零知識證明：隱私問題的解決方案_STARK:STA

采用零知識證明最知名的技術就是匿蹤幣Zcash的zk-SNARKs。

目前主流加密貨幣，不論是比特幣或以太幣都是匿名資訊公開，簡單來說就是不會有人知道錢包的主人是誰，但是大家都知道這錢包有多少錢、做過哪些交易，這將大幅降低人們使用的意愿。

請想象一下，在加密貨幣支付的生活下，你想瞞著你老婆買SWITCH，雖然他不直接擁有錢包，但他卻能看到你的錢包轉帳金額，與轉到哪個錢包，輕輕松松就能查出你做的好事。

零知識證明是一個相當有趣的驗證方式，能夠在不公開交易資訊的情況下，礦工還能夠驗證交易的有效性。

以太坊創辦人Vitalik Buterin也多次公開贊賞zk-SNARK的零知識證明技術，并表示此技術有助于提升以太坊的交易速度。

零知識證明

究竟零知識證明是什麼意思呢?用一個有趣的方式跟大家解釋。

Filecoin：Filecoin網絡已成為最大的零知識證明網絡:Filecoin發表博客稱，目前Filecoin已成為最大的零知識證明（zk-SNARK）網絡。據官方數據顯示，目前Filecoin網絡每日會運行6至7百萬次零知識證明，每一個零知識證明中包含了超過1億個約束電路證明。目前Filecoin網絡的可信配置已支持最高128M大小的電路證明，單個證明最大已超過100M，而Zcash最高僅支持2M。此外，目前Filecoin實現了通過SnarkPack將10個零知識證明捆綁至單次證明中，并正在研究零知識證明聚合以實現將數千個零知識證明聚合至單次證明中。硬件支持方面，Filecoin將零知識證明中高度可并行化的部分交由GPU完成，將CPU和內存釋放出來進行較為復雜的計算，進一步提高了零知識證明的效率。[2021/7/14 0:51:01]

小時候沒有智能型手機也沒有電腦玩，唯一的樂趣就是玩Whereis Wally，找出圖片中Wally在哪里，大家可以玩玩看，回味一下沒有3C的童年時光。

如果你找了十分鐘還是找不到，開始懷疑我在騙你，Wally根本不在圖片里的時候，零知識證明就能太上用場了！

零知識證明系統Bulletproofs+代碼獲準可在門羅幣協議中使用:12月30日，門羅幣發推宣布，零知識證明系統Bulletproofs+的代碼現已獲得許可，可在Monero協議中使用，以替代現有的Bulletproofs零知識證明系統。新系統將使得門羅交易結構變得更小，錢包交易速度更快以及網絡驗證速度更快。此外，官方表示，該代碼具有功能性并包括對基礎算法的測試，若考慮將來在門羅幣網絡升級中進行部署，則應該由第三方進行審核。[2020/12/30 16:04:23]

零知識證明的概念就是“不透漏詳細資訊的情況下，證明自己知道真相”。

如果我直接告訴你Wally在哪里，那你就沒辦法繼續玩了，所以我給了你一張Wally的截圖:

透過這張圖，除了能夠證明Wally真的存在，而且我知道在哪里之外，由于你不知道Wally的實際位置，你還能夠繼續尋找Wally，零知識證明就是這麼簡單的概念。

StarkWare零知識證明驗證程序ethSTARK已通過PeckShield安全審計:8月11日消息，區塊鏈安全公司PeckShield官方宣布，StarkWare公司零知識證明驗證程序ethSTARK已通過其全面安全審計服務。

ethSTARK是一個以太坊基金會支持的，由StarkWare公司開發的零知識證明（ZKP，Zero Knowledge Proof) 驗證程序，它實現了比現有ZKP算法更快的驗證速度，進一步提升了StarkWare在零知識證明領域的技術影響力。[2020/8/11]

