zk-SNARK

什麼是 zk-SNARK？

zk-SNARK 是一種密碼學證明系統，可讓一方證明某項陳述為真，而無須揭露該陳述背後的私密資訊。

zk-SNARK 的完整名稱為 Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge。

在加密貨幣中，zk-SNARK 用於支援私密交易、區塊鏈擴容、可驗證運算、身分系統及以證明為基礎的應用程式。

zk-SNARK 可證明交易遵循協議規則，而無須公開揭露交易的所有細節。

這很重要，因為許多區塊鏈預設為透明，代表任何使用區塊鏈瀏覽器的人，都可能看見錢包活動、餘額及交易模式。

Ethereum 對零知識證明的官方說明，將 zk-SNARK 描述為可驗證資訊、卻不揭露資訊本身的證明系統。

Zcash 也在其zk-SNARK 指南中說明，該技術讓個人能證明持有特定資訊，而無須揭露該資訊。

對加密貨幣使用者而言，簡單來說，zk-SNARK 協助區塊鏈驗證真實性，而不迫使使用者暴露不必要資料。

為何 zk-SNARK 對加密貨幣很重要

zk-SNARK 很重要，因為加密貨幣網路需要隱私、可擴展性及信任最小化驗證。

公鏈很有用，因為任何人都可以驗證規則是否被遵守。

不過，完全透明可能為使用者、企業、交易者、捐款人、薪資系統及去中心化應用程式帶來隱私問題。

若每個錢包餘額與交易路徑永遠可見，使用者即使沒有不當行為，也可能失去金融隱私。

zk-SNARK 透過允許網路驗證正確性而不揭露所有敏感細節，協助解決部分問題。

它們也適用於擴容，因為區塊鏈可驗證精簡證明，而非重新執行大量運算。

Ethereum 關於零知識 Rollup的文件說明，有效性證明可確認鏈下狀態轉換正確，而無須 Ethereum 重新執行每筆交易。

這使 zk-SNARK 對 Layer 2 網路、去中心化金融、支付、遊戲、代幣化資產及其他高交易量加密貨幣應用程式很重要。

簡言之，zk-SNARK 讓加密貨幣系統在維持強大驗證的同時，變得更私密且更有效率。

拆解 zk-SNARK 術語

「zk」代表 zero-knowledge（零知識）。

零知識表示證明可顯示某事為真，而不揭露用於證明的祕密資料。

「S」代表 succinct（精簡）。

精簡表示相較於所證明的完整運算，證明很小且能快速驗證。

「N」代表 non-interactive（非互動式）。

非互動式表示證明者可建立一份證明，驗證者無須長時間來回溝通即可檢查。

「ARK」代表 Argument of Knowledge（知識論證）。

論證表示該證明在計算假設下具有安全性。

知識表示證明者必須知道使陳述成立的隱藏資訊，通常稱為見證（witness）。

結合這些部分後，zk-SNARK 就成為可快速檢查、且不揭露私密資訊的精簡證明。

這種組合使 zk-SNARK 在驗證成本、公開資料暴露與使用者隱私都很重要的區塊鏈系統中相當強大。

zk-SNARK 如何運作

zk-SNARK 通常涉及證明者、驗證者、公開陳述及私密見證。

證明者是建立證明的一方。

驗證者是檢查證明的一方。

公開陳述是所有人都可看見的主張。

私密見證是證明該主張為真的隱藏資訊。

例如，使用者可能想證明私密交易有效，而不向公眾顯示發送者、接收者或金額。

zk-SNARK 可讓使用者證明交易遵循協議規則，而不揭露這些指定細節。

在許多系統中，運算必須先表示為電路或數學約束系統。

電路定義證明必須滿足的規則。

若私密見證滿足電路，證明者即可建立有效證明。

驗證者接著使用驗證金鑰或驗證者演算法檢查證明。

若證明有效，驗證者便接受該陳述為真。

若證明無效，驗證者便拒絕它。

