零知识支付： 实现隐私性和可扩展性及案例介绍

在快速发展的 Web3 世界中，出现了两个关键挑战：隐私和可扩展性。区块链的不可变性引发了对用户和企业数据隐私的担忧，而央行数字货币（CBDC）的日益普及则增加了对监控的担忧。

与此同时，实现区块链网络的可扩展性对于处理不断增长的交易量至关重要。面对这些挑战，零知识（ZK）支付提供了一个有前景的解决方案，可以解决隐私和可扩展性问题。本博客探讨了 ZK 支付如何弥合 Web3 交易保密性和透明度之间的差距，为用户提供所需的隐私，同时又不损害区块链的基本功能。此外，它还深入研究了基于 ZK 的协议增强可扩展性的潜力，使去中心化应用程序更加实用和易于访问。

了解 Web3 交易中的隐私挑战

Web3 催生了大量去中心化应用程序、DeFi 平台和 NFT 市场。然而，区块链交易的透明度意味着钱包地址和交易历史记录对任何有权访问网络的人都是可见的。

想象一下，如果您的传统银行账户是公开的，任何人都可以访问有关您的金融交易的详细信息，包括您的钱花在哪里以及您收到了多少钱。这种情况对于大多数人来说是令人震惊和不可接受的，因为这会损害他们的隐私和安全。

有几个原因强调了 Web3 交易中隐私的重要性：

• 安全和保护：隐私对于保护用户免受潜在的黑客攻击、网络钓鱼攻击和人肉搜索等其他恶意活动至关重要。屏蔽财务数据可确保用户不易受到针对性威胁的影响。

• 商业机密：对于在 Web3 领域运营的公司来说，保持交易详细信息的私密性对于保持竞争优势和保护敏感的商业信息至关重要。

• 个人权利：就像传统金融一样，个人拥有财务隐私权。Web3 应该尊重和维护这些权利，使用户能够控制自己的数据。

零知识支付的兴起

零知识证明可以追溯到 1985 年的零知识证明[GMR85]的原始论文。随后，1992 年提出了简化的 ZK [K92]证明。到 2013 年，零知识证明可以在现实生活中使用，但速度较慢。2016 年，Groth 提出了 Groth 16 算法，大大降低了计算复杂度。此后，零知识证明逐渐投入真正的商业用途。

在加密货币领域，Monero 和 Zcash 是优先考虑区块链交易隐私的先驱。Monero (XMR) 于 2014 年引入了环签名和隐形地址，提供了比传统区块链更高级别的隐私。Zcash (ZEC) 于 2016 年随 zk-SNARK 一起出现，为用户提供透明交易和屏蔽交易之间的选择，以在隐私和透明度之间取得平衡。

现在，零知识 (ZK) rollup 和协议已成为解决 Web3 交易中的隐私和可扩展性问题的有前景的解决方案。ZK 支付使用称为零知识证明的加密协议，允许一方在不泄露任何敏感信息的情况下向另一方证明声明的有效性。

ZK 如何实现可扩展性和隐私性？

想象一下，你有一个可以秘密执行计算的魔法盒。这个盒子可以向任何人证明某个陈述是正确的，而无需透露有关如何得出该结论的任何细节。这就是零知识证明背后的基本思想。

现在，让我们将其与区块链支付联系起来。当您想使用区块链进行付款时，通常需要证明您有足够的资金来支付交易。在比特币等传统区块链中，这涉及泄露您的账户余额。

在基本形式中，零知识证明由三个元素组成： 见证人（机密信息）、 挑战和响应。

• 见证人：通过零知识证明，证明者想要证明一些隐藏信息的知识。秘密信息是证明的「证人」，证明者对证人的假设知识建立了一系列问题，这些问题只能由了解该信息的一方来回答。因此，证明者通过随机选择一个问题、计算答案并将其发送给验证者来开始证明过程。

• 挑战：验证者从集合中随机选择另一个问题并要求证明者回答。

• 响应：证明者接受问题，计算答案，并将其返回给验证者。证明者的响应允许验证者检查前者是否真的可以接触到证人。为了确保证明者不会盲目猜测并偶然获得正确答案，验证者会选择更多问题来提出。通过多次重复这种交互，证明者伪造证人知识的可能性显着下降，直到验证者满意为止。

目前有几种流行的基于 ZK 的协议，包括 zk-SNARKs（零知识简洁非交互式知识论证）、zk-STARKs（零知识可扩展透明知识论证）和 Bulletproofs。

在区块链的背景下，它们允许用户证明交易的有效性，而无需透露发送者的真实地址。此功能可以将多个交易批处理为单个证明，从而减少计算开销并显着提高可扩展性。通过将多个交易聚合到一个证明中，ZK 支付可以减轻区块链网络的负担并提高交易的吞吐量。这种增强的可扩展性可以带来更快的确认时间和更低的交易费用，使去中心化应用程序对用户来说更加实用和易于访问。

什么是零知识证明（ZKP）？https://ethereum.org/en/zero-knowledge-proofs/

零知识 rollup？https://ethereum.org/en/developers/docs/scaling/zk-rollups/

案例研究 - ZkBob

zkBob 是一款注重隐私的应用程序，利用零知识证明 (zkSNARK) 和稳定币进行机密交易。其核心部分包括用于处理交易的 zkBob 合约、具有隐私功能的 BOB 代币、用于安全传输和 Gas 费用抽象的 Relayer、用于访问控制的 AccessManager 以及用于用户交互的 UI。它确保私人交易和基础层的中立性。