區塊鏈:從技術原理出發 批判“加密顯學”零知識證明_ARK

原文：《Criticism on ZK》by msfew

*注：首先，這是一個用一個小時寫的草稿。 主要是為了快速收集信息，所以可能存在非常多的潛在錯誤和不完整的信息。

對 ZK 的主要批評包括兩個：

一是證明時間長 (因此有各種 benchmark、各種新的 ZK 協議和各種硬件優化）；

一是系統和應用程序安全性仍然需要測試。

零知識證明是區塊鏈領域非常流行的技術。 由于鏈上計算資源稀缺且昂貴，零知識證明允許這些計算在鏈下進行，雖然鏈下證明生成的總時間消耗非常高，但它仍然壓縮了最終證明和相關的計算驗證，從而允許計算“在鏈上”。

ZK 證明生成時間過長的問題往往被研究者和開發者所忽視，因為這本質上是 ZK 需要做出的權衡。

火幣論壇對話汪弘彬：從技術層面來說，區塊鏈將在金融領域發揮領先作用:新加坡時間12月30日下午，歐洲貨幣機構投資者集團大中華區CEO汪弘彬做客火幣論壇，以“回顧與展望，從疫情到復蘇”為主題，與火幣商務副總裁Ciara探討在疫情的持續影響下，企業該如何進行數字化轉型。

汪弘彬認為，疫情推動了數字浪潮的發展，從技術層面來說，區塊鏈和加密貨幣行業將在金融領域發揮領先作用，并且會迅速成長為不同于大數據、人工智能和物聯網的另一種新技術，未來勢必會有很大的發展空間。比特幣在2020年表現突出。但如果比特幣要成長為更成熟的資產類別的話，必須要經歷一系列的周期，比特幣至今還沒有一個完整的周期。成熟的機構投資者要了解這一點，然后再進入這個市場。

“據我個人觀察，比特幣的資產類別變得愈來愈清晰了，這會吸引越來越多的機構進入這個市場，但我們還是要從宏觀角度來看比特幣整體周期的發展。但從長遠來看，我對這類資產很樂觀。”汪弘彬最后總結道。[2020/12/31 16:08:51]

雖然他們沒有直接批評 ZK 的這個缺點，但是他們有很多從對面解決這個缺點的方法和討論。

徐坤：Filecoin項目需要從技術角度和投資角度去分析:OKEx首席戰略官徐坤今日發微博表示，對于Filecoin項目本身，需要從技術角度和投資角度去分析它，一切的投資是可以用數據量化的，資產有背后的價值作為支撐，可持續就可以去考慮；

另外一方面，放長周期去看一個事物的發展，它是否能夠經歷時間的考驗。投資是反人性的，事實證明，很多投資者在每一個階段可以享受一個事物不同的紅利，所以分析判斷一個投資的周期長度以及市場變化，再認真思考去做決定。[2020/7/14]

也就是說，他們通過提出各種解決方案并進行大量基準測試來隱含地談論 ZK 的極長證明時間。

在衡量 ZK 應用之前，我們首先要測試 ZK 協議底層 commitment 的性能。

因為比如，FRI 導致 STARK，KZG 導致常規 SNARK，IPA 導致 Bulletproof 。 底層承諾的性能測試對于 ZK 應用的性能并不直觀，但對于理解 ZK 證明時間長的問題很有幫助。

分析師：從技術上講比特幣可能需要數月才能修復:Fundstrat Global Advisors LLC的技術策略師Rob Sluymer表示，比特幣已經跌破了2015年至2020年的上升趨勢，其價格走勢“嚴重受損”。就目前而言，從技術上講，比特幣可能需要數月才能修復。（彭博社）[2020/3/20]

從上面的鏈接我們可以看出，這些底層承諾協議不僅計算復雜 (可能導致證明時間長)，而且還存在內存消耗非常大的問題。

當然，內存消耗其實更多的是跟硬件配置要求有關，這跟我們今天要討論的話題是不一樣的。

對于具體的 SNARK 性能測試，a16z crypto 將它們分為前端和后端：

前端通常是 ZK 應用開發者接觸到的 Cairo 語言/ zkVM 高級語言等；

而后端是更接近 SNARK 證明生成時間的承諾等底層密碼學操作。

原中央國家機關工委信息中心主任徐成濤：區塊鏈的核心意義在于第一次能夠從技術層面建立信任關系:中新網北京4月27日電 區塊鏈與產業互聯網融合應用60人論壇26日晚在北京落幕。原中央國家機關工委信息中心主任徐成濤認為，區塊鏈的核心意義在于，人類有史以來第一次能夠從技術層面建立信任關系。“相信區塊鏈能推動我國的電子政務事業更上一層樓，期待越來越多的政務區塊鏈應用案例在我國落地生根，為數字中國、智慧社會建設做出積極的貢獻。”[2018/4/27]