此流程讓區塊鏈能執行規則，而無須得知使用者私密資料的一切內容。

什麼讓 zk-SNARK 如此精簡？

精簡性是 zk-SNARK 的主要優勢之一。

精簡證明的大小適合高效儲存、傳輸及驗證。

這在區塊鏈上很重要，因為每個位元組資料與每個驗證步驟都可能產生成本。

若證明很大或驗證速度很慢，可能過於昂貴而不適合鏈上使用。

zk-SNARK 很有價值，因為它們通常可產生比原始運算更便宜得多的精簡證明。

這也是它們被用於擴容系統的原因。

Layer 2 系統可在鏈下處理大量交易、生成證明，再將證明提交至基礎區塊鏈。

基礎區塊鏈只需驗證證明，而非逐筆處理交易。

這可減少壅塞，並讓交易對使用者更可負擔。

精簡性也有助於隱私系統，因為精簡證明可在不揭露私密交易細節的情況下證明符合規則。

什麼讓 zk-SNARK 成為非互動式？

非互動性表示證明者可建立一份供驗證者日後檢查的證明。

這對區塊鏈很重要，因為智能合約無法與每位使用者進行長時間的私密對話。

區塊鏈需要可作為資料提交並自動驗證的證明。

在較早期的互動式證明系統中，證明者與驗證者可能需要數輪通訊。

這種設計不適用於許多加密貨幣應用程式，因為區塊鏈交易應具有最終性、公開且易於節點驗證。

非互動式證明更適合智能合約與去中心化網路。

證明者在鏈下建立證明。

證明被提交至區塊鏈或其他驗證者。

驗證者在一次驗證流程中檢查它。

這種結構使 zk-SNARK 適用於私密支付、Rollup、跨鏈橋、身分證明及鏈上驗證系統。

zk-SNARK 與隱私

zk-SNARK 經常與隱私相關，因為它們可在證明交易有效的同時隱藏敏感資訊。

在注重隱私的加密貨幣支付中，zk-SNARK 可證明發送者擁有足夠資金、資金未被重複花費且交易遵循規則。

公鏈可接受交易，而無須向所有人揭露全部交易細節。

Zcash 文件在其Zcash 基礎指南中說明，Zcash 使用屏蔽地址及 zk-SNARK 支援保護隱私的交易。

這不代表每個 zk-SNARK 應用程式預設都具備隱私。

部分系統主要將 zk-SNARK 用於可擴展性，而非隱私。

在這些系統中，交易資料可能仍為公開，但證明可更有效率地驗證正確性。

使用者應始終確認哪些資訊被隱藏、哪些資訊公開，以及哪些中繼資料仍可能可見。

zk-SNARK 是隱私工具，但隱私取決於工具的實作方式。

zk-SNARK 與區塊鏈擴容

zk-SNARK 對區塊鏈擴容也很重要。

擴容是協助區塊鏈支援更多使用者及交易，而不讓網路變得過於昂貴或難以驗證。

在 zkRollup 中，大量交易會在鏈下處理，然後以有效性證明加以證明。

基礎鏈檢查證明，若證明有效便接受更新後狀態。

此方法可節省區塊空間，因為基礎鏈不必重新執行每筆交易。

Ethereum 的zk-rollup指南說明，這些系統將運算及狀態儲存移至鏈下，同時將證明與選定資料發布至基礎層。

zk-SNARK 是此類擴容設計可採用的一種證明系統。

它們可協助降低手續費、提升吞吐量，並讓去中心化應用程式更容易使用。

這對需要頻繁交易的應用程式尤其有用，例如遊戲、支付、兌換、借貸及鏈上社交工具。

隨著區塊鏈採用增加，zk-SNARK 可能更加重要，因為使用者期待快速應用程式，卻不願放棄安全性。

zk-SNARK 與可信設定

可信設定是部分 zk-SNARK 系統最受討論的風險之一。

可信設定是建立用於生成及驗證證明之密碼學參數的流程。

若設定中的祕密材料未被正確銷毀，攻擊者可能能在某些系統中建立偽造證明。

這些祕密材料有時稱為有毒廢料。

較早期的 zk-SNARK 設計通常需要可信設定，為使用者帶來額外的信任假設。

