Cointime

扫码下载App
iOS & Android

零知识证明和比特币结合会带来什么?

撰文:Kyle Liu,Bing Ventures 投资经理

关键要点

  • 零知识证明可以提高比特币的隐私性,因为它可以隐藏交易的细节,如金额、地址、输入和输出等,同时保留交易的有效性和完整性,这样就可以防止第三方追踪以及分析用户的交易活动。
  • 零知识证明可以提高比特币的可扩展性,因为它可以减少交易数据的大小和验证时间。 例如,使用 ZK-STARKs 或其改进版本就可以将多个交易打包在一起,并使用零知识证明来验证它们,从而节省空间和时间。
  • 零知识证明可以提高比特币的创新性,因为它可以支持更多的功能和应用。 例如使用 ZK-SNARKs,就可以实现更多的逻辑和计算,在不暴露信息或增加开销的情况下执行更复杂和更灵活的合约。
  • 最终,零知识证明将使比特币更加无需信任和去中心化,符合其核心价值观。随着技术的不断发展和改进,比特币和 ZKP 的潜力也将不断得到挖掘。

越来越多的团队在区块链基础设施和 dApp 中采用零知识证明技术。但是,大部分项目都是基于以太坊进行的开发。然而,比特币与零知识证明实际上具有天然的结合基因,这一领域目前缺乏应有的关注。零知识证明技术与比特币的结合将可能为比特币网络带来哪些赋能?在本期 Bing Ventures 研究文章中,我们将从技术原理和应用前景角度对这一话题进行探索。

零知识证明(ZKP)是一种数学方法,允许一方(称为证明者)向另一方(称为验证者)证明一个事实,而无需向验证者提供任何有关证明的信息。这种方法对于保护隐私非常有效,因为证明者可以向验证者提供证明,而不会泄露任何有关证明本身的信息。

比特币可以与零知识证明具备天然结合的基因。比特币是一种去中心化的虚拟货币,它使用区块链来记录交易,并且所有交易信息都是公开的。然而,这也意味着比特币的交易信息可以被任何人查看,因此存在隐私泄露的风险。而零知识证明可以解决这个问题。

通过使用零知识证明,比特币用户可以将交易信息进行加密,并在不泄露信息的情况下证明其有效性,从而实现更高水平的隐私保护。零知识证明还可以提高比特币的可扩展性。目前,比特币的交易速度受到区块链大小和网络拥堵的限制,这限制了其在大规模商业应用中的使用。但是,通过使用零知识证明,比特币用户可以将大量交易信息进行批量处理,并将其证明的大小压缩到极小,从而提高比特币的可扩展性和效率。

背景和基本原理

ZK-SNARKs 和 ZK-STARKs

ZK-SNARKs 和 ZK-STARKs 都是零知识证明的变种,它们的共同点是在不泄露敏感信息的情况下证明某些数据或操作的有效性。但是,它们的实现方式、性能和应用范围有所不同。

ZK-SNARKs(Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge)是一种基于椭圆曲线密码学的零知识证明技术。它可以将一个复杂的计算问题转换成一个简单的证明,证明的大小非常小,且不需要交互。这意味着 ZK-SNARKs 可以在不泄露任何计算信息的情况下验证计算的正确性。ZK-SNARKs 的应用领域主要包括加密货币和隐私保护。

ZK-STARKs(Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge)是一种新型的零知识证明技术,相对于 ZK-SNARKs 更加灵活和安全。ZK-STARKs 的实现方式不依赖于椭圆曲线密码学,而是使用了哈希函数和多项式插值技术。这使得 ZK-STARKs 更加可靠,因为它不依赖于不可预测的数学难题,而是依赖于哈希函数的不可逆性。另外,ZK-STARKs 的证明大小比 ZK-SNARKs 更大,但是它的证明可验证性更好,因此可以应用于更广泛的领域,例如分布式计算和物联网安全等。

比特币采用零知识证明的难点

以 Zcash 为例,Zcash 采用的是零知识证明技术中的 ZK-SNARKs,该技术可以用于隐藏交易的详细信息,包括交易金额、参与者身份等,以实现更好的隐私保护。Zcash 采用 ZK-SNARKS 的技术原理大致如下:

