零知識證明（ZKP）技術在密碼學領域取得了巨大突破，被廣泛視為區塊鏈設計的終極目標，具有安全性、高效性、隱私性等優勢，可以解決區塊鏈領域的可擴展性、隱私保護和互操作性等關鍵問題。近年來，零知識證明技術在區塊鏈領域得到了廣泛的應用和發展，湧現出了一批創新的專案和平臺，展現出了巨大的潛力和價值。

一、瞭解零知識證明

零知識證明技術最早由 Goldwasser、Micali 和 Rackoff 在1985年提出，是一種密碼學技術，它允許一方（證明者）向另一方（驗證者）證明某個陳述是真實的，而無需透露任何其他資訊。例如，證明者可以向驗證者證明自己知道某個密碼，而不需要告訴驗證者密碼是什麼。零知識證明技術具有以下三個特性：

完備性（Completeness）：如果陳述是真的，證明者總能讓驗證者相信；

零知識性（Zero-Knowledge）：如果陳述是真的，驗證者除了知道陳述是真的之外，不能獲得任何其他資訊；

可靠性（Soundness）：如果陳述是假的，證明者不能讓驗證者相信。

二、零知識證明的功能

零知識證明技術的優勢在於，它可以在不犧牲安全性和隱私性的前提下，提高區塊鏈網路的可擴展性和互操作性。具體來說，零知識證明技術可以實現以下幾個方面的功能：

可驗證計算（Verifiable Computation）：證明者可以向驗證者證明自己正確地執行了某個複雜的計算，而無需讓驗證者重複執行該計算或提供計算的輸入和輸出。這樣，可以將區塊鏈網路的計算負擔轉移到鏈下，從而提高區塊鏈網路的可擴展性和效率。

隱私保護（Privacy-Preserving）：證明者可以向驗證者證明自己滿足某些條件，而無需透露具體的條件或證據。例如，證明者可以向驗證者證明自己擁有足夠的資金，而無需透露自己的帳戶餘額或交易歷史。這樣，可以保護區塊鏈網路上的用戶的身份和數據的隱私，同時實現合規性和可審計性。

互操作性（Interoperability）：證明者可以向驗證者證明自己在另一個區塊鏈網路上的狀態或行為，而無需依賴於可信的仲介或橋接。例如，證明者可以向驗證者證明自己在以太坊上擁有某個 ERC-20 代幣，而無需將該代幣轉移到驗證者所在的區塊鏈網路上。這樣，可以實現不同的區塊鏈網路之間的數據和價值的互聯互通，增強區塊鏈網路的多樣性和協作性。

三、零知識證明的應用

零知識領域可分為基礎設施、網路和應用程式三層：

基礎設施： 包括用於構建協議/應用程式的工具和硬體，如編程框架、零知識協處理器、證明網路/市場和硬體加速等。這些基礎設施為開發者提供了構建ZKP應用的工具和平臺。

網路： 涉及利用零知識證明系統的L1/L2協議，包括注重隱私的L1網路、ZK-EVM和ZK-Rollup。這些網路致力於解決區塊鏈的可擴展性和隱私問題。

應用程式： 利用零知識機制的最終用戶產品，包括私密支付、身份驗證、私密DeFi和消費者應用。這些應用程式遮罩用戶隱私並提供安全的鏈上交互體驗。

根據 Messari 的數據顯示，2023 年投資於零知識證明領域的資金超過 4 億美元，主要集中在以太坊 L1/L2協議層的可擴展性、新興基礎設施和開發者工具上。這顯示出投資者對ZKP技術前景的樂觀態度，並為生態系統的發展提供了資金支持。

图片来源：https://www.odaily.news/post/5192444

ZK基礎設施層

編程框架和工具：零知識證明的實際應用需要使用算術電路語言編寫，近期出現的編程框架如Leo、Noir、Cairo和o1 js，為在L1/L2生態系統中開發可證明零知識程式的開發者提供了支持。通用框架如Elusiv和Hinkal也在崛起，預計隨著需求的增長，這些框架將得到更廣泛的採用。

零知識協處理器：零知識協處理器為開發者提供了無需信任的鏈下計算能力，例如RiscZero、Axiom和Herodotus等團隊提供可驗證計算平臺，用於生成證明證明任意程式的執行和有效性。這些協處理器有望成為鏈上應用的先進組件。

證明網路/市場：當前大多數零知識網路和協議仍依賴於集中化的證明過程，但隨著零知識採用的增長，團隊可能會尋求去中心化證明層，提高活躍度和抗審查能力。Emerging markets like nil; Foundation、RiscZero、Gevulot和Lumoz旨在降低運營零知識證明基礎設施的成本。

