撰文：RonaldMannak，区块链创业公司StarlingProtocol联合创始人兼CEO
编译：卢江飞
来源：链闻
关于零知识证明的技术类博客文章很多，最近我也写了一篇文章，比较各种新的通用目的的zk-SNARK。我发现，关于零知识证明的用例，很少有用非技术语言表述的文章。事实上，零知识证明不仅可用在隐私方面，还有许多其他用途。它功能如此丰富，甚至有可能重新定义区块链的运作方式。
精简区块链，从GB压缩到KB
区块链的区块可能会很大，而且其大小在不断增长。这源于其最初的设计。我们也渐渐接受了这个现实。但是，Coda项目最近发布的测试网却不同。
首先，Coda的区块链是固定大小的，且不会增长；其次，它只有22KB！即便是上世纪80年代的8位机家用电脑Commodore64或ZXSpectrum，也能把它塞进去。而且，与传统的区块链相比，Coda的安全性差不多，甚至更高。
马斯克：像这样令人讨厌的话题让我想全神贯注于狗狗币:埃隆马斯克发推表示，像这样令人讨厌的话题让我想全神贯注于狗狗币。他引用Peter McCormack的推文和近期的热点表达了上述想法。[2021/5/17 22:09:09]
类似但功能更多的「精简区块链」项目越来越多，比如Mir和Starling。
这到底是如何做到的呢？
只要尝试部署过一个区块链节点，你就会知道这个过程有多痛苦：同步一个节点需要好几个小时、甚至数天时间。区块链如此之大，以至于大多数的家用计算设备的磁盘空间和带宽都达不到基本要求。结果就是中心化。即便像以太坊这样广受欢迎的区块链，其节点数量也就10,000个，大多数都托管在亚马逊AWS上，由少数几个实体所拥有。区块链并不像许多人以为的那么去中心。
声音 | 赵长鹏：本月初的黑客攻击事件让我们因祸得福:币安CEO赵长鹏今日发文表示，本月初币安的黑客攻击事件，让团队因祸得福。从长远来看，这一事件对币安来说可能是一件好事。追求安全永无止境。在安全方面总是有更多的事情要做，币安在上周已经实施了很多措施，并将在未来持续增加更多安全措施。鉴于此事，币安实际上变得比以前更加安全，不仅是在本次受影响的方面，而是就交易平台整体而言。他总结道：“在危机期间，我们始终与社区保持持续沟通和高度透明。我们认为这是一个强有力的因素，有助于我们从社区获得支持。 一个明显的衡量标准是BNB的价格：它在安全事件发生初期略有下降，但是下降幅度并不像人们预期的那么大，甚至在我们恢复提现之前，它已经强势回归并再次创下美元历史新高价。”[2019/5/20]
为什么同步一个区块链要这么长时间呢？主要有两个原因：
声音 | Contento基金创始人：去中心化的技术可以让我们追踪到每一笔交易:据coindesk消息，Contento基金创始人兼首席执行官Mick Tsai在今日共识大会新加坡站表示，“利用区块链技术可以帮助我们把现有的一些发现和成就从一个区块转移到另一个区块，在区块链上每一笔转移都进行了标记，去中心化的技术可以让我们追踪到每一笔交易。”[2018/9/20]
第一个原因很明显：下载几百GB或更多数据需要很长时间；
第二，下载完之后区块链要完成验证，因为恶意节点可能会向你发送不正确的数据。
若要验证一个区块链，必须从创世区块开始重放整条链：执行第一个交易，并确保计算出的状态等于下载得到的状态。然后转到下一个交易，直到你把区块链的所有交易都查一遍。这不仅耗时，也浪费资源。在你之前，成千上万的节点做着完全相同的计算工作。
声音 | 上海新金融研究院副院长：区块链让我们生活在地球的两个世界:上海新金融研究院副院长钟伟表示，区块链技术，可能意味着我们生活在两个世界。一个就是物理的地球，第二是数字的地球。人类正在构建摆脱物理地球的数字地球。物理地球扮演的作用，主要是传感器、动作器，数字地球主要是控制器。例如网约车，这是一个比较好的数字地球的应用方式，打开手机，召唤一辆车，那辆车在物理地球的确存在，但我们通过卫星可以定位，可以看到车过来了，然后坐车走，是通过数字地球这个控制器，控制物理地球物和人的移动。现在还不彻底，因为还需要人开网约车，未来是无人驾驶。所以我猜想，我们正在构建一个基于物理地球的数字地球，而区块链是数字地球的一个比较重要的技术应用，不管把它称之为分布式的操作系统还是其他的什么东西，我们可以再加一个定义，远程的分布式的操作系统。它还是印证了一点，我们正在构建一个数字地球，区块链是这个数字地球比较重要的控制器。[2018/7/7]
