CPS:不同证明方案的比较：理解 ZK 证明系统的优缺点

作者：Hill.bit

编译：深潮TechFlow

零知识证明的概念大家耳熟能详，但具体到技术细节可能很多人都一头雾水。

零知识和证明实际上是2个名词，证明方案是零知识协议安全假设的基本组成部分。在本文中Hill.bit将通过解释多种不同的证明方案以及它们的优缺点，来帮助更多人理解ZK证明系统。

在零知识证明系统中，有三个实体参与：设置者、证明者和验证者。不同的证明方案会以各种方式影响它们的行为，从而影响效率、安全性和整个系统的性能。

设置者阶段生成ZK系统所需的必要参数和公钥。证明方案会影响设置者阶段的复杂度、计算、通信以及它是受信任的还是无需信任的。证明者生成一个证明，证明其掌握了一个秘密输入的信息，而无需透露该信息。证明方案影响证明者的计算时间、内存需求和证明大小，从而影响通信和存储需求。验证者检查证明的有效性。证明方案会影响验证时间、内存需求以及向证明请求的数量和复杂度。这里有三种不同类型的证明方案。

MDEX CTO SKY：跨链互联能将不同业务场景的独立区块链应用联系起来:金色财经报道，7月23日，MDEX CTO SKY做客金色财经举办的“跨链桥-孤岛互链，生态治理与关键”为主题的金色沙龙第67期活动。

SKY表示区块链的跨链互联能够将不同业务场景的独立区块链应用联系起来，进一步打通各类区块链底层基础设施，促进技术与业务的进一步融合与扩展，金融、医疗、房地产、审计、物流等都有很大的发展空间。近期发生了多起较为重大的攻击事件，原因一方面是跨链生态目前还不是特别成熟，有许多方面需要改进；

另一方面是随着近期跨链相关项目累计资产规模不断扩大，势必会引来黑客的目光，因此跨链应用项目方要高度重视项目代码的安全，对代码的审查要比以往更加重视，跨链协议本身需要查漏补缺。[2021/7/23 1:11:48]

线性PCPs+仅线性编码：

分叉监控工具计算块哈希的库没有EIP-1559支持，导致其报告的区块哈希值与区块浏览器和节点不同:以太坊开发者Tim Beiko表示，以太坊测试网Ropsten激活伦敦升级后，分叉监控工具报告的区块哈希值与区块浏览器和节点不同，但是所有字段和两组哈希都是一致的。这是一个工具问题而不是共识问题，分叉监控工具计算块哈希的库没有EIP-1559支持，因此计算是不同的。[2021/6/25 0:05:50]

利用线性概率可检验证明和线性运算；

提供强零知识属性；

生成最短的证明；

需要受信任的设置；

前三大比特币矿池算力皆出现不同程度下跌:据BTC浏览器数据显示，算力前三大比特币矿池24小时内算力皆出现不同程度下跌。其中，AntPool下跌12.63%、F2Pool下跌3.81%、Binance Pool下跌6.47%。[2021/6/19 23:49:50]

以前的改进主要集中在减少证明者时间上。

线性PCPs是一种证明系统，其中验证者通过查询少量证明来检查语句的有效性。术语“线性”指验证者的查询是证明的线性函数。

仅线性编码是一种加密技术，用于隐藏信息，仅允许对隐藏数据进行线性操作。这可以确保数据隐私同时使某些计算得以执行。

现场 | 王彬生： 机构入场不是区块链发展关键 区块链金融规则将完全不同:金色财经独家专访，在7月27日北京举办的共识2018区块链大会上，中国社科院特聘教授王彬生在被问及机构入局对加密货币的影响上指出，美国SEC拒绝批准ETF并不是影响加密货币长期发展的关键，ETF和机构的入场也如此。ETF和机构主要还是传统金融思维，而区块链的真正发展核心是与物联网、人工智能深度融合，实现机器之间的价值互通、交流和“对冲”，这带来的价值是传统金融市场方式无法比拟的，届时传统的金融体系将从本质上被社群致力等新方式代替。[2018/7/27]

多项式IOPs+多项式承诺方案：

利用代数结构；

通常比基于线性PCP的系统更高效；

支持通用/不受信任的设置；

允许定制电路；

以前的改进主要集中在提高验证者效率上。

多项式交互式预言机证明是一种证明系统，其中证明者和验证者在多个回合中交换消息。证明者生成预言并将其提供给验证者。

验证者在特定点查询预言机，而证明者以相应的多项式评估响应。多项式方案承诺多项式而不透露有关多项式本身的信息。

与线性PCPs+仅线性编码相比的效率提高来自于：

更好地利用代数结构；

更高效的证明生成/验证；

压缩多项式表示；

批处理验证技术

然而，多项式IOPs+多项式承诺方案存在以下缺点：

更复杂的设计和实现；

特定目的的加密假设；

不同的性能权衡，例如可并行性。

折迭方案：

允许递归证明组合；

实现嵌套证明以提高效率和可扩展性；

快速且易于并行化的证明者；

之前的改进主要集中在构建递归SNARKs上。

递归证明组合可以降低验证者的计算和内存需求，这在像区块链这样的应用中特别有用。证明聚合可以减小最终证明的大小和验证时间，但生成这样的证明可能对证明者的计算要求更高。与多项式IOPs+多项式承诺方案相比，折迭方案的效率提高来自于：

递归证明组合；

证明聚合；

改进的可扩展性；

更快的验证时间。

折迭方案的潜在缺点包括：

更复杂的设计和实现；

定制化的加密假设；

增加证明者的计算时间和内存开销；

适用性可能因用例而异。

总之，线性PCPs+仅线性编码提供强大的零知识属性和最短的证明长度，但它们需要受信任的设置，并且与其他类别相比在效率上具有局限性。多项式IOPs+多项式承诺方案通过更高效的证明生成和验证过程，在效率上比线性PCPs+仅线性编码有显著改进，但设计和实现可能更为复杂。

折迭方案在效率和可伸缩性方面表现出色，得益于递归证明组合，这在区块链应用中尤其有用。但是，证明者的计算时间和内存开销可能会增加，并且其适用性可能因使用情况而异。

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