  • Zcash 中有两种类型的地址:透明地址(t-address)和隐藏地址(z-address)。 透明地址类似于比特币地址,它们在区块链上公开交易金额和参与者。 隐藏地址则使用零知识证明来保护交易金额和参与者的隐私。
  • 当一个用户从一个隐藏地址发送资金到另一个隐藏地址时,他们需要生成一个 ZK-SNARKS 证明来表明他们拥有足够的资金,并且没有花费任何已经花费过的资金。 这个过程涉及到一些复杂的数学和密码学操作,比如生成公开参数、计算哈希、构造算术电路等。
  • 生成 ZK-SNARKS 证明需要大量的计算资源和时间,但验证 ZK-SNARKS 证明却非常快速和简单。 验证者只需要检查交易是否符合区块链的规则,而不需要知道任何关于交易金额或参与者的信息。
  • 通过使用 ZK-SNARKS,Zcash 可以实现完全匿名和可验证的交易,在保持区块链安全性和去中心化性的同时,提高用户隐私性和可用性。

但是,Zcash 采用的零知识证明技术也存在一些局限性。首先,Zcash 是基于 UTXO 的,这意味着交易信息并没有被完全掩盖,而只是被屏蔽了。因此,攻击者可以通过分析交易信息的模式和流量来推断出一些有用的信息。这也就导致了 Zcash 对于隐私保护的程度并不是完全可靠的。

其次,Zcash 是基于比特币的独立网络,这使得它与其他应用程序结合变得更加困难。这也就限制了它在更广泛的范围内应用的可能性,进一步阻碍了它的发展。虽然 Zcash 实现了隐私交易,但实际使用率却不高。其中一个原因是,隐私交易的成本比公开交易高得多,这也就限制了它的应用范围。

ZK-STARKs 的技术优势

在比特币上采用 ZK-SNARKs 技术确实可以实现交易的匿名性和隐私保护,但是该技术存在一些缺点,比如需要可信的设定和设备,需要大量的计算和存储资源等。为了解决这些问题,一些新的零知识证明技术,如 ZK-STARKs 技术也出现了。

简单来说,ZK-STARKs 的过程包括以下几个步骤:

  • 证明者将他想要证明的计算转换成一个多项式方程组,并用秘密信息作为变量。
  • 证明者对这个方程组进行一系列的变换和简化,得到一个更简单的方程组。
  • 证明者对这个简化后的方程组进行采样和编码,得到一个低维度的向量。
  • 证明者对这个向量进行哈希和签名,得到一个短小的字符串,作为他的证明。
  • 验证者收到这个字符串后,可以通过一些公开的参数和算法来检验它是否正确,而不需要知道秘密信息或原始计算。

相较于 ZK-SNARKs 技术,ZK-STARKs 技术具有以下优势:

  1. ZK-STARKs 技术不需要可信的设定,也就是说,不需要信任某个特定的生成器,这提高了技术的安全性。
  2. ZK-STARKs 技术因为需要的计算和存储资源更少,因此可以更好地适应轻量级设备和更广泛的应用场景。这是因为它相比 ZK-SNARKs 中需要进行复杂的加密和解密运算的过程,其证明生成过程更加高效。此外,ZK-STARKs 技术还可以更好地利用并行计算和分布式计算的能力,从而在某些情况下可以更高效地处理计算任务。
  3. ZK-STARKs 技术还可以支持更多的算法和操作,比如哈希函数、多项式运算等,这也为技术的拓展和升级提供了更多的可能性。

比特币和 ZK-STARKs 的结合

EC-STARKs 技术

STARKs 技术是一种新型的密码学证明技术,可以通过传递数据与第三方进行通信,同时保持数据的隐私性。这种技术可以将计算和存储验证数据转移到链下,从而提高了可扩展性。相比于 ZK-SNARKs 技术,STARKs 技术更为先进,能够抵抗来自量子计算机的攻击。

EC-STARKs 技术是 STARKs 技术的下一代,旨在通过用椭圆曲线替换哈希函数来提高比特币的可扩展性和安全性。这项技术可以让已经存在于以太坊上的可扩展性解决方案与比特币兼容。使用 EC-STARKs 技术,可以在链下运行比特币协议,并将证明存储在 STARK 中。

简而言之,比特币可以在 STARK 中被仿真,从而允许使用相同的椭圆曲线密钥建立基于比特币的代币的高度复杂的协议。EC-STARKs 技术的使用可以在比特币的链下协议中运行,同时保持证明在 STARK 中。这种方法不仅可以提高比特币的可扩展性,而且可以在比特币上建立高度复杂的协议,从而具有更高的隐私性。

这项技术将比特币的可扩展性和隐私性提高到了一个全新的水平,从而让比特币成为了一个更好的平台。这样,开发者可以在比特币上创建更加复杂的应用程序,使得比特币在加密货币市场上的地位更加稳固。

