什么是零知识证明？它如何确保在线隐私？了解它是什么以及它为何重要。
想象一下，你有一个秘密，有人想验证你是否知道，但你又不想透露这个秘密到底是什么。这怎么可能呢？零知识证明 (ZKP) 就是一个可以实现这一点的加密概念。
零知识证明，尽管名字听起来很复杂，但却提供了一个简单而强大的想法：证明对某事的了解而不泄露具体细节。
零知识证明于 20 世纪 80 年代提出，现已成为现代密码学的基石，为日益以数据为中心的世界提供了安全和私密的数字交互途径。
让我们了解什么是零知识证明，探索它们的功能以及它们的应用领域。
目录
零知识证明（ZKP）解释
零知识证明如何发挥作用？
零知识证明的类型
零知识证明应用
零知识证明的优势和挑战
前方的路
零知识证明（ZKP）解释
ZKP 是一种加密方法，它使一方（称为证明者）能够向另一方（称为验证者）证明他们拥有特定知识，而无需实际透露这些知识。
简单来说，ZKP 允许验证信息而不泄露其实际内容。说明零知识证明的最著名类比之一是“阿里巴巴洞穴”场景：
想象一下这样一种情况：一个证明者（我们称她为 Peggy）想要向验证者 Victor 证明她知道进入洞穴的秘密密码，但实际上并不透露密码本身。
佩吉带维克多来到洞穴入口，进去后从另一条路出来。然后她挑战维克多，让他找出她原来使用的入口。
如果 Victor 能找到原始入口，Peggy 就会透露密码。但是，如果 Victor 找不到原始入口，Peggy 就能成功证明她知道密码，而无需透露密码。
在这个比喻中，洞穴代表着秘密知识（密码），而佩吉进出洞穴的能力证明了她对密码的了解。
重要的是，维克多根本不知道密码本身，因为他看不到佩吉从哪个入口离开洞穴。
这个例子反映了零知识证明如何允许一方证明知道一个秘密，而无需泄露秘密本身。
ZKP在身份验证、隐私保护协议和区块链技术等领域有广泛的应用。
零知识证明如何发挥作用？
零知识证明是通过一系列复杂的交互实现的。ZKP 的核心是实现这种交互的数学算法和协议。
ZKP 的一种常见类型是交互式协议，其中证明者和验证者参与一系列步骤来确认语句的有效性。
这些步骤的设计使得验证者可以确信证明者的知识，而无需证明者透露任何特定信息。
例如，考虑这样一个场景：唐纳德想向乔证明他知道一个秘密数字。
这是通过一系列加密计算和交换实现的，这些计算和交换使得乔无需了解秘密数字本身的任何信息即可验证唐纳德的说法的正确性。
ZKP的应用范围非常广泛，除了认证和隐私保护协议之外，ZKP还应用于区块链技术。
例如，在区块链网络中，ZKP 可用于证明交易的有效性，而无需透露任何敏感信息，例如发送者的地址或交易金额。
零知识证明的类型
零知识证明（ZKP）有几种类型，每种类型都有特定的用途并具有独特的优势。
两种主要类型包括交互式和非交互式 ZKP，以及其他一些类型，每种类型都有自己的特点和应用。
交互式零知识证明 (ZKIP)：交互式零知识证明要求证明者和验证者进行一系列交互来验证证明。验证者向证明者提出挑战或问题，证明者必须根据其掌握的秘密信息做出正确回答。一个例子是 Schnorr 协议，用于在不透露离散对数的情况下证明其知识。
非交互式零知识证明 (NIZK)：非交互式零知识证明于 1988 年推出，通过使用基于预先商定的参数的加密算法，消除了交互的需要。证明者将其信息输入算法以生成证明，然后验证者使用另一种算法对其进行检查。虽然 NIZK 效率更高，但计算量很大。示例包括 zk-SNARK 和 zk-STARK。
zk-SNARK（零知识简洁非交互式知识论证）：zk-SNARK 使验证者能够在不了解其他详细信息的情况下验证声明。它们简洁、非交互式，并且满足“健全性”要求，因此作弊的可能性不大。zkSync 和 Polygon zkEVM 等项目都使用了 zk-SNARK。
zk-STARK（零知识可扩展透明知识论证）：zk-STARK 与 zk-SNARK 类似，但具有可扩展性和透明度。对于较大的见证规模，它们的速度更快，并且依赖于可公开验证的随机性而不是受信任的设置。StarkNet 使用 zk-STARK 来实现其操作的可扩展性和透明度。