为什么要这么做呢？因为在传统计算学里，要知道一个计算是否正确的执行，唯一办法就是重做一次这个计算。如果小规模的计算，那就还好，但像重放一条区块链这种「慢运算」，情况就完全不同了。
加拿大银行行长：比特币“让我彻夜难眠”:加拿大行长在年底报告中提到让自己无法安睡的三个问题，包括网络安全、年轻人就业、家庭债务。同时还特别提到加密货币也是另一个让自己担忧的问题。他认为加密货币不是货币，购买行为纯属投机，它的价值也无人知晓。而且央行提供的货币才是最好的避险手段。当然数字货币的需求会继续增加，因此央行有必要深入研究如何可以正确使用这种新事物。[2017/12/18]
可提高效率和带宽的零知识证明
事实上，有一种方法可以低成本地验证一个计算结果，而又无需重做该计算，那就是零知识证明，其中最著名的可能要数zk-SNARK。
它是如何工作的呢？我们需要将区块链的重放函数改写为一个zk-SNARK。这个zk-SNARK将输出两个东西：原初的输出；一个很小的数学「证明」，证明这个结果计算正确。这个「证明」可以小到只有200字节。
这样一来，我们就不需要所有计算机跑一遍重放函数了。由一台计算机去创建这个「证明」，其他不限数量的计算机可以在它们认为合适的时间再进行验证。无论原初的计算要花费多长时间，验证却只需几毫秒即可搞定。这个「证明」可以通过线上分发，也可以存储在U盘里，甚至可以印在T恤上。
如果有恶意节点更改了某个交易的余额，那么这个「证明」就会和结果不同，所有验证者都会拒绝这个状态。如果有恶意节点更改了zk-SNARK代码，结果也会被拒绝。
我们不再需要重做昂贵的计算，也不需要下载区块链。你需要的，只是当前状态，加上能够证明当前状态是一个有效区块链的一部分的少量「证明」，再花费几毫秒验证一下结果。
递归性的组合
验证一个「证明」的速度很快，但创建这个「证明」怎样呢？其实时间不固定，与传统计算相比，在计算和和内存方面它的效率要低不少。实际上，虽然一个重放函数的zk-SNARK版本听起来不错，但在实践中这个解决方案并不好。和以往的非zk-SNARK的重放函数相比，它需要更大的内存，速度甚至更慢。
不过，还有另一个优雅的方案。我们发现，用一点点小技巧，其实可以使用递归性zk-SNARKs。有了递归，我们就不必从头开始验证这个区块链，可以在前一个状态的基础上来构建。速度会快得多。
需要注意的是，递归性zk-SNARK的效率依然不如非递归的zk-SNARK，不过，最近zk-SNARK的构造取得了长足的进步。
一个递归性的zk-SNARK程序，会用属于「前一个状态」的「证明」和新的交易作为输入。它会验证前一个状态，并检查新状态中的交易是否有效。如果没问题，它会输出新的状态和一个「证明」。
一旦新的状态和「证明」被分发到网络中，所有节点可以直接丢弃先前的状态，这么做不会有任何负面影响。新的节点只需要下载最新的状态和「证明」即可。这也就是Coda、Mir和Starling这些项目可以实现小的、大小固定的区块的秘诀。
在上面说的这个例子里，只需要一个节点来创建新的区块和「证明」。显然，我们没必要让同一个节点来生成所有的区块。举个例子，可以从许多节点中随机选择一个节点。我们甚至可以做得更好：将区块的生成逻辑分为多个zk-SNARK。
最终结果就是：区块生产者不需要完整的区块链，它只需要前一个状态。这会让区块大小降到多少呢？一个常规的Coda节点仅需要22KB即可存储「证明」、当前状态以及某个账户余额的Merkle路径。只需要22KB，一个节点就能验证整个区块链、查询余额并创建交易。但是，如果要生成区块，这个节点需要更多：它需要先前状态的全部余额的Merkle树。而Merkle树的大小取决于钱包的数量。如果Coda拥有和以太坊一样多的钱包，那么，Coda区块生产者也只需要大约1GB的容量。而以太坊上最小的完整节点是230GB。差距巨大。
利用零知识证明，区块链网络将有更多活跃节点，这就提升了去中心化程度，并让各种程序有更多可能与区块链进行交互，而无需像Infura或Metamask这样的方案。想想看，99%的新用户在安装Metamask时选择了放弃。所以，这种变化将带来巨大的影响。
感谢以下各位对本文的审阅：DanielLubarov(Mir),ShaneVitarana,StanvandeBurgt,TaariqLewis,和DmitriyBerenzon。作者授权链闻翻译并发布该文中文版本。
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