近日，以太坊联合创始人Vitalik Buterin（V神）在黑山共和国举行的EDCON大会上发表重磅观点，他指出在未来十年间，基于零知识证明的zk-SNARK技术将与区块链技术本身具有同等重要的地位。那么，这一备受瞩目的技术究竟有何魔力？本文将对其进行深度剖析。本文内容源自Contributor在phemex平台撰写的文章《》，经编译整理后呈现。
长期以来，区块链领域存在著名的“不可能三角”困境，即去中心化、安全性和可扩展性三者难以兼得，往往只能兼顾其二。随着以太坊在安全性和隐私保护方面取得了显著进展，提升网络的可扩展性已成为行业发展的核心议题。
在此背景下，Layer 2扩容方案应运而生。当前，V神认为ZK技术在Layer 2解决方案中占据核心地位，是解决区块链扩容瓶颈的最终答案。
5月21日，在为期两天的非营利性年度全球以太坊会议EDCON 2023上，V神明确表示：
「未来 10 年，以ZK为底层技术的zk-SNARK 将与区块链一样重要。」
鉴于V神对zk-SNARKs的大力推崇，这项技术究竟为何物？它能攻克哪些长期困扰区块链行业的难题？以下我们将为您详细解读。
什么是 zk-SNARKs？
1.谁创造了 zk-SNARKs？
「zk-SNARKs」这一术语由包括Nir Bitansky、Alessandro Chiesa和Eran Tromer在内的多位密码学家共同提出，他们最初在一篇学术论文中阐述了其基本原理。此后，众多项目团队在此基础上进行了持续的开发与优化。
2.zk-SNARK 代表什么？
– ZK：zero knowledge 零知识
零知识的含义在于，验证者在确认声明真实性时，无法获取除该声明真伪之外的任何额外信息。简而言之，在零知识证明过程中，验证者仅能得知陈述是真是假，除此之外一无所知。
– S：simplicity 简洁
zk-SNARKs生成的证明简短且易于验证。这与传统零知识证明形成鲜明对比，后者通常冗长复杂。一般而言，zk-SNARK的证明可在几毫秒内完成验证。
– N：non-interactive 非交互式
非交互式意味着证明者与验证者之间无需进行多轮对话。证明者只需发送一条结果消息给验证者即可完成流程。相比之下，交互式证明要求双方反复交互才能确立证明的有效性。
– AR：argument 争论
这里的“论证”指的是支持某一观点的理由或证据。在zk-SNARKs语境下，它指的是一系列用于证实某个陈述正确的数学运算序列。
– K：knowledge 知识
“知识”指证明者掌握某些完成证明所必需的秘密信息，例如账户私钥。
综上所述，zk-SNARKs是一种零知识证明系统，允许用户（即“证明者”）向另一方（即“验证者”）证明某些事实（如身份、资产所有权等），而无需泄露这些资产的详细信息。具体应用场景包括：
- 用户可证明其账户余额足以支付商品或服务，而无需披露确切金额；
- 用户可在访问应用前验证身份，而无需暴露个人敏感数据。
为了通俗理解，我们可以用一个向“5岁孩子解释zk-SNARKs”的游戏案例来说明：
想象一下，你正在和三个朋友一起玩「语文老师在哪里？」，奖项是 1000 美元的赌注由获胜者平分。你和你的朋友围坐在一张桌子旁，每个人都拿到了一张有语文老师的图片。
你必须在图片中找到语文老师， 一旦找到语文老师就需要证明你找到了他，但不能透露她的位置或其他任何信息。换句话说，您想在不透露任何超出您声明有效性的信息的情况下证明对事实的了解。
运用 zkSNARK 原中，可以拿一张相同大小的纸，并在图片中语文老师的位置标记一个点。然后可以把纸藏在一个盒里，一旦你的朋友解决了这个谜题，他们就可以自己看到你标记的语文老师所在的位置。」
换言之，zk-SNARKs允许你在不透露具体数值的情况下，证明你拥有所需的验证信息。在当前跨链生态中，该技术可用于维护构建于其上的区块链和DApp的用户隐私。
