區塊鍊為安全的、去中心化的交易開闢了新的途徑，為去中心化金融和數字身份服務等發展鋪平了道路。然而，儘管取得了這些成就，一系列的限制條件持續阻礙著區塊鍊和加密貨幣的更廣泛採用。以下是區塊鍊和加密貨幣面臨的一些主要挑戰：
吞吐量：隨著區塊鍊和加密貨幣的採用增長，網絡變得越來越擁擠，導致交易時間變慢、費用成本增加。
安全性：為了降低費用和成本而做出安全性妥協，導致安全漏洞和黑客事件，將資金和技術聲譽置於風險之中。
隱私性：任何人都可以看到公共區塊鍊網絡上的交易，暴露敏感的財務信息，為個人和企業帶來隱私問題。
零知識（ZK）技術為解決這些問題應運而生，得到發展。這個想法首次出現在20世紀80年代末，起源於計算機科學和密碼學。兩個人可以使用零知識獨立地確認所述內容的真實性，而無需透露任何進一步的信息。簡單來說，證明者可以向驗證者證明一個聲明是真實的，而不需要通過其他簡單的證明來揭示潛在的細節。這項技術有望顯著提高區塊鍊和加密貨幣交易的隱私性、安全性和可擴展性。
零知識證明必須遵循三個基本屬性：
完整性：如果一個聲明可驗證為真，一個遵循既定協議的誠實的驗證者，將被一個誠實的證明者確認其真實性。
穩健性：如果被證明的聲明是假的，那麼一個說謊的證明者是不可能使一個誠實的驗證者相信它的真實性的，即使可以，概率也小到可以忽略不計。
零知識性：如果聲明被證明是真的，驗證者將不會獲得任何超出所證明聲明以外的額外信息。
讓我們通過一個簡單的場景來深入研究這個問題。
假設你想買一處房產，需要申請抵押貸款。你必須把你需要提供給銀行核實的敏感信息發送過去，但你又想保密。另外，你不希望銀行在驗證完成後保留任何數據訪問權限。
銀行將要求提供各種形式的文件來評估貸款申請，包括：
個人身份證明，如駕駛執照。
確保財務穩定的收入證明。
雇主的信息。
居住證明。
由於採用了零知識技術，貸款提供者可以在不看到這些信息的情況下驗證所有這些信息。相關文件可以作為加密哈希值發送，然後貸款提供者可以使用零知識證明方案對其進行驗證。在這種方法的幫助下，貸款提供者可以驗證數據的準確性，而不會危及到申請人的機密和隱私。此外，該程序可以重複，允許信息被眾多供應方驗證，而不會危及其隱私。
ZK在加密領域的關鍵創新
對於加密貨幣來說，零知識是一項改變遊戲規則的關鍵技術，它提供了顯著的隱私和壓縮優勢。為了確保隱私，ZKP（零知識證明）使用數學技術，允許在不洩露實際數據的情況下對信息進行驗證。此外，ZKP通過在緊湊的證明中存儲大量信息來提供壓縮的好處。這種驗證所需數據量的減少提高了效率，這在存儲和處理能力受限的區塊鏈應用程序中尤其重要。此證明可用於在單個更新中驗證批量交易或狀態轉化。在這些應用程序中實現ZKP有助於保護敏感信息的安全和隱私，同時還通過減少驗證所需的數據量來提高效率。
ZK可釋放行業潛能
ZK解決關鍵挑戰的潛力對加密貨幣的增長和廣泛採用至關重要。讓我們來仔細了解一些問題及其對行業發展的影響。
互操作的安全性問題：在快節奏的DeFi世界中，互操作性對於無縫交易和有效交易至關重要。另一方面，當前的解決方案經常有嚴重的延遲，這可能導致延遲的、不可靠的交易。由於交易者必須能夠快速有效地下單，延遲可能對用戶體驗產生重大影響。此外，目前的解決方案可能缺乏足夠的安全保障，使其容易受到大型網絡攻擊和其他類型的漏洞攻擊。為了解決這些問題，新的解決方案必須提供低延遲、高安全性和去中心化特性，允許交易者在DeFi生態中自信地操作。
擴展性問題：如果加密貨幣要充分發揮其潛力，可擴展性是一個必須解決的基本問題。目前，最快的區塊鏈每秒只能處理幾百筆交易。這與達到全球規模並吸引數億人所需要的擴展性能相去甚遠。可擴展性不僅由每秒交易數量定義，還由訪問模式定義。如果人們想要像使用互聯網一樣使用加密貨幣，它需要更大的可擴展性。
隱私性問題：加密行業裡的許多人都擔心自己的隱私。目前，在去中心化金融（DeFi）中所做的一切都是明顯可見的，這違反了基本的隱私規範。人們希望以安全、保密的方式進行交易，但DeFi現有的透明度使此願望很有挑戰性。難點在於要找到一種技術，既能保證隱私，又能保持DeFi正常工作所需的可聽性。
當前的ZK解決方案
下面是一些如何應用ZK來解決各種問題的示例：
