonk之上。Plonk有著非常優秀的工具鏈。

如果你想挑幾個算法仔細研究，Groth16，Halo，Plonk是最好的選擇。

CRS是TransparentSetup路線中生成的公共參考字符串。SRS是UniversalSetup路線中生成的結構參考字符串。證明的大小將決定要占用Layer1多少的存儲空間。證明和驗證的時間決定了計算資源的消耗。

Source:ComparingGeneralPurposezk-SNARKs

下圖是零知識證明算法的Benchmark，基于這個實驗。

Source:ComparingGeneralPurposezk-SNARKs

以下有更多的Benchmark和算法對比：

BenchmarkingZero-Knowledgeproofswithisekai|byGuillaumeDrevon|SikobaNetwork|Medium

Zero-KnowledgeProofs:STARKsvsSNARKs|ConsenSys

CommunityProposal:ABenchmarkingFrameworkfor(Zero-Knowledge)ProofSystems(zkproof.org)

ComparisonofDifferentzk-SNARKs

總結以下，當我們看到一個新的ZK算法時候，以下指標是我們需要在意的：

一筆交易和十筆交易的證明時間

一筆交易和十筆交易的驗證時間

一筆交易和十筆交易打包后的證明大小

可信初始化

參考字符串長度

CRS支持

SRS支持

遞歸證明支持

能否抵抗量子計算機

安全性基于任何密碼學假設

ZK在最近幾年走出實驗室，逐漸步入應用。ZK兩個主要應用方向是Rollup和隱私。ZK對于隱私產品的變革是顯而易見的，得益于ZK可以讓驗證者不獲得任何額外信息。Rollup依賴于ZK的兩大特性：簡潔和遞歸。簡明的特性有助于驗證者節省大量的計算資源。驗證者不需要重新運行整個程序。遞歸特性有助于節省存儲空間。通過遞歸，區塊鏈可以保持一個固定的大小。這也有利于去中心化，因為這樣的區塊鏈節點在什么樣的硬件上都可以跑起來。

ZK應用開發流程

獨立開發一個ZK應用非常復雜，開發需要掌握以下技能：

算法，底層算數，優化技能。開發者需要這些技巧來解決一些有限域算術、多項式承諾和橢圓曲線問題。

勒布朗·詹姆斯“LeBron 1/1 Unique Card”以近7萬美元成交價被拍賣，創Sorare NBA第三高交易記錄:金色財經報道，勒布朗·詹姆斯“LeBron 1/1 Unique Card”NFT球星卡以69,165美元的成交價在Sorare被拍賣，創造了Sorare NBA平臺迄今為止第三高NFT交易記錄，僅次于2月初成交的NBA雄鹿隊球星“字母哥”揚尼斯·阿德托昆博的NFT球星卡（18.6萬美元）和安東尼·戴維斯的NFT球星卡。[2023/2/15 12:07:17]

ZK證明系統，如ZK-SNARKs、Plonkish和如何可信初始化。開發人員需要選擇適當的ZK證明系統，并對其進行定制。

電路編程技能。開發者需要講常用密碼學算法編寫成電路，如MerkleTree和Hash。

應用和密碼學協議開發。

有效的開發工具可以加速開發過程，也可以降低復雜性。例如，像Circom這樣的工具可以解決底層代數和證明系統。開發人員可以忽略代數和ZK證明系統，專注于電路編程和應用開發。

Rollup機制

Rollup的想法很簡單。由于鏈上計算較為昂貴，因此Rollup希望安全地將計算移動到鏈下，并只在鏈上存儲計算結果。

哈希樹的狀態根存儲在Rollup合約中。Rollup智能合約從Layer2提交的信息中更新狀態根。

Source:AnIncompleteGuidetoRollups(vitalik.ca)

Source:AnIncompleteGuidetoRollups(vitalik.ca)

ZKRollup使用零知識證明來確保從Layer2提交的新狀態根是正確的。驗證者只需要驗證這個證明就可以確認新狀態根的正確性。驗證者并不需要一個個重新執行Layer2提交的交易。這大大節省了驗證者的工作量，提升了TPS。這節省計算量的部分體現了零知識證明的簡潔特性。依賴于零知識證明的簡潔性，完備性，合理性，ZKRU得以安全地提升TPS。