ZK-STARKs 在比特币中的应用前景

ZK-STARKs 的应用也符合比特币的保守设计哲学,不需要可信任的集合,而是使用哈希函数、Merkle 树和多项式等技术,提高了比特币的透明度和安全性。EC-STARKS 在比特币上的一个优势是它可以提高比特币的隐私性,因为它不需要公开交易的细节。 另一个优势是它可以减少比特币的存储需求,因为它可以将大量的数据压缩成一个小的证明。 EC-STARKS 在比特币上的一个挑战是它需要更多的计算资源,因为它需要执行复杂的数学运算。 另一个挑战是它需要更多的协调和标准化,因为它需要与比特币的现有协议和基础设施兼兼容。

从技术实现的角度来看,ZK-STARKs 的应用可以分为轻节点、全节点和验证方式等方面。轻节点可以利用 stark 证明区块头状态,实现快速的同步。全节点可以通过 UTXO 状态实现有效性证明,并使用 utreexo 技术,用新格式代表 UTXO 状态,从而不需要查看整个 UTXO 状态。验证方式方面,只需给定 utreexo 根 + 最终状态,就能够开始验证传入的区块。

此外,ZK-STARKs 的应用还有很多潜在的方向。例如,与 Taro 协议相结合,将比特币打造成更加通用的资产,使得比特币的应用场景得到进一步扩展,通过将 ZK-STARKs 与 TARO 结合,可以提高 TARO 协议的可扩展性,使其能够处理更多的交易并支持更大规模的应用,这将为 TARO 协议的多链部署打开门户。此外,比特币的隐私性一直是个问题,而 ZK-STARKs 技术的应用可以大幅提高比特币的隐私性。通过使用 ZK-STARKs 技术,可以将整个交易历史记录压缩到一个单一的交易中,从而有效地隐藏用户的交易信息。

未来的看点

更进一步来说,ZK-STARKs 可以用于比特币交易的验证,包括比特币交易的序列化、双 SHA 计算、secp256k1 操作等。这些操作是比特币交易验证的核心,使用 ZK-STARKs 可以确保比特币交易的验证过程高度安全和可靠。ZK-STARKs 还可以用于验证比特币的加速 Cairo 内置功能。Cairo 是一种高效的零知识证明系统,与比特币的加速 Cairo 内置功能结合使用,可以实现高效的比特币交易验证和安全保障。

ZK-STARKs 还可以用于实现 Taro 原语和资产 TLV 序列化,以及 MS-SMT 实现和验证等。这些操作可以有效地保护比特币交易的隐私和安全性,进一步提高比特币交易的可信度和可靠性。闪电网络作为比特币交易的二层解决方案,可以通过结合 ZK-STARKs 技术实现更高效、更安全的比特币交易。利用 ZK-STARKs 技术,可以在不牺牲交易隐私的前提下,快速验证闪电网络上的比特币交易。

我们看到越来越多的团队在区块链基础设施和 dApp 中采用零知识证明技术。其中一些新方案可能有可能加速零知识证明在区块链空间中的应用,并以更好的方式帮助隐私和可扩展性。然而,大部分项目都是基于以太坊进行开发,而比特币则在零知识证明领域缺乏应有的关注。更糟糕的是,工程实践在某种意义上并没有赶上学术成就。我们需要在这方面进行更多的实施和探索,同时也应该对该领域进行更多的关注和支持。

评论

所有评论

推荐阅读

  • 美股三大指数开盘涨跌不一 科技股多数反弹

    美股三大指数开盘涨跌不一,道琼斯指数跌0.36%,标普500指数涨0.09%,纳斯达克综合指数涨0.36%。热门股票中,英伟达股价上涨2.17%,苹果股价下跌3.8%,微软股价上涨0.66%,谷歌-A股价上涨0.76%,亚马逊股价上涨1.39%,台积电股价上涨1.4%,SpaceX股价上涨1.33%,特斯拉股价上涨0.46%,Meta股价上涨1.03%,博通股价上涨1.44%,SK海力士股价上涨2.61%,美光科技股价上涨2.62%,超威半导体股价上涨2.27%,阿斯麦股价上涨1.92%,思科股价上涨0.49%,甲骨文股价上涨1.91%,英特尔股价上涨1.83%,戴尔科技-C股价上涨2.45%,ARM股价上涨2.04%。 苹果股价低开近4%,苹果CEO特努斯在财报会上表示,内存价格上涨正拖累公司新一季度毛利率环比下滑,预计未来内存成本会更高。

