零知識 101：從證明到協處理器

什麼是零知識證明？

零知識證明 (ZKP) 是一種密碼學方法，允許一方（稱爲證明者）使另一方（驗證者）相信某個陳述是真實的，而無需透露除陳述真實性之外的任何信息。從技術角度來說，ZKP 滿足三個核心特性：完整性、可靠性和零知識。完整性確保如果陳述爲真，誠實的證明者總能說服驗證者。可靠性保證不誠實的證明者無法欺騙驗證者接受錯誤的陳述。零知識意味着驗證者除了驗證聲明的有效性外不會學到任何信息。

這個概念並非僅僅是理論性的。零知識證明已經在現代密碼系統中被用於驗證身分、驗證交易和執行政策，而無需透露私人數據。它們特別適合區塊鏈應用，因爲隱私和去中心化是關鍵。

爲什麼區塊鏈需要 ZK（隱私 + 可擴展性）

以太坊和比特幣等公共區塊鏈基於完全透明的原則運行。網路中的每個節點都必須重新執行每個交易才能驗證它。雖然這種模式確保了安全性和共識，但卻犧牲了可擴展性和隱私性。零知識證明解決了這兩個限制。

對於隱私，ZKP 允許用戶證明某事 — 例如，交易是有效的 — 而無需暴露交易的內容。這使得保密交易和私人智能合約邏輯成爲可能，同時保持公共可驗證性。對於可擴展性，ZKP 將計算壓縮爲簡潔的證明。即使原始計算昂貴且耗時，這種證明也可以在鏈上快速驗證。不必在每個節點上執行完整邏輯，只需檢查證明即可。這大大降低了 gas 成本並提高了吞吐量。

零知識技術使得在不犧牲信任的情況下擴展區塊鏈成爲可能，並在不引入中心化中間人的情況下構建私有應用程序。隨着區塊鏈變得更加復雜並被主流採用，這些能力變得至關重要。

從智能合約到鏈下計算

智能合約已將區塊鏈轉變爲可編程平台。它們允許開發者構建去中心化應用程式，這些應用程序可以根據預定義的規則自動執行邏輯。然而，智能合約受到區塊鏈本身計算限制的約束。它們必須在鏈上運行，而在那裏每個操作都是昂貴且公開的。

隨着去中心化應用程式復雜性的增長，這些限制變得更加問題化。在鏈上執行大型計算或訪問龐大數據集是不切實際的。同時，用戶日益要求隱私，而標準智能合約無法提供這一點。

爲了解決這個問題，開發者已經開始將計算轉移到鏈下，同時通過密碼學證明保持信任。這就是零知識證明發揮作用的地方。不必在鏈上執行整個邏輯，而是在鏈下執行重型計算，只將結果的簡潔證明提交到區塊鏈。這使區塊鏈保持安全和可驗證，同時顯著提高性能和機密性。

這種從鏈上邏輯到鏈下驗證的轉變標志着區塊鏈架構的重大轉變。它允許應用程序擴展超出以太坊虛擬機的限制，並支持其他方式無法實現的新用例。

介紹 ZK 協處理器：新的模塊化層

零知識協處理器是一個專門的鏈下系統，執行計算並生成其正確性的密碼學證明。與直接在區塊鏈上運行的智能合約不同，ZK 協處理器在外部運行。它處理輸入，使用 zkVM 或自定義電路運行計算，並生成零知識證明。然後可以將此證明提交到鏈上，以證明計算被正確執行。

協處理器的概念借鑑自計算機硬件。在傳統系統中，協處理器是用於處理特定任務（如圖形或浮點運算）的單獨處理器。類似地，ZK 協處理器將復雜邏輯從區塊鏈卸載，允許主鏈專注於驗證而非執行。

ZK 協處理器引入了模塊化執行環境。開發者可以在專門的鏈下運行時中構建邏輯，在那裏運行大型或私有計算，然後將經驗證的結果提交回任何區塊鏈。這種模塊化支持跨鏈組合性，提高性能，並支持更靈活的應用程序設計。

如何融入區塊鏈技術棧

在現代區塊鏈架構中，ZK 協處理器佔據了鏈上智能合約與外部數據或計算源之間的中間層。在基礎層，有記錄狀態、執行規則並驗證證明的區塊鏈本身。其上是智能合約，它們定義應用程序的公共邏輯，並接受來自用戶或其他合約的輸入。

ZK 協處理器與這些智能合約並行或在其下方運行。它們接收來自用戶或合約的輸入 — 通常以 calldata 或籤名消息的形式 — 在鏈下執行邏輯，並生成零知識證明。證明被提交回智能合約，後者使用驗證者密鑰驗證它。如果有效，合約會更新其狀態或觸發響應。

這種架構越來越模塊化。一個協處理器可以服務於多個合約或應用程序。同樣，一個合約可以與多個協處理器合作。該系統也可以跨鏈擴展。ZK 協處理器可以爲一個鏈上的數據計算證明並將其提交到另一個鏈，實現具有強保證的跨鏈互操作性。