ZKRU整體來說優于OptimisticRollup。OPRU的TPS略差，并且需要更長的提款周期，因為它依賴于欺詐證明。那么等ZKRU全面鋪開以后，不就是ZKRU碾壓OPRU了嗎？并且OPRU目前的生態并不算過于領先。OPRU并沒有坐以待斃，他們嘗試將ZK融入自家的解決方案來提升TPS，解決原生提款周期過長的問題。例如，他們將ZK應用于狀態變化，這樣就可以縮短欺詐證明所需要的時間了。

角色

在Rollup的體系中，一共有三個角色：

用戶：用戶在Layer2提交交易。他們從Layer1充值資產至Layer2

Rollup節點：Rollup節點負責維護Layer2網絡的正常運行。它們需要生成證明，執行交易，打包交易，參與欺詐證明

Layer1:Layer1保證了Layere2的安全性，并負責共識的達成。大部分Layer1目前都是以太坊。

Source:Understandingrollupeconomicsfromfirstprinciples

經濟模型

經濟模型中最重要的就是成本和收入。對于Layer2來說，支出基本上是以下幾個：

生成證明的計算成本

切換狀態的計算成本

Layer1交易手續費

Layer1數據存儲成本

其中Layer1數據存儲成本最為昂貴。這張圖展示了數據的傳遞。首先用戶遞交交易給Rollup節點。Rollup打包多筆交易并生成證明，存儲在Layer1中。

Source:Understandingrollupeconomicsfromfirstprinciples

這張圖展示了Rollup在Layer1上的支出已經它們的收入：

Source:L2Fees.infoin3/28/2022

Layer2最常見的收入是手續費和MEV。手續費基于網絡的情況，MEV則取決于用戶的交易。Layer2也會發行屬于自己的代幣，并且獎勵給Rollup節點。

常見ZKRU

這張圖展示了常見Layer2以及他們的市場占比。目前Arbitrum占據市場半壁江山。

Source:https://l2beat.com/on3/28/2022

下圖展示了不同Layer2使用的不同技術：

狀態驗證

欺詐證明：允許白名單執行者監控鏈上交易，并指出錯誤狀態。

零知識證明：使用ZK-STARKs來證明狀態的正確性。

SN：ZK-SNARKs

僅在退出驗證：退出網絡時，狀態會被驗證。中間狀態并不會被驗證。

互動證明：需要多筆交易來解決糾紛。

一輪：只需要一輪證明來解決狀態糾紛。

報告：鏈游日活用戶數在自10月以來下降30%:2月14日消息，Messari報告顯示，自10月以來，區塊鏈游戲日活躍用戶數量下降了30%，新用戶數量下降了34%。

報道稱，在過去幾個月中，加密貨幣價格和NFT交易量的急劇下降導致市場情緒低落。但對區塊鏈游戲和NFT項目的投資一直保持強勁，每月吸引數億美元的新風險投資。上個月這一趨勢仍在繼續，NFT游戲垂直領域在所有類別中獲得了最多的資金，超過了基礎設施和金融服務。（The Block）[2023/2/14 12:05:51]