交互式零知識證明

了解零知識證明之后，我們再來介紹什麼是交互式零知識證明，我們一樣用童年游戲來跟大家解釋。

有一天阿菜出了一道數獨的題目給阿平，阿平回家玩了三天三夜，發現根本解不出來。

由于阿菜平常做人不老實，阿平懷疑阿菜的這道題目根本沒有答案，只是隨便填幾個數字進去，于是隔天氣沖沖地跑去找阿菜。

但是阿菜覺得自己秀才遇到兵，有理說不清，這道題目明明就是好不容易設計好的，于是阿菜就決定用一個方式證明給阿平看，讓他知道這道題目是真的有解。

零知識證明研發機構StarkWare啟動基于STARK的可驗證延遲函數服務:零知識證明研發機構StarkWare在以太坊主網上啟動了基于STARK的可驗證延遲函數（VDF）服務VeeDo。VDF是一種可通過計算提供延遲和時間滯后的函數。StarkWare打算用VeeDo解決的第一個應用是以太坊上的無需信任的、不可支配的隨機性概念驗證（PoC）。目前，該PoC已在主網激活。另外，StarkWare還在研究時間鎖（TimeLock）以及下一代PoW機制。

注：2018年7月份，StarkWare獲得了以太坊基金會提供的400萬美元資助，將研發對STARK友好的哈希函數和技術，并為生態系統提供開源代碼。STARK將允許區塊鏈在兼備隱私和后量子安全的情況下進行大規模擴展（例如分片）。（Medium）[2020/6/24]

阿菜先讓阿平轉過身去，阿菜拿出81（9×9）張空白的卡片放在桌上，在每張紙上寫上1-9中的一個數字，然后把這81張卡片按照解答順序排列在桌上，代表謎底的卡片，數字面朝下放在桌上，公開數字的卡片，則數字面朝上放在桌上。

零知識證明研發機構StarkWare將在幾周內開源ethSTARK:零知識證明研發機構 StarkWare 稱，2018年我們獲得以太坊基金會的資助去探索對 STARK 友好的哈希函數以及開源 ZKP 代碼。我們將在幾周內提前完成我們的工作。ethSTARK代碼的運行速度將比現有的任何 ZKP 代碼快20倍。注，2018年7月份，StarkWare稱獲得了以太坊基金會的資助（現金+代幣），將研發對STARK 友好的哈希函數和技術，并為生態系統提供開源代碼。STARK將允許區塊鏈在兼備隱私和后量子安全的情況下進行大規模擴展（例如分片）。[2020/5/26]

排好之后，阿菜叫阿平轉過身，跟阿平說“現在我全部都按照順序擺好了，但是我不會讓你看答案，你可以隨意選擇按照行、列或按照3×3的九宮格來檢驗，你可以隨便選一種。”

阿平不知道阿菜葫蘆里賣甚麼藥

“不給看答案，就能讓我知道你沒騙我，我看你搞甚麼花樣，我在“行”與“列”當中選擇檢驗“行”。”

于是阿菜按照順序將每一行的牌收起來，裝在麻布袋里，并將所有的牌搖散。

“好了，你隨便選一袋吧，只要袋子里的數字是1~9就代表我的題目沒有錯。”

阿平把每一個袋子打開，仔細檢查每一個袋子里的牌，結果數字確實都是1~9沒有重復，但是阿平很不服氣。

“那又怎樣，雖然”行”的數字沒有重復，那也不代表”列”跟”九宮格”里的數字沒有重復阿。”

阿菜解釋

“可是我事先也不知道你會按照”行”、”列”還是按照”九宮格”來檢驗啊。我是按照題解來放置卡片的，你選啥我都沒在怕的”

阿平想了想，確實，一個數獨只有真正正確的解才能保證每一行、每一列、每一個九宮格里的數字都是沒有重復的1-9。

阿菜如果真的在騙他，阿平也至少有1/3的概率可以抓到他在騙人。

阿平又按照同樣的方式輪流將”行”、”列”和”九宮格”檢驗了好幾遍，結果袋子里的數字真的都沒有重復。

藉由這個故事，我們發現，阿平選擇”行”、”列”和”九宮格”，阿菜再將卡片收集起來交給阿平驗證，像這樣一來一往，不斷提出證據給對放驗證，就是所謂的“交互式零知識證明”。

