伴隨着區塊鏈技術的飛速發展，數據隱私和安全儼然成爲一項核心議題。零知識機器學習（Zero-knowledge machine learning, ZKML）作爲一種新興技術，有效結合了零知識證明（ZKP）的安全性和機器學習（ML）的智能性，爲Web3世界帶來了前所未有的機遇。

當前ZKML技術在區塊鏈領域的應用廣泛，主要包括以下幾個方面：

  • 硬件加速：由於ZK證明的計算複雜性，一些項目如Cysic、Ulvetanna等，利用硬件加速來提高鏈上計算的效率。

  • 鏈上數據處理：項目如Axiom、Herodotus等，專注於將鏈上數據轉換爲適合ML訓練的格式，並確保ML輸出結果能夠方便地從鏈上訪問。

  • 計算電路化：爲了使ML計算能夠被區塊鏈的ZK處理，一些項目如Modulus Labs、Jason Morton等，將ML計算模式轉化爲電路形式。

  • 結果的ZK證明：爲了解決ML模型的信任問題，項目如RISC Zero、Axiom等，利用基於ZK-SNARKs的證明來驗證模型的真實性。

ZKML 當前發展迅猛，在應用領域上可以助力 Web3 去中心化身份 DID 的建設。此前，私鑰、助記詞等身份管理模式使 Web3 用戶體驗較差，真正的 DID 建設可以通過 ZKML 進行 Web3 主體生物信息的識別完成，同時，ZKML 能保證用戶生物信息隱私的安全性。Worldcoin 正在應用 ZKML 實現基於虹膜掃描的零知識 DID 驗證。

本文將從 Worldcoin 和 Vanna 兩個案例出發，深入探討 ZKML 技術的發展和挑戰，並助推該技術在區塊鏈領域的廣泛應用和繁榮。

1. Worldcoin案例分析: ZKML在身份驗證與隱私保護中的應用

  • DApp 接入 Worldcoin

Worldcoin ID 可用於身份認證。Worldcoin 提供一個 IDKit SDK 用於使用 World App 進行身份認證，具體流程如下：

通過上述流程處理後將用戶的生物信息作爲登陸憑證，最終在 Worldcoin App 中生成了用於證明身份的 proof。

Worldcoin 中的 ZKML 應用

  • ML 在 Worldcoin 中的應用

通過在自託管生物識別數據(用戶終端)上運行 IrisCode 模型，驗證用戶是否在本地創建了有效且唯一的 WorldID，並在具有有效身份承諾的 WorldID Semaphore 身份組上調用 _addMember(uint256 groupId, uint256 identityCommitment) 函數使協議公開無權限。

  • ZK 在 Worldcoin 中的應用

註冊流程

在Worldcoin的註冊過程中，用戶通過虹膜掃描生成WorldID，並在具有有效身份承諾的Semaphore身份組上調用_addMember函數，實現協議的公開無權限訪問。

Signup Sequencer：註冊排序器對批量提交給以太坊智能合約的數據（身份）進行排序。

Semaphore MTB：SMTB 是一項用於批量處理 Merkle 樹更新的服務。它接受默克爾樹更新，並將其批量合併爲一個更新。這對於減少需要提交給區塊鏈的交易數量非常有用。通過生成 SNARK可以確保批量 Merkle 樹更新的正確性。

Tx Sitter：簽署交易並將其發送到區塊鏈

Proof 輸入爲 external nullifier(public 32-byte value that scopes the uniqueness of verifications) 和 secret identity nullifier，根據這兩個計算 nullifier hash，用於用戶身份識別。

登陸流程

登錄過程中，用戶提交的identity nullifier將被轉換爲proof，這一過程類似於zkrollup。用戶提交identity nullifier後，多個Merkle狀態更新被聚合併發布到區塊鏈上。

總結

Worldcoin的技術實現涉及到多個層面，包括IrisCode模型的本地運行、External-nullifier的生成、Semaphore MTB的批量處理以及Tx Sitter的交易處理等。其中因爲運行 IrisCode 模型將虹膜轉爲 World ID 過程發生在用戶終端，這部分不由外部節點運行以保護用戶隱私。這些技術的結合，使得Worldcoin能夠在保護用戶隱私的同時，實現高效、安全的身份驗證。

Worldcoin案例展示了ZKML技術在實際應用中的潛力和效果。通過結合零知識證明和機器學習，Worldcoin不僅提升了身份驗證的安全性，同時也爲用戶隱私保護提供了強有力的支持。

這一案例爲其他區塊鏈項目提供了寶貴的參考和啓示。

2.Vanna 網絡與 ZKML: 區塊鏈中的智能推理與驗證

Vanna 網絡概覽

Vanna網絡是一個創新的區塊鏈平臺，專注於提供高效的零知識證明生成和驗證服務。它結合了區塊鏈的透明性和不可變性，以及零知識證明的隱私保護特性，爲用戶提供了一個安全、可靠的數據處理環境。