數據可用性

鏈上：構建證明需要的所有數據都在鏈上。

外部數據委員會：構建證明需要的所有數據都不在鏈上。數據委員會負責保護和提供數據。

外部：構建證明需要的所有數據都不在鏈上。

升級

是：可以隨時升級，不需要任何公告。

21天延遲或無延遲：有21天的延遲，除非安全委員會多簽通過了立即升級。

故障序列

L1交易：用戶可以在L1提交一筆交易來強制L2打包自己的交易。

強制交易/L1退出：用戶可以在L1提交請求來強制L2打包自己的提款請求，但這意味著用戶需要找在系統之外找到交易對手方。

強制L1退出：用戶可以在L1提交請求來強制L2打包自己的提款請求。

構建區塊：用戶需要自行運行節點來構建區塊。這個區塊包含了用戶想要打包的交易。這要求用戶自行計算ZK證明。這對算力有很大要求。

L1退出：用戶只能在L1提交提款請求。

驗證失敗

逃生艙：用戶可以在無需信任的情況下拿回押金。用戶需要提交資金的哈系樹證明。押金將會以上一次狀態中的平均價格退出。

構建區塊：用戶需要自行運行節點來構建區塊。

Source:https://l2beat.com/on3/28/2022

Source:https://l2beat.com/on3/28/2022

Ethhub列出了ZKRU的幾個主要優缺點：

優點

降低用戶手續費

優于OPRU的性能，手續費，提款周期

區塊可以并行運算，有利于去中心化

更高的TPS

更短的提款周期，優于欺詐證明

缺點

計算證明需要大量的資源

ZKRU的可信初始化較為中心化

量子計算可能會損害安全性

安全假設包含不可驗證的信任

目前大部部分ZKRU只支持支付和有限的功能。zkSync是Gitcoin的支付層。ZKRU大多使用自定義虛擬機，并不兼容EVM。例如，StarkEx+Cairo和zkSync1.0+Zinc。

ZKEVM是ZKRU的下一個里程碑。ZKEVM可以劃分為三個等級：

共識級：ZKEVM和主網上的EVM等價。生成的狀態根是通用的。以太坊在未來計劃實現主網上的ZKEVM。

字節碼級：ZK證明系統在這個階段非常重要，需要對EVM友好。字節碼級的ZKEVM生成的狀態根與EVM的狀態跟格式不一樣，因為ZKEVM采用不一樣的密碼學算法。EVM使用的那些對于ZK證明系統不友好。Scroll和Hermez采用這個解決方案。

語言級：在這個級別，并沒有真正的ZKEVM。一個轉譯器將Solidity編寫的智能合約或者字節碼轉譯成自定義虛擬機可以執行的格式。zkSync和Starkware都是采用這個解決方案。這個方案的缺陷是，并不能兼容EVM的所有功能。

以太坊基金會的JustineDrake計劃在2022年底看到可用的字節碼級ZKEVM，但會有以下限制：

與主網相比，較小的GasLimit。

中心化節點由于生成證明需要大量的算力。用戶將在2023年使用他們的GPU生成證明。2024年，ASIC將投入使用。節點運營者將從CPU到GPU，FPGA，最后到ASIC。

由于ZKEVM的工程復雜度，ZKEVM會存在Bug。

為了進一步降低手續費，一些ZKRU正在實現Volition，將數據存儲的地方從以太坊到鏈下。

市場上目前有16個ZKRU，其中7個發行了代幣，總市值150億美金，占加密貨幣總市值的0.67%。

Polygon

Polygon目前在實現4個ZK產品：

Miden：實驗性質的ZKRU通用計算平臺，TPS1k+，15min提款，5秒產出1個塊，隱私交易。

Nightfall：Nightfall是一個ORU，集成了ZK來實現隱私交易。一筆交易需要9kGas，110TPS，為安永會計師事務所設計。

Hermez：EVM兼容的ZKRU，2kTPS。目前網絡已經上線，幾乎沒有交易量。

IBC Group創始人：SBF與LUNA和3AC崩盤事件有關:11月11日消息，投資公司IBC Group創始人兼首席執行官Mario Nawfal發推文稱，一知情人士在我空間里分享了關于FTX創始人Sam Bankman-Fried（SBF）導致LUNA崩潰和擊毀三箭資本的故事，且趙長鵬知道此事。趙長鵬曾多次警告SBF的魯莽行為，但SBF無視他。隨著事情變得更糟，趙長鵬別無選擇，只能將這個問題公之于眾。這導致趙長鵬在3天前發布了一條推文，搞垮了FTX。我詢問了消息來源以確保它不是錯誤信息，結果證明這是趙長鵬的一個非常親密的朋友，演講者是主要中心化交易所的資深人士。不過，Mario Nawfal稱其刪除了（具體描述上述事件的）推文，因為上述演講者立即了面臨巨大的壓力和威脅，為了避免此人陷入困境隨即刪除了它。