ZK橋：ZK橋正在改變我們對區塊鏈之間資產轉移的看法。這些橋接採用zk-SNARKs技術，允許在多個區塊鍊網絡之間有效傳輸數據或資產，而不需要中央委員會。在這些系統中使用一個證明程序來向區塊鏈快速展示特定的狀態轉換已在另一個區塊鏈上發生。該區塊鏈保存了另一個區塊鏈上最新區塊的摘要，並且可以通過創建和發送一個zk-SNARK來同步新區塊，該zk-SNARK驗證另一個區塊鏈的tip已經從以前的狀態推進到當前狀態。 ZK橋接也是邁向未來的一步，在未來，區塊鏈更具互操作性，可以無縫地協同工作。
zk-EVM：零知識EVM （zkEVM）是一個執行以太坊智能合約的虛擬機，並使用零知識證明來確保其準確性。它是以太坊零知識rollup擴展解決方案的一個組成部分，該解決方案通過鏈下計算和存儲來提高網絡吞吐量。 zkEVM生成證明以確保字節碼（bytcode）訪問、讀寫操作和計算被正確執行。它由三個部分組成：執行引擎、證明生成和證明驗證。 zkEVM具有重要意義，因為它可以通過零知識證明檢查執行正確性並保護機密信息，為以太坊智能合約提供隱私和安全保障。這使得可以在De-Fi、醫療保健、供應鍊等領域創建安全、注重隱私的去中心化應用程序（dApp）。
身份驗證：身份驗證是許多在線服務和應用程序的關鍵組成部分，但較早的技術通常需要披露個人信息。通過使用ZK證明來確認一個人的身份而不提供任何信息，ZK技術提供了一種新的、更安全的身份驗證方法。這為現有的程序提供了一個更具隱私性的替代方案，並為安全的在線交易提供了新的途徑。基於ZK的身份驗證系統尤其有利於關注隱私和安全的組織和消費者，並且有可能徹底改變在線銀行、電子商務等行業。
ZK DEX：零知識去中心化交易所（ZK DEX）是一種新的、前景光明去中心化交易所，它使用零知識證明技術，使用戶能夠以完全隱私安全的方式交易加密貨幣和其他數字資產。與傳統的去中心化交易所（任何人都可以訪問和監控公共賬本）不同，ZK DEX允許用戶匿名交易，而不洩露有關自己或交易的敏感信息。這種隱私保護功能是通過ZK算法實現的，該算法使用戶能夠在不透露任何額外信息的情況下證明其交易的有效性，並有助於緩解諸如搶先交易等問題。除了隱私和安全方面的好處，ZK DEX還提供了提高可擴展性和吞吐量的潛力，因為其支持更有效的訂單匹配和結算。因此，ZK DEX被視為中心化交易所的一種有前景的替代方案，提供了兩全齊美的服務——既有去中心化交易的安全性和隱私性，又有中心化交易的效率和速度。
令人興奮的基礎設施/推動者
鑑於當前零知識技術的蓬勃發展，若干創意項目已經完成開發，以解決眾多行業和領域的各種難題。這些項目包括新穎的第二層（L2）解決方案、私人錢包、基於ZK的跨鏈資產轉移、注重隱私的交易等，它們利用零知識密碼學來實現對敏感信息的安全和秘密驗證。讓我們來看幾個例子：
Zcash：Zcash是一個去中心化的支付網絡，專注於隱私，使用零知識證明（ZKP）在公共區塊鏈上安全匿名地發送交易。這種加密機制使雙方能夠在不洩露底層數據的情況下驗證信息，允許Zcash用戶保護他們的財務隱私。網絡提供了兩種地址：透明的t-地址，可以在區塊鏈上監視，屏蔽的z-地址，完全加密且不可追踪。用戶可以通過使用z-地址來確保他們的交易是完全隱私的，這使得Zcash成為最安全、最機密的加密貨幣之一。隨著時間的推移，該網絡不斷發展，推出了Halo ZKP等功能以及屏蔽優先的Zcash錢包，吸引了越來越多的機構支持。該網絡對ZKP的創造性使用使其成為隱私幣領域的領軍者，並且在珍視金融隱私的用戶中擁有忠實粉絲。
StarkWare：StarkWare是Pantera的投資組合公司，成立於2018年，宗旨是提高區塊鏈的可擴展性和隱私性。其旗艦產品StarkNet和StarkEx旨在通過利用zk-STARK證明技術的力量來解決當前區塊鏈系統的難題。 StarkNet是一個基於以太坊的去中心化ZK-rollup，使用ZK-STARK證明方法來確認鏈下交易，減少以太坊網絡的計算壓力。另一方面，StarkEx是StarkNet的中心化版本，專門為DeFi交易應用程序創建。它收穫了巨大成功，鎖定了6.96億美元的總價值，累計交易額為6350億美元，發行了6050萬件NFT。由於共享證明者（Shared Prover）技術，StarkNet和StarkEx都利用了zk-rollup，並由STARK證明驅動，允許執行低成本交易。此外，StarkWare的密碼學證明提供了零知識、透明、簡單和後量子安全，使其成為一個強大的區塊鏈選擇。 StarkWare的創始人Eli Ben-Sasson是著名的計算機科學教授和STARK證明的聯合發明人。他還為Z Cash做出了重要貢獻，提高了StarkWare團隊的專業度。該項目已將Uniswap V3納入其平台，這是實現以太坊可擴展性的重要一步，並解決了現有區塊鏈系統面臨的一些基本難題。
