什么是零知识证明？

Web3 的核心原则之一——透明度，也可能是其最大的缺点之一。没有人希望他们的所有在线活动（从金融交易到个人身份数据）都可供任何人公开查看。为了使区块链能够扩展并变得更容易访问，隐私必须成为首要任务。

零知识证明能够改变我们保护、管理和共享个人数据的方式。它们允许人们在不泄露信息本身的情况下证明陈述的真实性，从而为涉及敏感、机密信息的交易带来了新的隐私级别。

什么是零知识证明？

零知识证明（通常缩写为“ZKP”）是一种可以提高数据隐私性的加密协议。它允许一方（称为证明者）向另一方（验证者）保证某个陈述是真实的，而无需透露任何额外信息。

例如，证明者可以让验证者相信他们知道一个特定的数字，而无需实际透露它。这可以通过一系列交互或单个信息串来完成，具体取决于所使用的零知识证明的类型。

零知识：确保私人信息的私密性

零知识证明的关键特征是它对隐私的关注。它确保不会暴露任何其他信息，使其成为加密协议中的宝贵工具。这可以在不损害隐私的情况下实现安全交易和数据验证。

使用零知识证明，可以验证声明的真实性，而无需透露任何支持该声明的基础数据。这对从保护身份到进行机密金融交易的各种应用都有重要影响。

零知识证明的历史

零知识证明 (ZKP) 的概念自 20 世纪 80 年代以来就已存在，证明了其在密码学领域的持久相关性。这种加密方法最初由 Shafi Goldwasser、Silvio Micali 和 Charles Rackoff 提出，现已从理论概念发展成为安全数据验证的实用解决方案。

谁发明了零知识证明？

20 世纪 80 年代初，Goldwasser、Micali 和 Rackoff 正在努力解决如何在日益依赖数字交互的世界中促进安全通信的问题。他们的开创性论文经常被认为是该领域的开创性工作，向世界介绍了在不泄露信息本身的情况下证明信息真实性的想法。

最初，密码学界对他们的工作持怀疑态度。在不泄露任何信息的情况下证明某件事的想法似乎是自相矛盾的，几乎好得令人难以置信。然而，随着他们的工作的实际应用变得显而易见，怀疑变成了钦佩。多年来，他们的贡献获得了包括哥德尔奖在内的众多奖项的认可，进一步巩固了他们工作的重要性。

他们的基础研究不仅引入了一种新的加密技术，还从根本上改变了我们对数字通信中信任和验证的看法。它为从安全在线交易到保密共享教育成绩单等一系列应用奠定了基础。

零知识证明的早期用例

最初，围绕零知识证明的讨论仅限于学术界。然而，他们很快就找到了现实世界的应用程序，从确保选民隐私的同时保持选举完整性的安全投票系统开始。

数字签名还受益于零知识证明，为在线交易增加了额外的安全层。金融机构也开始探索零知识来降低欺诈风险，零知识证明也被集成到密码协议中，增强各方之间的安全数据交换。

这些早期的实施展示了零知识的实用性，为其在各个行业的更广泛采用奠定了基础。

零知识证明如何工作

在任何零知识证明中，都涉及两方。

• 证明者：这是想要证明某个主张的有效性而不透露任何附加信息的实体。
• 验证者：这是需要保证声明有效性的实体，但不一定需要知道其背后的细节。

这两个角色之间的相互作用构成了零知识证明的关键。证明者的目的是在不泄露任何额外细节的情况下让验证者相信陈述的真实性。

随机性在增强安全性方面的作用

零知识证明最有趣的方面之一是使用随机性来增强安全性。在证明生成过程中引入随机数或变量。这种随机性增加了一层额外的复杂性，使得恶意行为者在计算上无法对证明进行逆向工程，或者验证者无法收集额外的信息。

随机性确保每个证明都是唯一的，即使它是为同一声明生成的。这种独特性可以阻止重放攻击，攻击者可能会尝试重复使用之前截获的证据。

零知识证明的类型

零知识证明并不是一种万能的解决方案。它们有几个不同的品种，每种都有其独特的特性和应用。

让我们来分解一下主要类型：交互式零知识证明、非交互式零知识证明、zk-SNARK 和 zk-STARK，这是一种越来越受欢迎的新型证明。

交互式零知识证明

在交互式零知识证明中，证明者和验证者进行来回对话。这种交互对于验证者确信声明的有效性至关重要。虽然有效，但交互性在某些情况下可能会受到限制。

优点：安全级别高，非常适合实时应用

缺点：需要多轮交互，对于异步系统来说并不理想。

非交互式零知识证明

顾名思义，非交互式零知识证明消除了证明者和验证者之间对话的需要。来自证明者的一条消息足以让验证者信服。

优点：高效且可扩展，非常适合区块链和其他去中心化系统

缺点：与交互式零知识证明相比，安全性稍差

zk-SNARKs：新事物

zk-SNARK（零知识简洁非交互式知识论证）结合了两个世界的优点。它们是非交互式的，但提供了高水平的安全性，使它们在包括区块链技术在内的各种应用中很受欢迎。

优点：高度安全、高效、无需交互

缺点：设置复杂且计算要求较高

zk-STARKs：透明的后量子安全证明

zk-STARK 提供了 zk-SNARK 所不具备的透明度。它们不需要可信的设置，这使得它们更加透明，并且可能更安全地抵御量子攻击。

优点：无需可信设置、抗量子、高度可扩展。

缺点：证明尺寸更大，计算开销更大。

零知识证明的用例和应用

那么，零知识证明可以用来做什么呢？

安全身份管理 零知识证明可以彻底改变我们管理在线身份的方式。想象一下，登录电子商务网站并进行购买，而该网站并不知道您的实际凭据。您已通过验证，但您的个人数据仍由您保留。

银行业的财务隐私 考虑申请住房贷款，银行确认您符合所有财务标准，而无需透露您的收入或信用评分。零知识证明可以使这种级别的财务隐私成为现实。

医疗保健数据安全 借助 ZKP，您的可穿戴设备可以向您的医疗保健提供者发送重要的健康指标，而不会暴露您的身份或其他敏感数据。它是具有附加隐私层的医疗保健数据传输。

人工智能和机器学习机密性 公司可以利用零知识证明在加密的多源数据上训练人工智能模型。例如，可以通过安全地汇集来自多个医疗保健提供者的数据来加速药物研究。开始探索 zkML 机器学习用例的一种方法是使用 Aleo zkML 转换器。