三箭資本聯合創始人Zhu Su轉發上述推文。此前昨日消息，Zhu Su發推表示，Alameda一直在做FTX用戶的對手盤，但LUNA事件導致其巨額損失。[2022/11/11 12:50:53]

Zero：通用ZKRU計算平臺，支持遞歸。只需要0.17s就可以生成證明。證明大小45kB。一個賬戶只占用5bits。

zkSync

zkSync由MatterLabs創立于2019/12基于Plonk開發。目前zkSync支持支付功能以及有限的智能合約功能。智能合約需要用Zinc進行開發。

zkSync2.0測試網在2022/2上線，兼容EVM。MatterLabs將大部分OPCODE電路化實現在不修改證明系統的前提下，實現EVM兼容。目前zkSync2.0并不支持ADDMOD，SMOD，MULMOD，EXP，CREATE2和KECCAK256。在這種解決方案下，Solidity成為了一等公民。

zkSync2.0的GasPrice是根據以太坊主網GasPrice和ZK證明成本動態變化的。受以太坊主網GasPrice影響的原因是zkSync會將數據打包存儲到以太坊主網。

為了進一步降低手續費，提高TPS，zkSync計劃發布ZKPorter。用戶可以選擇將他們的賬戶數據存儲在ZKPorter上來降低手續費。如果一個賬戶數據存儲在ZKPorter上，則它所有的交易都將由ZKPorter確保數據可用性，交易不再能提交到以太坊主網上。

以下是關于zkSyncTVL和資金種類的圖表。大部分zkSync上的資金都是穩定幣。

Source:Duneon3/28/2022

Source:Duneon3/28/2022

Starkware

Starkware在2018/5由Zcash核心團隊成員創立。

Starkware有兩個產品：StarkEx，StarkNet。

StarkEx是一款SaaS產品，為項目方提供ZKRU解決方案。目前客戶包含dYdX，DeverseFi，Immutable，Sorare。dYdX每周有4k活躍用戶。

Source:Layer2PublicDashboard·Metabase(dydx.exchange)

Source:Layer2PublicDashboard·Metabase(dydx.exchange)

StarkNet是更加開放的ZKRU相比于StarkEx，任何人都在可以在上面部署合約。StarkNet目前不兼容EVM。StarkNet使用Cairo來編寫智能合約。

Starkware也在推進ZKEVM。他們用了和zkSync不一樣的解決方案。他們使用Warp來將Solidity編寫的智能合約轉譯成Cairo。這個解決方案并不如zkSync的解決方案，對Solidity的兼容性較差。

StarkNetAlpha兼容ZKEVM在2021/11上線。目前每日交易數量為1033。

Loopring

Loopring是一個基于ZKRU的交易所，提供低手續費的交易體驗，可以達到2kTPS。

Loopring在2018發行了代幣$LRC。目前市值為13億美金。Loopring總共有65k

用戶，每天用戶增長數為167，每日交易量為10896。

dYdX是Loopring強力的競爭對手。在未來，當ZKEVM正式投入應用，會涌現出一大批DEX，因為Solidity的開發速度比開發Layer2快很多。新的項目Fork也很快。整個交易所的競爭將非常激烈。

ZKRU中的機會

在過去，我們經常聽到一些高TPS，低手續費的鏈標榜自己為以太坊殺手。隨著時間的推移，大部分以太坊殺手殺死了自己。剩下的鏈都找到了自己的發展方向，如DeFi，GameFi。這些鏈也有了自己的特色應用和完整的生態。

現在開發一條高TPS，低手續費的鏈不難，難就難在生態和特色應用。因此我們不能只關注紙面性能數據，而要注重用戶，生態和特色應用。

成都將發放1.6億元數字人民幣線上消費券:金色財經消息，6月10日，成都“520”數字人民幣線上消費券即將發放，此次消費券由財政資金與電商平臺數字人民幣運營機構（各試點銀行）優惠疊加共計發放1.6億元，涵蓋零售、餐飲、文化、旅游等行業。（證券時報e公司）[2022/6/6 4:06:28]