统计零知识证明：统计零知识证明允许证明者以高概率而非确定性说服验证者。当不需要绝对确定性时（例如在某些加密协议中），统计零知识证明非常有用。
知识论证：知识论证 ZKP 证明证明者知道秘密但不泄露秘密。Sigma 协议是数字签名中使用的一个例子。
非黑盒零知识证明：这些证明允许验证者检查证明的内部工作原理以获取更多信息，从而确保某些加密应用程序的透明度。
零知识证明：这些证明不仅表明对秘密的了解，还证明如何推导秘密。数字签名中使用的 Schnorr 识别协议就是一个例子。
零知识证明应用
零知识证明能够增强数字交互的隐私、安全性和效率，在各个行业和技术中有着广泛的应用。
区块链技术：ZKP 最突出的应用之一是区块链技术。ZKP 可用于证明交易的有效性，而无需透露敏感信息，例如发送者的地址或交易金额。这有助于提高区块链网络中的隐私性和可扩展性。例如，ZCash (ZEC) 采用了 ZKP，这是一种注重隐私的加密货币。ZKP 使用户能够证明资金所有权，而无需透露其交易历史或账户余额。
身份验证：零知识证明可用于安全且保护隐私的身份验证。例如，它们可用于证明个人年龄超过一定年龄，而无需透露其确切年龄或出生日期。QEDIT 等组织利用 ZKP 使公司能够验证其数据的完整性，而无需将其暴露给第三方，从而确保数据隐私。
数字投票：零知识证明可应用于数字投票系统，以确保投票过程的完整性，同时保护选民的隐私。零知识证明可用于证明投票正确，而无需透露实际投票。一个例子是“CIVITAS”项目，它使用零知识证明在选举中实现可验证和匿名投票。
数据共享与协作：零知识证明可以实现安全且私密的数据共享与协作。例如，零知识证明可用于证明某些条件得到满足，而无需泄露底层数据，从而使各方能够在不泄露敏感信息的情况下进行协作。
身份验证和访问控制：ZKP 可以增强身份验证和访问控制机制。ZKP 可用于证明数字资产的所有权，而无需透露资产本身，从而提高数字交易的安全性。例如，“Sovrin”网络中使用 ZKP，使个人能够证明自己的属性，例如年龄或资格，而无需透露不必要的个人信息。
隐私保护技术：ZKP 还用于隐私保护技术，例如匿名凭证和私有集合交集协议。这些技术可以在不泄露敏感信息的情况下实现安全交互。
零知识证明的优势和挑战
零知识证明（ZKP）有几个优点。
优点
隐私：ZKP 的主要优势之一是能够通过允许一方证明自己了解某事而不泄露实际信息来提供隐私。这在数据保密性至关重要的应用中至关重要，例如身份验证。
安全性：ZKP 可在不暴露敏感数据的情况下实现可验证计算，从而增强安全性。这在区块链和加密货币应用中尤为重要，因为这些应用中需要在不泄露交易细节的情况下验证交易。
效率：ZKP 可以显著减少与证明语句有效性相关的计算和通信开销。这种效率使其适合在资源受限的环境中使用。
透明度：在某些情况下，例如使用公开可验证随机性的非交互式 ZKP，ZKP 可以在证明的生成和验证中提供透明度，从而增强对系统的信任。
可扩展性：某些类型的 ZKP（例如 zk-STARK）具有可扩展性优势，即使使用大量数据也可以高效地生成和验证证明。
挑战
为了得到广泛采用，ZKP 还面临着一些挑战：
复杂性：实施和理解 ZKP 可能很复杂，需要密码学和数学方面的专业知识。这种复杂性可能会阻碍广泛采用和实施。
计算强度：生成和验证 ZKP 需要大量计算。这可能会导致可扩展性问题，尤其是在交易量很大的应用程序中。
可信设置：某些 ZKP 需要可信设置阶段来生成公共参数。确保此设置的完整性并防止潜在攻击可能具有挑战性。
证明者知识：ZKP 依赖于这样的假设：证明者拥有他们声称知道的秘密信息。在某些情况下，在不泄露秘密的情况下验证这一假设可能具有挑战性。
互操作性：不同的 ZKP 系统可能具有有限的互操作性，因此难以在不同平台和应用程序之间无缝使用 ZKP。
前方的路
如今，零知识证明已经成为增强各种数字应用中隐私和可扩展性的关键技术。
最近推出的基于 ZK 的区块链（如 Polygon zkEVM、zkSync Era 和 StarkNet）前景广阔。它们的潜在应用和影响才刚刚开始被探索。
观察这些技术如何发展以及在未来几年它们将带来哪些新的可能性将会非常有趣。