部分系統透過多方儀式降低此風險，由許多參與者共同提供隨機性。

其理念是，只要至少一名誠實參與者銷毀自己的祕密貢獻，設定就仍然安全。

較新的證明系統也致力於降低或移除可信設定需求。

Electric Coin Company 說明，Halo 2被設計為不需要可信設定的高效能 zk-SNARK 實作。

Zcash 的NU5 升級頁面也表示，該升級讓 Zcash 轉向 Halo 證明系統並移除了可信設定需求。

這很重要，因為顯示 zk-SNARK 技術持續演進。

使用者不應假設所有 zk-SNARK 都採用相同設定模型。

確切安全假設取決於證明系統、實作及協議設計。

zk-SNARK 與 zk-STARK

zk-SNARK 與 zk-STARK 都是零知識證明系統，但具有不同取捨。

zk-SNARK 通常以小型證明及高效驗證聞名。

zk-STARK 通常以透明性、大型運算的可擴展性及避免可信設定聞名。

Ethereum 的零知識證明文件指出，zk-STARK 產生的證明通常比 zk-SNARK 大，因此可能帶來較高驗證額外負擔。

這表示當證明大小及鏈上驗證成本格外重要時，zk-SNARK 可能具有吸引力。

不過，許多 zk-SNARK 系統依賴的密碼學假設，面對強大量子電腦時可能不如基於雜湊的系統具備未來抵抗性。

zk-STARK 通常被描述為更具抗量子能力，因為它們通常依賴抗碰撞雜湊函數。

這不代表其中一種系統永遠優於另一種。

開發者可能為精簡證明及成熟工具選擇 zk-SNARK。

開發者可能為透明設定及不同長期安全假設選擇 zk-STARK。

最佳證明系統取決於應用程式需求、成本限制、安全模型及使用者體驗目標。

zk-SNARK 在私密交易中的應用

私密交易是 zk-SNARK 最知名的應用情境之一。

公鏈可驗證沒有憑空創造原生幣，且使用者沒有重複花費。

同時，zk-SNARK 可隱藏指定交易細節，使其不公開顯示。

這在驗證與機密性之間取得平衡。

例如，屏蔽交易可證明發送者有權花費特定資金，而不向公眾顯示確切花費哪筆資金。

它也可依協議設計隱藏接收者及金額。

這可保護使用者免受金融監控、針對性攻擊、商業情報外洩及不受歡迎的公開曝光。

隱私不代表系統沒有規則。

設計良好的 zk-SNARK 系統可執行規則，同時減少不必要的揭露。

因此，許多隱私倡議者認為零知識證明是讓加密貨幣更適用於一般金融活動的實用途徑。

zk-SNARK 在去中心化身分中的應用

zk-SNARK 也可支援去中心化身分。

在身分系統中，使用者通常需要證明自己具備某項條件，卻不揭露全部個人資訊。

例如，使用者可能需要證明自己超過特定年齡、屬於某個群組或符合某項要求，而不揭露完整身分。

zk-SNARK 可證明必要事實，同時讓額外資料保持私密。

這可協助減少資料外洩，因為應用程式不必收集超出必要範圍的個人資訊。

在加密貨幣中，這可支援保護隱私的存取控制、合規檢查、投票系統、聲譽工具及空投資格系統。

它也可協助使用者避免將每個鏈上行為連結至相同公開身分。

核心概念是選擇性揭露。

使用者可證明必要內容，無須揭露一切。

zk-SNARK 在儲備證明及稽核中的應用

zk-SNARK 可用於儲備證明及稽核系統。

企業或協議可能希望證明符合某項財務條件，而不揭露每個錢包、客戶餘額或內部紀錄。

零知識證明可協助證明指定事實，同時讓敏感細節保持私密。

例如，系統可證明總資產大於總負債，而不公開揭露每個使用者帳戶。

這種方法可改善透明度，同時降低隱私風險。

不過，零知識證明本身無法解決所有稽核問題。

證明必須基於正確資料。

負債必須完整。

資產必須由提出主張的實體控制。

證明電路必須符合所提出的主張。