Layer2具有的特點是高TPS，低手續費，完整的生態。雖然不少Layer2ZKEVM主網還沒上線，但是已經和很多項目達成了合作。

Moonbeam目前的狀態就很像一條Layer2。它背靠Polkadot，和大DeFi項目有合作，有完整的DeFi生態和跨鏈橋，但是缺少特色應用。下圖是Moonbeam的TVL圖。

Source:Defillamaon3/29/2022

因此完整的生態對于Layer2是不夠的，Layer2還需要發掘出它的特色。

特色應用

能夠充分利用Layer2長處的特色應用將是Layer2之間競爭的關鍵。目前我們發現的是類似dYdX的交易所可以充分利用低手續費，高TPS。另一個有潛力的應用便是鏈游，他們的需求與交易所類似，也是低手續費，高TPS。

跨Layer2應用

Layer2們共享同一個Layer1，因此構建跨Layer2應用將安全的多。我們期待看見開發者利用這個特性，實現一些具有創新的應用。這些應用將不能被復制到跨鏈生態中，因為只有Layer2才共享同一個Layer1。例如Starkware提出了聚合跨鏈流動性的構想，所有流動性存儲在Layer1，但是可以在Layer2中進行使用。

開發組件

開發ZK應用是復雜的，開發者需要了解代數，證明系統，電路編寫和協議開發。因此他們需要一些合適的開發工具來加速開發，做適當的抽象，省去一些底層的開發。

除此之外，定制化Layer2也將在未來有絕佳的市場。這類型的開發框架可能類似CosmosSDK和Polkadot的Substrate。

當一個應用變得熱門，它不可避免的需要占據更多的計算資源。為了降低手續費，它可以選擇做一條自己的鏈，遷移到Layer2和自己定制一條Layer2.

AxieInfinity便面臨著一樣的問題。在那個時候，Layer2還不成熟，定制Layer2的成熟方法也根本不存在。因此AxieInfinity只能自己開發一條鏈，來自定義手續費。這帶來了幾個問題：

不能和以太坊共用生態

無法享受以太坊的流量

跨鏈橋安全性

在不遠的未來，遷移到Layer2或許是一個不錯的選擇，但是在Layer2開發終將面臨一樣的問題。應用并沒有完全的自主性，還是會面臨一些限制，所以最有前景的選擇是定制化做一條Layer2。如果那時候跨Layer2非常的成熟，Layer2和以太坊的交互也很方便，定制化的Layer2的使用體驗將無比絲滑。

與以太坊結合

Layer2如何與Layer1結合也是一個有意思的方向。只有Layer2和Layer1良好結合，用戶才更容易從Layer1遷移到Layer2。這包含了更好的資產橋和通訊協議。

不同的VM

ZKEVM是ZKRU的下一個里程碑。ZKEVM分為三個級別：

語言級別：在這個級別，其實并不存在ZKEVM。我們有一個ZK友好的自定義VM和一個轉譯器。轉譯器將Solidity編寫的智能合約翻譯成這個自定義VM可以執行的形式。zkSync和Starkware都采用這個形式。這個形式的好處是開發速度快，但是無法兼容EVM的所有功能。

字節碼級別：在這個級別我們有一個完全兼容的ZKEVM。我們的證明系統對于EVM非常友好。缺點是這一級別生成的狀態根和主網EVM的狀態根根式不一樣。Scroll和Hermez正在實現這一級別的ZKEVM，預計在年底可以推出。

共識級別：共識級別的ZKEVM運行在主網上，這一級別的ZKEVM和EVM別無二樣。

除了ZKEVM，我們可能也會看到其他虛擬機，例如ZKWASM等。

Layer2在其他鏈

zkLink在Solana推出了Groth16。ZKRU在其他鏈上或許也有機會。ZKRU可以賦予項目更大的自由，以及隱私性。對于企業來說，他們有必要保護客戶的隱私。因此Layer2也是讓這些企業上鏈的一個機會。

