ARK:批判“加密显学”零知识证明（ZKP）

*注：首先，这是一个用一个小时写的草稿。主要是为了快速收集信息，所以可能存在非常多的潜在错误和不完整的信息。

对ZK的主要批评包括两个：

一是证明时间长(因此有各种benchmark、各种新的ZK协议和各种硬件优化）；一是系统和应用程序安全性仍然需要测试。证明生成性能?

零知识证明是区块链领域非常流行的技术。由于链上计算资源稀缺且昂贵，零知识证明允许这些计算在链下进行，虽然链下证明生成的总时间消耗非常高，但它仍然压缩了最终证明和相关的计算验证，从而允许计算“在链上”。

ZK证明生成时间过长的问题往往被研究者和开发者所忽视，因为这本质上是ZK需要做出的权衡。

虽然他们没有直接批评ZK的这个缺点，但是他们有很多从对面解决这个缺点的方法和讨论。

观点：FedNow或为美国CBDC所需的基础设施奠定基础:金色财经报道，Bianco Research总裁Jim Bianco表示，虽然美联储否认其新的即时支付服务FedNow与数字资产领域有任何联系，但新系统可以为美国潜在的CBDC所需的基础设施奠定基础。Jim Bianco认为，这是一个支付系统，不是数字代币或 CBDC，但它可以用来促进 CBDC 的创建。CoinRoutes 首席执行官兼联合创始人Dave Weisberger表示，如果FedNow确实成为一个可编程的CBDC，那么从理论上讲，它可以用来阻止政府不喜欢的项目，或者将那些对政府当局构成潜在威胁的参与者从金融系统中剔除。[2023/7/22 15:51:48]

也就是说，他们通过提出各种解决方案并进行大量基准测试来隐含地谈论ZK的极长证明时间。

a)Benchmark?

NFT平台LiveArtX将于4月5日推出NFT系列X Card:金色财经报道，NFT 平台 LiveArtX 将于 4 月 5 日上线专为收藏家和创作者打造的 NFT 系列X Card ，该系列 NFT 将提供一个围绕 ART 代币的生态系统，以围绕与购买和持有艺术品以及与艺术世界互动相关的公用事业进行构建，包括创作者、收藏家、艺术机构和其他合作伙伴。[2023/3/15 13:06:19]

在衡量ZK应用之前，我们首先要测试ZK协议底层commitment的性能。

因为比如，FRI导致STARK，KZG导致常规SNARK，IPA导致Bulletproof。底层承诺的性能测试对于ZK应用的性能并不直观，但对于理解ZK证明时间长的问题很有帮助。

从上面的链接我们可以看出，这些底层承诺协议不仅计算复杂(可能导致证明时间长)，而且还存在内存消耗非常大的问题。

广州成立元宇宙创新产业协会赋能行业发展:金色财经报道，以“数字宇宙 赋能未来”为主题的广州市元宇宙创新产业协会成立暨召开一届一次会员大会活动27日在广州南沙举行。当天，广州市元宇宙创新产业协会正式成立，逾60家企业成为首批入会的单位。据了解，元宇宙协会将致力于促进元宇宙与传统产业的深度融合，助力元宇宙产业有序发展，以产业导入、运营孵化为工作重点，通过政策宣讲、资源整合、产投融合等方式打造南沙新区元宇宙产业生态圈。（中新网）[2023/2/28 12:33:32]

当然，内存消耗其实更多的是跟硬件配置要求有关，这跟我们今天要讨论的话题是不一样的。

对于具体的SNARK性能测试，a16zcrypto将它们分为前端和后端：

前端通常是ZK应用开发者接触到的Cairo语言/zkVM高级语言等；而后端是更接近SNARK证明生成时间的承诺等底层密码学操作。其中，作者提到SNARK证明生成具有大约100倍的计算开销，并且每个ZK协议都有额外的开销，例如：

比特币白皮书已发布14周年:金色财经报道，2008年10月31日，中本聪（Satoshi Nakamoto）在P2P foundation网站发布比特币白皮书《比特币：一种点对点的电子现金系统》，距今已14周年。

据CoinGecko数据显示，比特币现报20,541.94美元，市值达394,284,629,772美元。[2022/10/31 12:00:37]

“InGroth16,Pmustworkoverapairing-friendlygroup,whoseoperationsaretypicallyatleast2xslowerthangroupsInGroth16,Pmustworkoverapairing-friendlygroup,whoseoperationsaretypicallyatleast2xslowerthangroupsthataren'tpairingfriendly.,thisresultsinatleastanadditionalfactor-6slowdownrelativetothe100-|C|estimateabove.”

总体而言，可以说?zk-SNARK的额外性能开销在200-1000倍的范围内。

此外，文章还提到了zk-SNARK的其他限制，例如可信设置和内存使用。

ModulusLabs的文章测量了一些ZK协议的实际性能。有些基准是针对参数数量的，这对我们来说不是很直观。然而，在应用中，文章提到在Worldcoin用例中，即使使用“最快”的Plonky2，仍然需要几分钟的证明生成时间和数十GB的内存消耗，无法在个人电脑上运行。

b)递归和批处理?

为了减少证明生成时间，我们可以并行证明多个证明。

通常，有两种方法可以做到这一点：一种是批处理，另一种是递归。

简单来说，批处理是同时证明一批证明，最后将它们聚合在一起，而递归是在一个证明中验证其他证明。一般而言，递归方法具有更小证明大小?的额外优势。

一些更常见的聚合方法包括Halo2、Plonky2。他们每个人都以不同的方式执行批处理和递归，从而减少了证明时间。

除了ZK的协议层，ZK的应用层也可以有针对性的优化。例如，可以同时使用多个ZK协议(STARK+SNARK），或者针对宏观采取递归策略进行特定于应用程序的调优。

一般来说，这实际上减少了协议和证明分配方面的证明生成时间。在探索新的ZK协议时，减少证明时间是最重要的考虑因素。

c)硬件加速?

此外，从硬件角度进一步减少ZK应用在物理和节点层面的证明时间也做了很多努力。

首先，与前面提到的新协议一样，ZK协议被设计为尽可能对硬件友好，例如HyperPlonk。

Paradigm提到，ZK的证明生成速度慢主要是由于涉及大量的MSM和FFT，它们对硬件不友好，导致由于随机内存访问等问题导致最终证明生成速度慢。对于这些底层加密计算，ZK协议需要在它们的组成和规模上进行一些权衡，以使其对硬件更加友好。

几家ZK硬件加速厂商表示，GPU实际上是目前最经济和可配置的硬件选择，我们最终将有FPGA过渡到ASIC阶段。根据zk硬件公司的说法，他们的第一版ASIC可以直接减少至少30%的ZK证明生成时间。

此外，由于不同的服务器配置，将不同的云服务器作为节点运行可能涉及不同的硬件特定优化。

Security?

ZK现在的另一个批评是电路代码仍然需要正确(没有bug)。

如果ZK协议从健全性、完整性、零知识的角度受到攻击，我们将不再拥有有效的ZK系统。我们可以在这个链接中看到各种角度的攻击示例。

虽然ZK应用可以被称为trustless，但我们仍然需要确保项目的ZK协议和应用的代码和架构是正确的。区块链领域中存在多种ZK错误。例如，由于zkEVM的ZK电路代码库庞大的问题，Vitalik谈到了?ZK应用程序的多证明者的需求。

因此，ZK系统可能需要与形式验证等安全工具或Ecne等其他安全相关工具搭配使用。应用程序级别，它需要更多的审计，特别是对于像zkEVM这样的大项目。

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