這表示基於 zk-SNARK 的稽核仍需要強大的資料控制、清楚方法論及獨立審查。

證明的可靠性取決於它所證明的陳述。

zk-SNARK 的優點

zk-SNARK 的第一項主要優點是隱私。

它們可證明交易或陳述有效，而不揭露所有私密資訊。

第二項優點是小型證明。

較小的證明可降低鏈上儲存及驗證成本。

第三項優點是快速驗證。

驗證者檢查證明的速度，遠快於重複完整運算。

第四項優點是可擴展性。

zk-SNARK 可協助 Layer 2 系統批次處理大量交易並高效證明。

第五項優點是彈性的應用程式設計。

它們可支援支付、身分、遊戲、金融、治理、跨鏈橋及私密運算。

第六項優點是使用者對資料有更佳控制權。

使用者不必讓應用程式完整存取敏感資訊，而可只證明必要內容。

zk-SNARK 的限制

第一項限制是複雜度。

zk-SNARK 很難設計、實作、稽核及說明。

第二項限制是部分證明系統的可信設定風險。

若需要設定且處理不當，系統可能面臨嚴重安全問題。

第三項限制是電路風險。

若電路錯誤，證明可能正確地證明錯誤規則。

第四項限制是實作風險。

證明者軟體、驗證者合約、錢包、跨鏈橋或密碼學函式庫中的錯誤，可能造成實際損失。

第五項限制是證明成本。

生成證明可能需要大量運算、記憶體及專業工程能力。

第六項限制是使用者誤解。

許多使用者認為「zk」永遠代表完整隱私，但部分 zk 系統主要將證明用於擴容。

第七項限制是中繼資料洩漏。

即使證明隱藏核心資料，錢包行為、時間、網路資訊、入金、提領或應用程式模式仍可能洩露線索。

關於 zk-SNARK 系統應詢問的安全問題

使用者應詢問證明系統是否需要可信設定。

他們應詢問設定是通用、可更新、特定電路，還是已完全移除。

他們應詢問智能合約是否已接受稽核。

他們應詢問證明電路是否已由獨立專家審查。

他們應詢問系統是隱藏交易資料，還是僅證明執行正確性。

他們應詢問提領是否依賴跨鏈橋、排序器、管理員金鑰或緊急委員會。

他們應詢問營運者離線時，使用者能否安全退出。

他們應詢問資料可用性如何處理。

他們應詢問專案是否清楚說明其風險模型。

這些問題很重要，因為 zk-SNARK 雖然強大，卻不會消除加密貨幣系統的所有風險。

zk-SNARK 應用程式的完整安全性取決於密碼學、軟體、治理、資料可用性、託管設計及使用者行為。

關於 zk-SNARK 的常見誤解

其中一項誤解是 zk-SNARK 會自動讓每筆交易私密。

實際上，隱私取決於應用程式設計及發布的資料。

另一項誤解是 zk-SNARK 完全消除了信任需求。

它們降低特定信任假設，但使用者可能仍須信任程式碼品質、設定設計、跨鏈橋安全性、治理控制及錢包軟體。

第三項誤解是 zk-SNARK 只對隱私幣有用。

它們也適用於擴容、身分、遊戲、稽核及可驗證運算。

第四項誤解是較小證明永遠代表較好系統。

小型證明很實用，但安全假設、證明者成本、資料可用性及去中心化同樣重要。

第五項誤解是零知識技術只適合專家。

使用者不必理解所有數學細節即可受益於使用 zk-SNARK 的應用程式，但仍應了解基本風險。

zk-SNARK 與開發者

開發者會將應用程式邏輯轉換為適合證明的格式來使用 zk-SNARK。

這通常表示撰寫定義待證明內容的電路或程式。

電路可檢查餘額、簽章、Merkle 樹成員資格、交易有效性、身分主張或遊戲規則。

證明者接著建立顯示電路已被滿足的證明。

驗證者在鏈上或鏈下檢查證明。

開發工具已有改善，但 zk-SNARK 開發仍比一般智能合約開發更複雜。

開發者必須仔細考量約束、見證生成、證明系統、驗證者成本及安全假設。

