什麼是零知識證明？它如何確保在線隱私？瞭解它是什麼以及它爲何重要。
想象一下，你有一個祕密，有人想驗證你是否知道，但你又不想透露這個祕密到底是什麼。這怎麼可能呢？零知識證明 (ZKP) 就是一個可以實現這一點的加密概念。
零知識證明，儘管名字聽起來很複雜，但卻提供了一個簡單而強大的想法：證明對某事的瞭解而不泄露具體細節。
零知識證明於 20 世紀 80 年代提出，現已成爲現代密碼學的基石，爲日益以數據爲中心的世界提供了安全和私密的數字交互途徑。
讓我們瞭解什麼是零知識證明，探索它們的功能以及它們的應用領域。
目錄
零知識證明（ZKP）解釋
零知識證明如何發揮作用？
零知識證明的類型
零知識證明應用
零知識證明的優勢和挑戰
前方的路
零知識證明（ZKP）解釋
ZKP 是一種加密方法，它使一方（稱爲證明者）能夠向另一方（稱爲驗證者）證明他們擁有特定知識，而無需實際透露這些知識。
簡單來說，ZKP 允許驗證信息而不泄露其實際內容。說明零知識證明的最著名類比之一是“阿里巴巴洞穴”場景：
想象一下這樣一種情況：一個證明者（我們稱她爲 Peggy）想要向驗證者 Victor 證明她知道進入洞穴的祕密密碼，但實際上並不透露密碼本身。
佩吉帶維克多來到洞穴入口，進去後從另一條路出來。然後她挑戰維克多，讓他找出她原來使用的入口。
如果 Victor 能找到原始入口，Peggy 就會透露密碼。但是，如果 Victor 找不到原始入口，Peggy 就能成功證明她知道密碼，而無需透露密碼。
在這個比喻中，洞穴代表着祕密知識（密碼），而佩吉進出洞穴的能力證明了她對密碼的瞭解。
重要的是，維克多根本不知道密碼本身，因爲他看不到佩吉從哪個入口離開洞穴。
這個例子反映了零知識證明如何允許一方證明知道一個祕密，而無需泄露祕密本身。
ZKP在身份驗證、隱私保護協議和區塊鏈技術等領域有廣泛的應用。
零知識證明如何發揮作用？
零知識證明是通過一系列複雜的交互實現的。ZKP 的核心是實現這種交互的數學算法和協議。
ZKP 的一種常見類型是交互式協議，其中證明者和驗證者參與一系列步驟來確認語句的有效性。
這些步驟的設計使得驗證者可以確信證明者的知識，而無需證明者透露任何特定信息。
例如，考慮這樣一個場景：唐納德想向喬證明他知道一個祕密數字。
這是通過一系列加密計算和交換實現的，這些計算和交換使得喬無需瞭解祕密數字本身的任何信息即可驗證唐納德的說法的正確性。
ZKP的應用範圍非常廣泛，除了認證和隱私保護協議之外，ZKP還應用於區塊鏈技術。
例如，在區塊鏈網絡中，ZKP 可用於證明交易的有效性，而無需透露任何敏感信息，例如發送者的地址或交易金額。
零知識證明的類型
零知識證明（ZKP）有幾種類型，每種類型都有特定的用途並具有獨特的優勢。
兩種主要類型包括交互式和非交互式 ZKP，以及其他一些類型，每種類型都有自己的特點和應用。
交互式零知識證明 (ZKIP)：交互式零知識證明要求證明者和驗證者進行一系列交互來驗證證明。驗證者向證明者提出挑戰或問題，證明者必須根據其掌握的祕密信息做出正確回答。一個例子是 Schnorr 協議，用於在不透露離散對數的情況下證明其知識。
非交互式零知識證明 (NIZK)：非交互式零知識證明於 1988 年推出，通過使用基於預先商定的參數的加密算法，消除了交互的需要。證明者將其信息輸入算法以生成證明，然後驗證者使用另一種算法對其進行檢查。雖然 NIZK 效率更高，但計算量很大。示例包括 zk-SNARK 和 zk-STARK。
zk-SNARK（零知識簡潔非交互式知識論證）：zk-SNARK 使驗證者能夠在不瞭解其他詳細信息的情況下驗證聲明。它們簡潔、非交互式，並且滿足“健全性”要求，因此作弊的可能性不大。zkSync 和 Polygon zkEVM 等項目都使用了 zk-SNARK。
zk-STARK（零知識可擴展透明知識論證）：zk-STARK 與 zk-SNARK 類似，但具有可擴展性和透明度。對於較大的見證規模，它們的速度更快，並且依賴於可公開驗證的隨機性而不是受信任的設置。StarkNet 使用 zk-STARK 來實現其操作的可擴展性和透明度。
