Coinbase：ZK生态详解

原文标题：Understanding the Zero-Knowledge Landscape

原文作者：Jonathan King

零知识证明（ZKP）和由此产生的技术是密码学的一个突破领域，在很大程度上被视为区块链设计概念的最终目标。

如今，ZKP 正在成为解决 web3 中未决问题的最有前景的解决方案之一，这一趋势越来越明显，包括： 1) 区块链可扩展性、 2) 隐私保护应用，以及 3) 无需信任的互操作性。

2023 年，ZK 技术投资超过 4 亿美元，主要关注以太坊 L1 或 L2 协议层的可扩展性，以及新兴基础设施和开发人员工具。

ZK 生态可分为 3 层： 1) 基础设施（即用于在 ZK 原语之上构建协议或应用的工具或硬件）、 2) 网络（即利用 ZK 证明系统的 L1 和 L2 协议），以及 3 ) 应用（即利用 ZK 机制的用户终端产品）。

虽然仍处于早期阶段，但 ZK 生态系统的快速发展有望开创安全、隐私和可扩展的区块链解决方案的新时代。

零知识证明（ZKP）和由此产生的技术在很大程度上被视为区块链设计的最终目标，特别是因为它涉及为链上应用程序提供一种解决方案，以最小的信任假设验证信息。从本质上讲，零知识证明是一种加密技术，允许一方（称为证明者）向另一方（验证者）证明计算是有效的，而无需暴露创建计算时使用的任何底层数据。ZKP 起源于 1985 年，当前，随着软件工具和硬件的最新进步，ZK 已经克服了数十年的滞后，并从理论发展到了实用。

如今，ZKP 为 web3 面临的最大挑战提供了可期的解决方案，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 网络的出现可以在不损害以太坊安全性或去中心化属性的情况下实现更快、更便宜的交易。虽然鉴于 EVM 兼容性和开发人员友好性更高，Optimistic Rollups 仍占主导地位，但 ZK Rollups 的采用率正在稳步增长。ZKP 有助于汇总链下的复杂计算，从而增强 L2 设计，以实现快速且经济高效的链上验证和结算。

隐私保护应用：迄今为止，区块链环境中的隐私工作主要局限于混淆交易(obfuscating transactions)。然而，研究人员正在逐步致力于在公共区块链上实现完全的交易匿名性和隐私性。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。

去信任的互操作性：现有的区块链互操作性协议依赖于可信系统（例如多重签名或激励验证器集）。ZKP 可以帮助用密码学证明取代加密经济信任假设，为更安全、更稳健的跨链通信开辟新途径。然而，在 ZKP 的主要应用中，互操作性是最为新兴的领域。

根据 Messari 的 deal screener 显示， 2023 年 ZK 领域投资超过 4 亿美元，其重点聚焦在以太坊 L1/L2 层的可扩展性和新兴的 ZK 开发者基础设施。尽管 ZK 相对新生，但其快速生长的生态预计将融合最佳实践，以实现更安全、隐私和可扩展的区块链应用。考虑到这一框架，让我们逐层仔细观察 ZK 生态，探索关键参与者和新兴概念。

基础设施

任何形式的 ZKP 都必须使用算术电路 (arithmetic circuit) 语言编写，其表达式有限，并且将大多数区块链功能转换为电路形式很复杂。开发人员工具和硬件的限制意味着 ZK 的实际用例直到最近才开始出现缓慢的进展。今天，我们看到了一系列系统和工具的出现，使开发人员能够在 ZK 加密原语之上构建协议和应用程序。

编程框架和工具：领域特定语言 (DSL)，例如 Leo、Noir、Cairo 和 o 1 js，是用于在特定 L1/L2 生态系统（例如 Aleo、Aztec、Starkware 和 Mina）。除此此外，Elusiv 和 Hinkal 等通用框架正在兴起，旨在允许开发人员定义如何在链上屏蔽交易数据但使用 ZKP 进行验证的具体标准。预计采用率将会不断增长，从而满足开发人员和终端用户对 ZK 支持的应用的潜在需求

ZK 协处理器：ZK 协处理器( ZK Coproessor) 为开发人员提供了经济高效且无需信任的链下计算功能，同时消除了开发人员在其技术堆栈中使用复杂的 ZK 相关组件的必要。RiscZero、Axiom 和 Herodotus 等团队提供了可验证的计算平台，可以生成证明任意程序的执行和有效性的证明，或者使智能合约能够存储、访问和验证链上历史数据，而无需强加额外的信任假设。随着时间的推移，ZK 协处理器将成为日益进化的链上应用程序的关键。