Braavos：Braavos是Pantera的投資組合公司，是基於StarkNet（第二層ZK Rollup）的完整加密資產管理解決方案。它提供了一個基於智能合約的錢包，提高了安全性和用戶體驗功能。錢包由兩部分組成：應用程序和鏈上賬戶智能合約，即賬戶抽象。這使得在交易被處理之前可以對其應用任意邏輯，從而增加了安全性並改善了用戶體驗。帳戶抽象支持多調用、多因素身份驗證、帳戶分割、paymaster等功能。內置的Hardware Signer通過利用帳戶抽象和生物識別身份驗證來保護錢包並防止盜竊，這讓專門的硬件錢包在所有實際用例中顯得過時了。有了這些功能和先進的安全措施，Braavos旨在讓任何尋求控制其加密貨幣獨立性的人都能簡單無憂地使用加密貨幣。
Succinct Labs：Succinct Labs正在開發一種無需信任的互操作性解決方案，使用鏈上輕客戶端和zk-SNARK技術安全地連接以太坊和Gnosis鏈。該公司致力於實現無許可互操作性的未來，並利用共識證明創建了一個信任最小化的跨鏈橋。該協議使用鏈上輕客戶端在目標鏈的執行環境中驗證源鏈的共識，這些客戶端跟踪每對通信鏈的區塊頭，並依賴於底層L1鏈的共識所提供的經濟安全性，而不做任何額外的信任假設。
Brine：Brine是Pantera的投資組合公司，是一個獨一無二的DeFi平台，為加密貨幣交易員和投資者提供完整的解決方案。它在無風險、無gas、快速和低費用的環境中結合了交易、DeFi和現貨交易的諸多好處。這項技術消除了信任、成本、速度、體驗和流動性之間的權衡，從而帶來更無縫的用戶體驗。 Brine得益於這項技術的可擴展性、安全性和可靠性，因為它是建立在Starkware強大而安全的基礎設施之上的。該平台的匹配引擎的容量為600,000 tps，可以處理高容量時段交易，並提供即時訂單執行。這讓它成為高速交易的絕佳途徑。它是一個基於訂單的平台，為加密貨幣資產的購買和出售提供透明有序的市場。 Brine為加密貨幣交易者和投資者提供了一種合理可行的替代方案，交易價格僅為0.1%，並且沒有gas費。此外，該平台的跨鏈功能使交易員能夠從一個dashboard管理他們的資金，從而更容易管理他們的投資組合併做出明智的交易決策。由於Starkware技術的額外安全性和可靠性，Brine被定位為DeFi領域的顯著競爭對手。
Axiom：加密可編程性方面的新進展已經實現了無需信任的計算，但實施起來對智能合約開發人員來說仍然存在障礙。 Axiom通過提供智能合約來訪問所有鏈上數據，並通過三步過程（讀取、計算和驗證）對其進行複雜計算，從而解決了這個問題。這將產生經過ZK驗證的輸出，可以被任何下游智能合約使用，從而產生更具表達力和可信賴的去中心化應用程序。它有許多潛在的應用，包括去中心化身份、無需信任的會計以及安全投票。隨著智能合約能夠訪問所有鏈上數據並能夠執行任意計算，Axiom正在徹底改變區塊鏈的擴展方式，並為未來穩健和值得信賴的去中心化應用鋪平道路。
Mina：Mina Protocol是Pantera的投資組合公司，是O(1) Labs開發的區塊鍊網絡，強調安全性、可訪問性和去中心化。與其他區塊鏈不同，Mina採用“輕型”基礎設施，使用權益證明（PoS）共識和zk-SNARKs來降低網絡共識所需的計算能力。 zk-SNARKs被用作區塊鏈摘要，包含了區塊鏈有效性的基於元數據的證明，這使得更小的數據可以被處理，並促進一個更民主和去中心化的網絡。 Mina Protocol的小數據集允許用戶查看並驗證整個區塊鏈，還兼容去中心化應用程序（dApps），支持snark兼容的應用程序或“Snapps”使用來自各個鏈的數據，而不洩露用戶信息。憑藉其創新的技術，Mina協議是去中心化金融（DeFi）領域的重要競爭者，因為它安全地將現實世界的數據帶到區塊鏈，並創造了徹底改變各個行業的機會。
結束語
零知識證明技術的發展正促進區塊鏈業務獲取重大進展。該系統解決了區塊鏈面臨的若干最緊迫的問題，包括可擴展性、隱私性和安全性問題。由於ZK的應用，以太坊網絡可以處理更多的交易，用戶數據通過加密保證得到保護。這項技術的持續改進為區塊鏈的未來提供了巨大的希望，並通過提供安全高效的解決方案來顛覆各行業。隨著時間的推移，見證ZK技術如何影響並塑造區塊鏈生態將是一件有趣的事。