  • 央行潘功胜:维护股票、债券、外汇等金融市场平稳运行

    11月3日,十四届全国人大常委会第二十五次会议3日上午在北京人民大会堂举行第二次全体会议。会议听取了中国人民银行行长潘功胜受国务院委托作的关于金融工作情况的报告。报告介绍了2025年10月以来金融工作主要进展及成效、当前经济金融形势和问题挑战,提出下一步工作考虑:继续实施好适度宽松的货币政策,为经济持续向新向优向好发展营造适宜的货币金融环境;进一步加强和完善金融监管,不断增强监管质效;实施好支持资本市场的货币政策工具,巩固完善资本市场稳市机制。维护股票、债券、外汇等金融市场平稳运行,守住不发生系统性金融风险底线。(新华社)

  • Meta拟发行150亿美元美元债

    11月3日,Meta计划通过美元债发行募资约150亿美元,此次发行是其跨境债券融资的一部分。此前消息称,Meta计划通过美元及欧元债券发行合计募资至少200亿美元,融资规模可能根据投资者需求进一步扩大。

  • CFTC 主席发布声明:美国可正式上市个股永续期货

    11 月 3 日,美国商品期货交易委员会(CFTC)主席 Michael S. Selig 发布公告,个股永续期货(Equity Perps)即日起可在同时获得 CFTC 指定合约市场资质、且在 SEC 完成通知注册的证券交易所上市交易。 Selig 表示,此举是重要进展,让美国市场参与者能够在受监管框架内使用永续期货开展风险管理与价格发现,避免资金流向海外无监管平台。 该产品落地依托《2000 年商品期货现代化法案》以及 CFTC 与 SEC 的监管谅解备忘录。长期以来,证券期货、个股永续期货这类创新产品长期卡在两机构管辖权模糊的 “监管无人区”,如今双方达成协调,扫清合规路径。

  • 消息人士:美伊在核问题及被冻结资产方面做出让步

    据半岛电视台:据接近调解团队的消息人士透露,调解方已向沙特阿拉伯和阿联酋通报了谅解备忘录的相关内容,两国均已表示认可。华盛顿与德黑兰在核问题及被冻结资产方面做出让步。

  • 知情人士:Anthropic今年年底可用算力将达到3.5吉瓦

    AI巨头Anthropic上周提交S-1招股文件,预计本月将完成创纪录IPO,搅动华尔街情绪。 周一公司更新招股书,披露亮眼增长数据,但支出端风险同样突出。 过去一年Anthropic签下大量算力采购合约,锁定算力资源训练、运行AI大模型,押注暴涨的需求可以覆盖巨额投入。 更新版S-1显示,Anthropic第三季度营收170亿美元,同比翻12倍,环比二季度上涨47%;但净亏损230亿美元,环比增速从上一季度144%有所回落。 截至2045年,Anthropic的数据中心、芯片、算力采购承诺总额高达8954亿美元;未来12个月内,近700亿美元的合约款项就要开始兑付。 两名知情人士透露:今年年底,公司可用算力将达到3.5吉瓦,足够供应芝加哥全部家庭用电;明年目标算力再翻一倍。 Anthropic甚至深度参与数据中心设计,招聘基建、供应链专家,还向承建方采购冷却系统等硬件。 它的头号竞争对手OpenAI同样在算力上疯狂投入。知情人士透露,OpenAI预计到2030年,算力总投入约7500亿美元。

  • 现货黄金失守3900美元/盎司

    现货黄金失守3900美元/盎司,日内跌1.19%。

  • BTC突破77000美元

    行情显示,BTC突破77000美元,现报77001.78美元,24小时跌幅达到1.94%,行情波动较大,请做好风险控制。

  • SEC更新加密资产FAQ,明确“中央方”认定标准

    11月2日,据SEC公司财务部官网消息,该部门更新联邦证券法适用于加密资产的常见问题解答,新增3条问答: 广泛治理体系的参与者若互不关联、无协议安排或默契(含通过委托)协同行动,一般不视为“中央方”; “中央方监督参与”指其在协议层、验证者层或用户层单方有权控制访问、更改投票程序、修改规则代码或撤销交易,而重大运作全部由规则代码自动执行、或裁量仅经广泛治理体系行使的一般不构成; “功能性”与“去中心化”属不同概念。 该FAQ为工作人员意见,不具规则或法规效力,关联3月17日解释性发布与8月18日《加密资产监管条例》提案。

  • BTC跌破77000美元

    行情显示,BTC跌破77000美元,现报76986.81美元,24小时跌幅达到1.41%,行情波动较大,请做好风险控制。