Vanna 網絡功能

  • 查詢數據：通過對智能合約進行鏈間查詢來訪問 Oracle 饋送數據或鏈上狀態。

  • 預處理：利用 Vanna 的內置預編譯器對查詢的原始數據進行預處理，以準備進行推理。

  • 推理執行：以適合您用例的任何加密安全級別無縫且可擴展地運行推理

  • 推理驗證：所有確保推理的加密證明均由驗證器節點在 Vanna 網絡上進行驗證。

  • 發佈與溯源：推理結果可以通過跨鏈消息傳遞到任意鏈上的合約，併發布到數據可用性層。

Vanna 網絡特點

  • 並行推理預執行

分爲三個階段：

第一階段：模擬

Vanna 通過模擬器運行每筆交易，以找出交易將發出哪些推理請求。這裏並不執行。

第二階段：推理內存池

交易及其推理請求被添加到推理內存池中，該內存池將請求發送到 Vanna 推理節點。這裏需要執行推理和證明。

第三階段：EVM 執行

將推理結果注入 EVM，以便交易可以直接讀取它，就像讀取任何其他變量一樣。然後執行交易並將其提交到區塊鏈。

  • 驗證計算分離

Vanna Network 採用兩種類型的節點，即驗證節點和推理節點，並將網絡驗證和推理計算分別分叉到兩種類型的節點上。

驗證節點：Rollup 節點獨立驗證交易並驗證 Vanna 網絡的狀態。Vanna 網絡上的 Rollup 節點還參與驗證推理節點生成的加密證明。

推理節點：推理節點不驗證網絡上的交易和區塊，而只專注於計算 AI/ML 推理以及爲推理生成加密證明。

  • 質押與懲罰

Vanna 網絡以應用層質押合約的形式提供加密經濟安全性。當推理節點上線參與保護網絡時，它們必須在質押合約中發佈 Vanna 代幣作爲抵押品。質押合約強制執行推理節點的行爲，其中的削減條件包括但不限於：

  • zkML- 生成無效且無法通過加密方式驗證的證明

  • opML- 對節點生成的推理的挑戰成功

  • zkFP- 對節點生成的推論的挑戰成功，或者無法生成證明該推論的 ZK SNARK

總結

Vanna網絡通過其獨特的設計和功能，展示了ZKML在區塊鏈中的應用網絡通過其獨特的設計和功能，展示了ZKML在區塊鏈中的應用潛力。其並行推理預執行、驗證計算分離以及質押與懲罰機制。

3.ZKML開發利劍 EZKL: 簡化零知識證明的生成與驗證

EZKL 概述

EZKL 獲取程序的高級描述並設置零知識證明器和驗證器。重點是以pytorchAI/ML 模型和其他計算圖表示的程序。設置後，證明器可以證明如下語句：

  • “我用一些私人數據運行了這個公開的神經網絡，它產生了這個輸出”

  • “我用一些公共數據運行了我的私人神經網絡，併產生了這個輸出”

  • “我在一些公共數據上正確地運行了這個公開的神經網絡，它產生了這個輸出”

EZKL 工作流程

EZKL 工作流程圖如下所示：

  • 定義神經網絡模型：定義一個簡單的神經網絡

  • 模型訓練：生成輸入數據，通過模型得到輸出

  • 模型導出：導出模型爲ONNX格式

  • 生成零知識證明設置：生成設置文件

  • 編譯電路：編譯模型生成電路文件

  • 生成零知識證明：生成SRS、witness 文件、證明密鑰和驗證密鑰

  • 驗證零知識證明：生成零知識證明並在本地驗證或創建EVM驗證器的Solidity代碼和ABI文件，部署合約，在鏈上驗證證明

4.ZKML 挑戰與展望

隨着區塊鏈技術的不斷演進，零知識機器學習（ZKML）正逐漸成爲提升應用隱私性和安全性的關鍵力量。它不僅預示着智能合約隱私保護和去中心化金融（DeFi）安全性增強等創新應用的涌現，更有望成爲區塊鏈技術不可或缺的組成部分，爲構建一個更安全、更注重隱私的數字世界提供堅實的技術基礎。

挑戰

儘管ZKML的潛力巨大，但在其應用過程中也面臨着一些挑戰：

  • 技術複雜性：ZKML的實現需要深厚的數學和密碼學知識，這無疑增加了開發和維護的難度，要求開發者具備更高的專業技能。

  • 性能瓶頸：零知識證明的生成和驗證過程計算密集，可能影響系統的響應時間和處理能力。爲了解決這一問題，一些項目如Lumoz提供的模塊化計算層，以提高性能。

  • 用戶接受度：儘管ZKML提供了強大的隱私保護功能，但用戶可能因爲對其複雜性和安全性的不瞭解而持保留態度。

  • 監管挑戰：隱私保護技術的發展要求監管機構更新相關法規，以適應新技術帶來的變化和挑戰。

展望

儘管存在挑戰，但ZKML技術的深度融合與區塊鏈的未來發展充滿希望：

  • 技術進步：隨着研究的深入和技術的成熟，ZKML的實現將變得更加高效和用戶友好。

  • 用戶教育：通過教育和普及，可以提高用戶對ZKML技術複雜性和安全性的理解，增加其接受度。

  • 監管適應：監管機構的適應和創新將爲ZKML技術的發展提供法律和政策上的支持。

  • 應用創新：ZKML技術的不斷進步將激發更多創新應用的出現，推動區塊鏈技術在更廣泛領域的應用。

5.結語

ZKML技術的發展是區塊鏈領域的一大步，它預示着一個全新的數據隱私和安全性時代的到來。面對技術複雜性、性能瓶頸和監管挑戰，我們應保持樂觀，相信隨着技術的進步和用戶接受度的提高，ZKML將在區塊鏈領域發揮更加重要的作用，推動更廣泛的應用和創新。

參考資料

  • Worldcoin Docs

  • Intro to zero-knowledge proofs, Semaphore and their application in World ID

  • 深度解讀ZKML：技術原理、應用場景、優勢和挑戰

  • 掃描虹膜來實現人格證明，Worldcoin 是否在正確的道路上？

  • A Gentle Introduction to zkM

  • a16z Crypto 投資人：零知識（ZK）技術被嚴重低估