硬體加速：專用硬體（如FPGA和ASIC）的應用有望改善零知識證明的生成和驗證時間。Ingonyama、Cysic和Fabric等硬體提供商在提供FPGA和ASIC的方面處於領先地位，預計未來將有更多的創新和投資。

應用程式鏈基礎設施：Rollup-as-a-Service（RaaS）提供商如Spire、ProtoKit和Lumoz為開發者提供了低代碼工具，用於構建、測試和部署利用零知識證明機制的應用。排序器如Espresso、Radius和Madara提供了基礎設施，接受用戶交易並在鏈上進行驗證和結算。未來，以太坊可擴展性的下一代可能由模組化的L2 rollup堆疊驅動，為這些提供商創造需求。

互操作性與橋接：零知識證明有望幫助取代可信系統，促進更安全、更健壯的跨鏈通信。新興的團隊如Polyhedra、Lambda Class和Polymer Labs正在探索互操作性和橋接設計的新穎概念。

零知識機器學習（ZKML）：ZKML專注於使用零知識證明證明鏈上機器學習模型推斷的正確性。團隊如Modulus Labs、Giza和Zama正在開創獨特的ZKML應用案例，這將在AI和加密技術的交叉點上提供協同平衡。

ZK網路層

隱私L1：新興L1網路如Aleo、Mina和IronFish提供基於零知識證明的隱私優先智能合約能力，為生態系統內的去中心化應用程式提供了應用級別的隱私。這些網路需要時間來進行激勵測試網，但有望在1–2年內實現大規模採用和價值捕獲。

ZK-EVM：ZK-EVM利用零知識證明對以太坊類交易的執行進行加密證明，不同類型的ZK-EVM在EVM相容性和性能之間進行設計權衡。ZK-EVM有望在未來繼續創新，為以太坊和基於以太坊的ZK rollup提供更多選擇。

ZK-Rollup：ZK-rollup是一種L2擴展解決方案，通過將計算轉移到鏈下並使用零知識證明在鏈上證明狀態變化，提供了高效的鏈上驗證和結算。儘管optimistic rollup目前佔據L2市場份額的90%，但隨著底層技術的進步，對ZK-rollup的需求有望增加。

ZK應用層

私密支付和DeFi： 團隊如Elusiv提供用戶友好的介面，通過遮罩地址實現私密支付，同時採用合規機制防止非法活動。

身份驗證： zCloak、ZKPass和zkp-ID利用零知識證明讓用戶在不暴露個人資訊的情況下向第三方證明可驗證數據。

私密但合規的DeFi： DeFi協議如Lumina和Panther專注於構建私密但合規的去中心化交易所，提供安全的交易環境。

消費者應用程式： 消費者應用程式如Sealcaster和Dark Forest利用零知識證明遮罩用戶身份和遊戲策略，保障用戶隱私。

四、ZK賽道前景展望

未來的ZK（零知識證明）領域呈現出多個關鍵方向，其中包括優化速度、降低硬體要求、改進開發工具以及支持去中心化證明生成的新型證明設計。

技術融合： 隨著optimistic rollup和零知識擴展解決方案在驗證rollup交易方面的應用，兩者在安全性、延遲和計算效率方面存在設計權衡。預計在中長期內，這兩種技術棧將趨於融合，以更好地適應鏈上應用的多樣性需求。

性能優化： ZK領域將致力於提高交易處理速度，並降低硬體資源的需求。新一代的零知識證明設計將注重性能優化，為用戶提供更快速、高效的交易體驗。

開發工具改進： 隨著ZK技術的普及，對開發工具的改進將成為關鍵。更靈活、高效的開發工具將有助於開發者構建更多樣化、複雜的ZKP應用。

隱私應用增長： 隨著最終用戶對公共區塊鏈上隱私保護需求的增加，ZK的應用層將迎來顯著增長。專案如zCloak、Elusiv等提供私密支付和身份驗證等功能，強調了用戶對隱私的日益關注。

生態系統適應性： 儘管零知識研究目前主要集中在以太坊生態系統中，但新興概念如Solana的Token 22計畫和保密轉賬表明，ZK具有超越特定生態系統的適應性和潛力。

總體而言，零知識證明的變革潛力正在迅速展開，為區塊鏈解決方案帶來了顯著的安全性、隱私性和可擴展性改進，並在未來的發展中繼續引領創新和投資熱潮。

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