其核心逻辑在于，验证者无法从证明过程中推导出关于被证明内容的任何信息（因此称为“零知识”）。
zk-SNARKs 运作原理
由于许多区块链账本公开透明，隐私保护显得尤为重要，这使得zk-SNARKs在加密领域占据了关键地位。
以隐私币Zcash为例，当其在比特币或以太坊等公链上进行交易时，通常需要验证发送方和接收方地址、输入输出值（花费多少、剩余多少）等详细信息。
然而，借助zk-SNARKs技术，Zcash能够在不公开地址和价值等敏感信息的前提下，证明交易的有效性。
图片展示了Zcash如何利用zkSNARKS为加密用户提供隐私层 来源：Blockchainhub.net
zk-SNARKs的核心机制依赖于数字签名。数字签名利用加密算法保护敏感信息使其对第三方隐藏，同时向对方提供必要的验证证据。
具体操作流程如下：
- 证明者首先生成一对密钥（公钥和私钥），并使用私钥对交易进行签名。
- 接着，证明者将该交易编码为zk-SNARKs格式，生成一份证明交易有效的数学凭证。
- 最后，将证明与公钥一同发送给验证者。验证者使用公钥检查公式的正确性，而无需知晓交易的任何其他细节。由于只需验证少量信息，此过程极其迅速，从而确认交易合法。
zk-SNARKs 的具体用例
1.哪些 Token 使用 zk-SNARKs？
利用zk-SNARKs技术来提升隐私性的加密资产被称为隐私Token，常见的例子包括：
- Zcash (ZEC)
- Verge (XVG)
- Monero (XMR)
- Dash (DASH)
- Beam (BEAM)
- Horizen (ZEN)
- Bytecoin (BCN)
需要注意的是，zk-SNARKs面临的主要挑战在于私钥泄露风险。若私钥丢失，攻击者可能创建伪造证明，进而通过欺诈手段发行或使用虚假的隐私币。
2. zk-SNARKS 的其他应用
Filecoin作为一个去中心化存储提供商，其运作涉及多方协作。
一方面，存储提供者（即“证明者”）需证明他们正按规定将数据存储在链上；另一方面，节点（即“验证者”）需核实存储行为是否合规。这要求存储方与节点在数据传输时频繁通信，过程资源消耗巨大。
Filecoin官方博客对此解释道：
「为了验证他们的保存，如今单个保存提供商提供的必须证明的数据量是巨大的，而且只会随着时间的推移而增长。Filecoin 网络的出块时间为 30 秒。为了保持时间不变并激活可扩展的方法，Filecoin需要一种允许快速、高效和稳健验证的解决方案，」
引入zk-SNARKs后，Filecoin网络可通过大幅缩短各方验证存储所需的时间，显著提升系统的可扩展性与效率。
对于存储提供商而言，zk-SNARKs减少了他们需要传输的数据量以证明存储行为，从而有效降低了运营成本。
3. zk-SNARKs 还可以用于其他事情
此外，该技术还可应用于：
- 身份验证：无需密码即可验证用户凭据，无需出示护照、出生证明等文档，从而保护出生地点、日期等敏感隐私。
- 投票系统：在无需识别选民身份的情况下验证选票有效性，即使选票数据泄露也无法追踪至特定选民，保障投票匿名性。
- 数据压缩：这是zk-SNARKS的一个有趣用途，值得单独展开一节。
小结
总体而言，zk-SNARKS的关键要点可归纳为以下三点：
- zkSNARKS是一种零知识证明系统，允许一方向另一方证明其知道某个值x，且不透露关于x的任何其他信息。
- 其核心理念是，验证者无法仅凭证明者知道x这一事实，推导出关于x的任何额外信息，从而确保证明者的数据隐私。
- 零知识证明系统已广泛应用于安全通信、密码学以及隐私保护数据分析等领域。
尽管零知识证明系统仍属于相对前沿的研究领域，其可行性与实用性尚存诸多待解之谜，但该技术已被成功应用于打造多款令人印象深刻的产品之中。