統計零知識證明：統計零知識證明允許證明者以高概率而非確定性說服驗證者。當不需要絕對確定性時（例如在某些加密協議中），統計零知識證明非常有用。
知識論證：知識論證 ZKP 證明證明者知道祕密但不泄露祕密。Sigma 協議是數字簽名中使用的一個例子。
非黑盒零知識證明：這些證明允許驗證者檢查證明的內部工作原理以獲取更多信息，從而確保某些加密應用程序的透明度。
零知識證明：這些證明不僅表明對祕密的瞭解，還證明如何推導祕密。數字簽名中使用的 Schnorr 識別協議就是一個例子。
零知識證明應用
零知識證明能夠增強數字交互的隱私、安全性和效率，在各個行業和技術中有着廣泛的應用。
區塊鏈技術：ZKP 最突出的應用之一是區塊鏈技術。ZKP 可用於證明交易的有效性，而無需透露敏感信息，例如發送者的地址或交易金額。這有助於提高區塊鏈網絡中的隱私性和可擴展性。例如，ZCash (ZEC) 採用了 ZKP，這是一種注重隱私的加密貨幣。ZKP 使用戶能夠證明資金所有權，而無需透露其交易歷史或賬戶餘額。
身份驗證：零知識證明可用於安全且保護隱私的身份驗證。例如，它們可用於證明個人年齡超過一定年齡，而無需透露其確切年齡或出生日期。QEDIT 等組織利用 ZKP 使公司能夠驗證其數據的完整性，而無需將其暴露給第三方，從而確保數據隱私。
數字投票：零知識證明可應用於數字投票系統，以確保投票過程的完整性，同時保護選民的隱私。零知識證明可用於證明投票正確，而無需透露實際投票。一個例子是“CIVITAS”項目，它使用零知識證明在選舉中實現可驗證和匿名投票。
數據共享與協作：零知識證明可以實現安全且私密的數據共享與協作。例如，零知識證明可用於證明某些條件得到滿足，而無需泄露底層數據，從而使各方能夠在不泄露敏感信息的情況下進行協作。
身份驗證和訪問控制：ZKP 可以增強身份驗證和訪問控制機制。ZKP 可用於證明數字資產的所有權，而無需透露資產本身，從而提高數字交易的安全性。例如，“Sovrin”網絡中使用 ZKP，使個人能夠證明自己的屬性，例如年齡或資格，而無需透露不必要的個人信息。
隱私保護技術：ZKP 還用於隱私保護技術，例如匿名憑證和私有集合交集協議。這些技術可以在不泄露敏感信息的情況下實現安全交互。
零知識證明的優勢和挑戰
零知識證明（ZKP）有幾個優點。
優點
隱私：ZKP 的主要優勢之一是能夠通過允許一方證明自己瞭解某事而不泄露實際信息來提供隱私。這在數據保密性至關重要的應用中至關重要，例如身份驗證。
安全性：ZKP 可在不暴露敏感數據的情況下實現可驗證計算，從而增強安全性。這在區塊鏈和加密貨幣應用中尤爲重要，因爲這些應用中需要在不泄露交易細節的情況下驗證交易。
效率：ZKP 可以顯著減少與證明語句有效性相關的計算和通信開銷。這種效率使其適合在資源受限的環境中使用。
透明度：在某些情況下，例如使用公開可驗證隨機性的非交互式 ZKP，ZKP 可以在證明的生成和驗證中提供透明度，從而增強對系統的信任。
可擴展性：某些類型的 ZKP（例如 zk-STARK）具有可擴展性優勢，即使使用大量數據也可以高效地生成和驗證證明。
挑戰
爲了得到廣泛採用，ZKP 還面臨着一些挑戰：
複雜性：實施和理解 ZKP 可能很複雜，需要密碼學和數學方面的專業知識。這種複雜性可能會阻礙廣泛採用和實施。
計算強度：生成和驗證 ZKP 需要大量計算。這可能會導致可擴展性問題，尤其是在交易量很大的應用程序中。
可信設置：某些 ZKP 需要可信設置階段來生成公共參數。確保此設置的完整性並防止潛在攻擊可能具有挑戰性。
證明者知識：ZKP 依賴於這樣的假設：證明者擁有他們聲稱知道的祕密信息。在某些情況下，在不泄露祕密的情況下驗證這一假設可能具有挑戰性。
互操作性：不同的 ZKP 系統可能具有有限的互操作性，因此難以在不同平臺和應用程序之間無縫使用 ZKP。
前方的路
如今，零知識證明已經成爲增強各種數字應用中隱私和可擴展性的關鍵技術。
最近推出的基於 ZK 的區塊鏈（如 Polygon zkEVM、zkSync Era 和 StarkNet）前景廣闊。它們的潛在應用和影響纔剛剛開始被探索。
觀察這些技術如何發展以及在未來幾年它們將帶來哪些新的可能性將會非常有趣。