ZK橋

目前大家都在努力實現一個無需信任的跨鏈橋，但所有的橋都需要相信第三方。雖然這些橋都要求參與者抵押資產，但我們很難具體計算作惡的成本和收益。ZK可以應用在跨鏈橋中，用來生成交易證明。這樣我們就不需要相信預言機所傳遞的信息，只需要對證明進行驗證就好。目前ZK跨鏈橋的問題在于如何生成區塊的證明，而且擴展性堪憂。不同的鏈需要開發不同的電路來生成對應的區塊證明。

ZK商業算法

商業算法廣泛出現在專業領域，例如線性求解器，GPT-3等。如果ZK始終維持著高入門門檻，開源便不能幫助其降低開發和維護成本，因為沒有人有能力來為其做貢獻。在這種情況下，便會出現ZK商業算法。目前大部分ZK從業者擁有Ph.D.學位。

定制化芯片

隨著更多的用戶流入Layer2，Layer2將捕獲更多的價值。礦工們也將進行軍備競賽，購買性能更強大的礦機。在以太坊的路線圖中，未來將集成ZKEVM。Filecoin目前也投入了ZK，礦工需要是生成證明。這也就是說礦工必須需要一枚可以快速生成零知識證明的芯片。

縱覽以太坊和比特幣礦機，一開始礦工們使用觸手可得的CPU和GPU進行挖礦。在這個階段，軟件開發者需要為算法適配硬件加速。在這之后FPGA出現了。FPGA具有更好的能耗比，更強的性能，并且是可編程的。用戶可根據算法的不同，對FPGA進行編程，來適應算法。ASIC最后出現，因為它的設計，量產需要更長的時間。ASIC具有最好的能耗比，最強的性能，但是缺點是生產周期長，并且不具備可編程性。

未來是屬于ASIC還是FPGA將取決于這些Layer2會不會頻繁切換證明系統。每年都有更好的證明系統被開發出來。如果Layer2頻繁進行切換證明系統，只能適用于單一計算任務的ASIC將被迫不斷推出新產品，但同時Layer2切換證明系統也會帶來很多工程化上的問題，例如重新適配ZKEVM。

遞歸

遞歸可以使區塊鏈有更小的體積。更小的體積意味著節點可以運行在低端設備中。這非常有利于去中心化。簡潔的特性使區塊鏈可以無副作用的提升TPS。因此遞歸和簡潔將可以打破區塊鏈的不可能三角：安全性，去中心化和TPS。

隱私

ZK已經被用于很多隱私項目中。例如，TornadoCash，Zcash，DarkForest。保護隱私分為三個階段：

交易隱私：用戶可以隱藏他們的交易。

通用計算隱私：目前以太坊上的所有計算過程都是公開的。任何人都可以看到輸入，輸出，和狀態轉換。通用計算隱私將隱藏這些計算過程。

函數隱私：有時調用函數的名稱會泄露信息。例如，mint()往往意味著鑄造代幣。函數隱私將隱藏函數的調用記錄。

目前隱私賽道的總市值約為100億美元，約占整個加密貨幣市場的0.45%。每日交易量約為10億美元。

TornadoCash

TornadoCash是一個基于智能合約的隱私交易工具。它可以用來匿名轉賬，現在支持以太坊，BSC，Polygon，Optimism，Arbitrum，Gnosis和Avalanche。