他們也必須測試邊界情況，因為小錯誤可能讓私密系統變得不安全，或使擴容系統不正確。

ZKProof initiative旨在支援業界零知識證明的標準化、互通性與安全實務。

這類標準化很重要，因為 zk-SNARK 可能保護大量加密貨幣價值。

用簡單方式理解 zk-SNARK

zk-SNARK 就像證明你知道謎題的答案，卻不展示答案本身。

檢查證明的人可以相信你知道答案。

他們不需要看見答案。

他們也不需要從頭觀看你解完整個謎題。

在加密貨幣中，謎題可能是一筆交易、餘額檢查、私密身分主張或一批 Layer 2 活動。

zk-SNARK 證明規則已被遵守。

區塊鏈可快速檢查證明。

這就是 zk-SNARK 同時適用於隱私及可擴展性的原因。

它們讓區塊鏈驗證更多，同時揭露更少。

常見問題

zk-SNARK 代表什麼？

zk-SNARK 代表 Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge。

zk-SNARK 在加密貨幣中有什麼用途？

zk-SNARK 用於證明交易、運算或私密主張有效，而無須揭露所有底層資訊。

zk-SNARK 只用於隱私嗎？

不是。zk-SNARK 用於隱私，也用於擴容、身分、稽核、遊戲及可驗證運算。

為何 zk-SNARK 證明被稱為精簡？

它們被稱為精簡，是因為相較於完整運算，證明較小且可快速驗證。

zk-SNARK 中的非互動式是什麼意思？

非互動式表示證明者可建立證明，驗證者無須進行多輪通訊即可檢查。

所有 zk-SNARK 都需要可信設定嗎？

不是。部分 zk-SNARK 系統需要可信設定，而較新的設計及實作可能降低或移除此要求。

zk-SNARK 與 zk-STARK 有何差異？

zk-SNARK 通常有較小證明及快速驗證，而 zk-STARK 通常避免可信設定，並採用不同安全假設。

zk-SNARK 可以降低區塊鏈手續費嗎？

可以。在擴容系統中，zk-SNARK 可讓大量交易一同被證明，而非在基礎鏈逐筆執行，因此可能降低手續費。

zk-SNARK 安全嗎？

若證明系統、電路、實作、設定、智能合約及治理模型均經過謹慎設計與稽核，zk-SNARK 可以是安全的。

zk-SNARK 會隱藏錢包地址嗎？

在某些注重隱私的系統中，它們可隱藏錢包地址，但這取決於協議設計及鏈上發布的資料。

新手可以使用基於 zk-SNARK 的應用程式嗎？

可以。新手可使用基於 zk-SNARK 的應用程式，但仍應了解跨鏈橋風險、智能合約風險及中繼資料洩漏等基本風險。

為何 zk-SNARK 對 Web3 很重要？

zk-SNARK 對 Web3 很重要，因為它們可協助應用程式驗證真實性、保護使用者資料，並更有效率地擴展區塊鏈活動。

結論

zk-SNARK 是現代加密貨幣中最重要的密碼學工具之一。

它讓使用者、應用程式或網路能證明某事為真，而不揭露證明背後所有私密資訊。

這使 zk-SNARK 適用於私密交易、Layer 2 擴容、去中心化身分、儲備證明、遊戲、治理及可驗證運算。

zk-SNARK 的主要優勢為精簡證明大小、快速驗證、隱私保護及對區塊鏈擴容的強大實用性。

主要風險包括部分系統的可信設定假設、電路錯誤、實作錯誤、證明成本、中繼資料洩漏及使用者誤解。

對加密貨幣使用者而言，重點是 zk-SNARK 可讓區塊鏈更私密、更有效率，但不會自動讓每個應用程式安全或匿名。

zk-SNARK 系統的完整安全性取決於證明設計、資料可用性、智能合約、治理、錢包、跨鏈橋及稽核。

隨著加密貨幣應用程式日益先進，zk-SNARK 很可能持續是可擴展且保護隱私的區塊鏈基礎設施未來核心。