“交互式零知識證明”需要驗證方（阿平）在證明方（阿菜）放好答案后，不斷的發送隨機試驗，是最簡單的零知識證明與驗證方式。

就象是我們打電話給銀行客服，客服人員會詢問你的出生年月日與身分證字號，來驗證你是否為本人。

然而，這種方式只有建立在驗證方與證明方對立的情況下才能成功，一旦牽涉到第三方，驗證和證明雙方事先串通好，那麼他們就可以在不知道真實答案的情況下作弊。

因此衍生出了另一種證明與驗證方式“非交互式零知識證明”。

非交互式零知識證明

后來阿平跟阿菜找了阿佑一起玩數獨，阿平跟阿菜向阿佑展示了這個驗整方式，阿平將”行”、”列”和”九宮格”檢驗了一輪后，只見阿佑沉默不語，若有所思。

隔天阿佑找來阿菜跟阿平

“你們平常最愛胡搞瞎搞，我很難信任你們，昨天你們的驗證方式，如果你們兩個串通好，那檢驗出來的答案就不值得相信，所以我做了這臺機器‘零知識數獨非交互式證明機’。”

這臺機器基本上就是把阿菜和阿平之前當面做的那套證明自動化，不再需要人為交互驗證。

阿菜只要把卡片放在傳送帶上，機器會自動選擇按行，或列，或九宮格來收取卡片，放到袋子里打亂順序，然后把袋子通過傳送帶再送出來。然后阿菜就可以當著大家的面拆開袋子展示里面的卡片。

機器里有控制面板，可以設置檢驗”行”、”列”和”九宮格”的檢驗順序，阿佑把驗證順序設定好之后就把外殼焊死，沒有任何人會知道驗證順序，阿佑就能放心的和他們倆玩數讀了。

但是現在換阿菜跟阿平兩人不開心了，驗證的順序只有阿佑知道，這樣他不就有機會搞鬼了。

于是，他們三個人集結起來，讓阿佑再次把外殼打開，然后大家一起設置控制面板上的驗證順序。

這個過程稱為“可信任的初始設置儀式（trusted setup ceremony）”。

阿菜提議把這臺機器放在一個漆黑的屋子里，把旋鈕上的指示貼紙都撕掉。

三人輪流進入屋子，阿平還提議大家進房間時蒙上眼來保證隨機性。

這樣，最后這些旋鈕所代表的驗證順序他們三個人都沒有辦法知道，就能保證這驗證結果的可信度了。

“交互式零知識證明”之所以存在風險，是因為過程中需要在證明方與驗證方雙方交互驗證，但“非交互式零知識證明”則不需要這種互動，但是會額外需要一些機器或程序，并且需要一串試驗序列。

這個試驗序列不能被任何人知道，才能維持驗證的公正性。

有了這麼一個程序和試驗序列，證明機就能自動算出一個證明，并且能防止任何一方作假。

運用在區塊鏈的零知識證明所采用的就是“非交互式零知識證明”，將交易資訊交給程序，程序會給出一份證明給礦工驗證。

礦工雖然不知道交易的詳細資訊，卻能夠透過這份證明，驗證交易的有效性，最有名的例子就是Zcash的zk-SNARKs零知識證明技術。

鏈金研究員總結

透過這些故事，我們就能知道零知識證明的本質，就是在不透漏我所知道或擁有的某樣東西的前提下，向別人證明我有很大機率（這點很重要，零知識證明只是一個概率上的證明）確實知道或擁有這個東西。

將零知識證明的概念運用在區塊鏈上，除了解決加密貨幣的隱私問題外，零知識證明還能夠提升網路的效率。

zk-SNARKs礦工可以不用再重新執行交易的運算，而是只要對方提得出證明即可，能夠將大量信息量壓縮，大幅提升網路的吞吐量。

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