存款，獲得憑證，提款。用戶就可以完成一筆隱私轉賬。在新版Nova中，用戶可以選擇任意的提取金額。ZK用于生成提款憑證。

下圖展示了TornadoCash的TVL和用戶增長。

Source:Duneon3/28/2022

Source:Duneon3/28/2022

下圖展示了$TORN的價格。$TORN是TornadoCash的治理憑證以及提供流動性的獎勵。

Source:TradingView3/28/2022

Zcash

Zcash是一個使用ZK-SNARK來實現隱私交易的區塊鏈。與基于智能合約的TornadoCash不同，Zcash使用了一條鏈來實現隱私。

下圖展示了Zcash鏈上每日交易量。

Source:ZcashTransactionsCharton3/28/2022

下圖是$Zcash的價格走勢。

Source:TradingView3/28/2022

Zecrey

Zecrey是一個支持以太坊、Polygon、BSC、Near和Avalanche的隱私支付應用。它處于保護隱私的第一層，交易隱私。Zecrey提供一個瀏覽器錢包，用戶可以用它匿名轉賬，交易代幣。這些匿名性都由ZecreyLayer2保證。因此用戶需要先將錢存到ZecreyLayer2中才可以使用這些匿名功能。ZecreyLayer2是ZKRU基于Plonk。Zecrey還支持資產跨鏈。目前Zecrey每日交易量大約為10筆。

Source:Zecrey

Suterusu

Suterusu是一個支持以太坊、BSC、Fantom和Polygon的隱私支付應用。它使用Layer2來保護用戶的交易隱私。它還有一個跨鏈橋，可以在以太坊和BSC之間轉移$SUTER。未來它計劃推出NFT匿名轉賬以及匿名拍賣。Suterus采用ZK-ConSnark，這種算法不需要信任設置。

Suterusu共有15k用戶以及24k筆轉入。目前用戶增速非常緩慢。Suterusu的市值大約1000萬美金。

Source:Suterusu

DarkForest

DarkForest是一款多人網絡游戲。玩家需要占領更多的星球，獲得更多的資源。玩家可以向其他星球輸送能量來占領它們。星球的位置是保密的。玩家需要利用哈希碰撞自己找到這些星球。ZK被用來證明與位置有關的操作：

行星初始化

行星資源的轉移

在DarkForestv0.6第一輪中，有1700名玩家參加。其中700人得到了進入下一輪的機會。在第一輪中，玩家們一共提交了200萬筆交易，花費了大約1.5萬億Gas。假設它是在以太坊上，GasPrice是80，那么這些玩家的手續費總共是120ETH。

StealthAirdrop

StealthAirdrop允許用戶匿名地領取空投。用戶首先使用他們滿足空投領取條件的錢包來生成零知識證明，接著他們可以用其他錢包和這份證明來獲得空投代幣。

StealthAirdrop代表了ZK在治理方面的運用。在現實世界的治理中，我們也廣泛應用匿名這個特性。例如在投票中，如果你發現有影響力的人物都投了贊成票，你也會受其影響，更有可能投出贊成票。因此匿名投票可以幫助用戶獨立投票。

在2021年，以太坊基金會對于ZK的資助主要集中在ZKEVM和治理方面。以太坊基金會主要資助了兩個項目，其中一個就致力于解決投票賄賂問題。

A16Z也實現了類似的東西a16z/zkp-merkle-airdrop-contract。

zkProofofBuffiness這個項目在ETHDanver上發布。用戶可以生成ZK證明來展示他們擁有一個Buffiness，而不透露他們的個人身份信息。這是ZK在身份認證相關的應用。

Source:zkPoB

總結

隱私市場較小。隱私項目很早就出現了。Zcash始于2016年。然而，整個隱私市場只占加密貨幣市場的0.45%。起步晚的Layer2也遠超隱私市場。

將會受益于更高的隱私標準。在不犧牲易用性的情況下，用戶會追求更好的隱私保護。特別是在手機行業，谷歌和蘋果正在推動更嚴格的隱私標準。歐盟也提出保護消費者隱私的法規。像Let'sEncrypt這樣提供SSL證書的基礎設施公司更嚴格的意思標準中受益。在未來，當ZK因為更好的隱私保護而會被這些巨頭公司采用時，ZK基礎設施將有巨大的機會。

ZK是金融機構入駐的必備條件。一些機構在嘗試上鏈，他們有責任保護好客戶的隱私。因此ZK在這個場景下將成為區塊鏈的標配，來提供隱私功能。

有利于DAO治理和身份。匿名在民主治理有著重要應用。ZK可以實現匿名投票，讓投票者獨立思考，不被他人的決定所干擾。身份驗證也可以從ZK中受益。用戶可以在不顯示其實際地址的情況下展示其資產。