其中，作者提到 SNARK 證明生成具有大約 100 倍的計算開銷，并且每個 ZK 協議都有額外的開銷，例如：

“In Groth16, P must work over a pairing-friendly group, whose operations are typically at least 2x slower than groups In Groth16, P must work over a pairing-friendly group, whose operations are typically at least 2x slower than groups that aren't pairing friendly. , this results in at least an additional factor-6 slow down relative to the 100-|C| estimate above.”

騰訊研究院金融科技研究中心杜曉宇：應從技術、應用、市場等維度來展開區塊鏈與法律的研究 :在第一期“法律人的互聯網思維”系列研修會上，騰訊研究院金融科技研究中心副主任杜曉宇進行了“區塊鏈技術對法律的影響和挑戰”的主題發言。他認為，區塊鏈鏈對法律的影響與挑戰不宜從單一角度籠統去概括，可以考慮從“區塊鏈技術與法律”、“區塊鏈應用與法律”、“區塊鏈市場與法律”、“區塊鏈騙子與法律”四個維度來展開分析。[2018/4/19]

總體而言，可以說 zk-SNARK 的額外性能開銷在 200 - 1000 倍的范圍內。

此外，文章還提到了 zk-SNARK 的其他限制，例如可信設置和內存使用。

Modulus Labs 的文章測量了一些 ZK 協議的實際性能。有些基準是針對參數數量的，這對我們來說不是很直觀。然而，在應用中，文章提到在 Worldcoin 用例中，即使使用 “最快” 的 Plonky2，仍然需要幾分鐘的證明生成時間和數十 GB 的內存消耗，無法在個人電腦上運行。

為了減少證明生成時間，我們可以并行證明多個證明。

通常，有兩種方法可以做到這一點：一種是批處理，另一種是遞歸。

簡單來說，批處理是同時證明一批證明，最后將它們聚合在一起，而遞歸是在一個證明中驗證其他證明。 一般而言，遞歸方法具有更小證明大小 的額外優勢。

一些更常見的聚合方法包括 Halo2、Plonky2。他們每個人都以不同的方式執行批處理和遞歸，從而減少了證明時間。

除了ZK的協議層，ZK的應用層也可以有針對性的優化。例如，可以同時使用多個 ZK 協議 (STARK + SNARK ），或者針對宏觀采取遞歸策略進行特定于應用程序的調優。

一般來說，這實際上減少了協議和證明分配方面的證明生成時間。 在探索新的 ZK 協議時，減少證明時間是最重要的考慮因素。

此外，從硬件角度進一步減少 ZK 應用在物理和節點層面的證明時間也做了很多努力。

首先，與前面提到的新協議一樣，ZK 協議被設計為盡可能對硬件友好，例如 HyperPlonk。

Paradigm 提到，ZK 的證明生成速度慢主要是由于涉及大量的 MSM 和 FFT，它們對硬件不友好，導致由于隨機內存訪問等問題導致最終證明生成速度慢。 對于這些底層加密計算，ZK 協議需要在它們的組成和規模上進行一些權衡，以使其對硬件更加友好。

幾家 ZK 硬件加速廠商表示，GPU 實際上是目前最經濟和可配置的硬件選擇，我們最終將有 FPGA 過渡到 ASIC 階段。 根據 zk 硬件公司的說法，他們的第一版 ASIC 可以直接減少至少 30% 的 ZK 證明生成時間。

此外，由于不同的服務器配置，將不同的云服務器作為節點運行可能涉及不同的硬件特定優化。

ZK 現在的另一個批評是電路代碼仍然需要正確 (沒有 bug)。

如果 ZK 協議從健全性、完整性、零知識的角度受到攻擊，我們將不再擁有有效的 ZK 系統。 我們可以在這個鏈接中看到各種角度的攻擊示例。

雖然 ZK 應用可以被稱為 trustless，但我們仍然需要確保項目的 ZK 協議和應用的代碼和架構是正確的。 區塊鏈領域中存在多種 ZK 錯誤。例如，由于 zkEVM 的 ZK 電路代碼庫龐大的問題，Vitalik 談到了 ZK 應用程序的多證明者的需求。

因此，ZK 系統可能需要與形式驗證等安全工具或 Ecne 等其他安全相關工具搭配使用。應用程序級別，它需要更多的審計，特別是對于像 zkEVM 這樣的大項目。

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