全览零知识证明赛道：基础设施、网络及应用程序

原文作者：Jonathan King

原文编译：深潮 TechFlow

零知识证明（ZKP）技术已成为密码学领域的一项重大突破。本文将深入探讨零知识证明技术的核心原理、实际应用，及其对区块链可扩展性、隐私保护应用程序以及无需信任的互操作性等方面的影响。随着 2023 年对这一技术投资的不断增加，零知识证明不仅在理论上得到了发展，更在实践中展示了其广阔的应用前景。我们将从基础设施、网络及应用程序三个层面对零知识证明的生态系统进行深入分析，揭示其如何开启区块链技术新时代的大幕。

摘要

零知识证明（ZKP）及其衍生技术是密码学的的重大突破，在很大程度上被视为区块链设计概念的最终目标。

如今，零知识证明正日益成为解决 web3 中未解决问题的有前景的解决方案，包括区块链可扩展性、隐私保护应用程序和无需信任的互操作性。

2023 年，投资于零知识技术的资金超过 4 亿美元，主要集中在以太坊L1/L2协议层的可扩展性、新兴基础设施和开发者工具上

零知识领域可分为三层：

1）基础设施，即用于在零知识原语之上构建协议/应用程序的工具/硬件

2）网络，即利用零知识证明系统的L1/L2协议

3）应用程序，即利用零知识机制的最终用户产品

尽管零知识生态系统仍处于初期阶段，但其快速发展有望开启一个新时代，实现安全、私密和可扩展的区块链解决方案。

引入

零知识证明（ZKP）及其衍生技术很大程度上被视为区块链设计的终极目标，特别是在为链上应用验证信息时几乎不需要信任假设的情况下提供解决方案。零知识证明的核心是一种密码学技术，它允许一方（即证明者）向另一方（即验证者）展示一项计算是有效的，而无需暴露用于创建该计算的任何底层数据。零知识证明起源于 1985 年，已从理论演变为实际应用，通过近期在软件工具和硬件方面的进步，克服了数十年的滞后。

如今，零知识证明为Web3面临的最大挑战提供了有希望的解决方案，其中包括：

区块链可扩展性：以太坊 L1 面临的最大挑战之一是可扩展性。然而，L2网络的出现使得交易更快更便宜，且不会损害以太坊的安全性或去中心化。尽管 optimistic rollup 由于与 EVM 的高度兼容性和对开发者的友好性而保持主导地位，但 ZK rollup 的采用正在稳步增加。零知识证明有助于在链下总结复杂的计算，从而增强L2设计，以便快速、高效地进行链上验证和结算。

保护隐私的应用：迄今为止，区块链领域对隐私的工作主要局限于隐藏交易。然而，研究人员正在逐步朝着在公共区块链上实现完全的交易匿名性和保密性方向努力。重要的是，利用 ZKP 的新颖隐私保护概念正在出现，旨在打破保护用户隐私和实现合规性（即阻止非法活动）之间的权衡。

无需信任的互操作性：现有的区块链互操作协议依赖于可信系统（例如，多重签名或激励验证器集）。零知识证明可以帮助用加密保证替代加密经济信任假设，为更安全、更健壮的跨链通信打开道路。然而，在 ZKP 的主要应用中，互操作性是最新兴的。

根据 Messari 的数据显示， 2023 年投资于零知识证明领域的资金超过 4 亿美元，强调以太坊L1/L2层的可扩展性和新兴零知识证明开发者基础设施。尽管零知识证明相对而言是新兴的，但其快速发展的生态系统预示着更安全、私有和可扩展的区块链应用的最佳实践将趋于一致。基于这种框架思维，让我们更仔细地看看分层的零知识证明领域，探索关键参与者和新兴概念。

基础设施

任何形式的零知识证明都必须用算术电路语言编写，这种语言表达能力有限，将大多数区块链函数转换为电路形式非常复杂。开发者工具和高级硬件的局限性意味着零知识的实际应用场景直到最近才开始发展。今天，我们看到了一系列系统和工具的出现，使开发者能够在零知识密码配套设施之上构建协议和应用程序。

编程框架和工具：特定领域语言（DSL），如 Leo、Noir、Cairo 和 o 1 js，是用于在特定L1/L2生态系统（例如，分别是 Aleo、Aztec、Starkware 和 Mina）中开发可证明零知识程序的编程框架。此外，通用框架如 Elusiv 和 Hinkal 正在兴起，目的是允许开发者定义特定标准，以使交易数据可以在链上被屏蔽，但使用零知识证明进行验证。预计随着对零知识驱动应用的潜在开发者和最终用户需求的增长，这些框架的采用将持续增加。