忽略ZK，專注于產品的易用性。ZK可以更好地保護隱私，但一個產品并不全是ZK。ZK是一種技術，我們更需要強調產品的易用性。通常，更好的隱私保護并不意味著易用性，但易用性是最關鍵的。因此，要更加關注易用性、市場和團隊。

另一個有趣的項目

ZKRepel

ZKRepel在GR13中成功母子5000萬美金。ZKRepel是要給在線Playground，開發者可以快速體驗如何編寫電路，并生成證明。ZKRepel比較像早期的Remix。

大環境上，我們看到了從本地開發到云開發的范式轉變。在這之中有一些著名的產品，如Codesandbox，Codepen，Codespaces。有了這些產品，開發人員可以在任何地方任何時間使用他們的開發環境。開發者也可以快速建立新的開發環境。Github提出面對日益復雜的軟件開發，開發環境作為基礎設施是必不可少的。Github內部開發環境已經遷移到了自家的Codespaces。

目前沒有關于ZK開發者數據的明確統計。從Github上的數據來看，ZK開發者比Solidity開發者少了500多倍。

Source:ZKRepel

更多的ZK項目

Source:HowtofundyourZKProject?

以下項目專門自主或者投資ZK項目。

ZKTechGitcoinGrants：第一輪中為19個項目中匹配了10萬美元。

0xPARCGrants：支持以太坊和其他去中心化平臺在應用層面的創新。

zkDAO：由zkSync和BitDAO支持的新推出的2億美元基金，以支持zkSync生態。2億美元中的7.5%將用于Grants。

PolygonZK基金

AztecGrants：目前的重點是跨鏈橋、工具和分析。

HarmonyZK基金：專注于ZK和隱私研究的1000萬美元基金。

ZKValidator:：專注于ZK的基金。過往投資有Aztec,Penumbra,Ironfish,Anoma,zkSync,Aleo,Diversfi。

Aleo推出的ZPrice

NilFoundation：致力于數據庫和密碼學方面的項目。

總結

ZK的前景是美好的，它可以讓一些過去不可能的事情變成現實。近年來，ZK領域發生了很多突破性的進展，例如更強的性能、可升級性和不需要信任初始化。這些改進都將ZK推向了應用階段。因此，如果我們要看到一個新的ZK證明系統，我們可以從以下維度進行評判：

一筆交易和十筆交易的證明時間

一筆交易和十筆交易的驗證時間

一筆交易和十筆交易打包后的證明大小

可信初始化

參考字符串長度

CRS支持

SRS支持

遞歸證明支持

能否抵抗量子計算機

安全性基于任何密碼學假設

ZKEVM是ZKRU的下一個里程碑，ZKEVM有三個階段：

共識級

字節碼級

語言級

ZKRU剛剛進入應用階段，生態并不完善。開發者們還沒有發掘出ZK的所有潛力。人們仍不斷從這些前沿理論中得到啟發，以下是值得關注的方向：

充分利用高TPS和低手續費的應用程序

Layer2之間的通信協議/應用程序

聚合流動性

開發工具/框架

基于云的開發工具

具有獨特功能的跨Layer2Layer1應用程序

不同的ZKVM

ZK橋

在其他鏈上應用ZK

擁有遞歸功能的Layer2

ZK在DAO和社區治理中的應用

商業化ZK算法

芯片和云計算

ZK的應用聚焦在兩個方面：Rollup和隱私。Rollup比隱私有更好的前景。隱私在某種程度上和區塊鏈的開放精神相違背。另外，隱私可能有合規問題。在Web2時代，我們沒有看到隱私應用程序達到龍頭的位置。所有應用的隱私保護水平在不斷提高，但龍頭應用往往不是主打隱私的引用，而是易用性最強的應用。隱私是有代價的，大多數情況下犧牲了用戶最關心的易用性。

當我們看ZK隱私項目時，以下幾點較為重要：

ZK只是技術，我們要專注產品力和團隊

ZK是個復雜的技術，會拖慢開發進度

ZK有利于DAO治理和身份認證

ZK是機構上鏈的必備技術

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