用程序員聽得懂的方式介紹零知識證明

本來想寫《用人話解釋零知識證明》，但是發現做不到，因爲至今我也沒能用人話解釋區塊鏈原理，零知識證明比區塊鏈原理更抽象，網上的資料90%以上是關於這個算法的推導，但是對於90%以上的程序員來說，我們並不關心哈希算法的原理，我們只關心哈希算法怎么用。（作爲一個10年+老碼農，我也不懂哈希的原理，但我並不慚愧，會用就好）

首先，這是一個非常基礎的函數結構：

如果這個function是一個哈希算法，那么，輸入任意文件，就可以得到對應的哈希值。假設有這樣的一個情況，某個哈希值我們大家都知道了，想要知道是哪個文件，這個文件在你手上，你很興奮的說，文件找到了，大夥說好啊你把文件拿出來，我們算一下哈希，看能不能對上。這時候你就犯愁了，這是個機密文件，哪能說提供就提供的，咋辦？

這就請來零知識證明，這個算法結構如下：

橙色部分就是zk-proof，分成證明和驗證兩個部分，其中證明部分也叫電路circuit，需要用電路描述語言編程（Rust\C++\Circom），最終編譯爲電路邏輯（.wsam\.r1cs）。在這個例子裏，我們用circuit寫了個哈希算法，用來替代原來的function，circuit的特點是輸入是不需要公开的，輸出的是哈希值和proof，這個proof證明的就是：

有一個未知input，經過circuit的運算，生成了output

有一個未知input，經過circuit的運算，生成了output

有一個未知input，經過circuit的運算，生成了output

重要的事情說三遍！並且我還要畫出來：

這個proof就相當於對這個過程的認證蓋章，就這么板上釘釘了，無爭議了，別問input是啥，問就是不知道，所以叫零知識。已知的是啥呢，電路邏輯（這部分理應开源），輸出的值，還有證明文件proof。

在這個例子中，電路邏輯相當於哈希函數，如果你算出的哈希值和公开的那個哈希值一樣，那就說明你輸入的文件就是大家要找的那個機密文件，而你並不需要提供這個文件，只需要提供證明文件proof就行。

驗證的時候，大家把哈希值和proof放進verify函數，返回true，那就證明了：

你用某個文件，經過circuit的哈希算法，生成了這個哈希值

那還能是哪個文件，那肯定是那個正確的文件啊，要不怎么生成這個哈希！

混幣

zk-proof顯而易見在隱私場景很有用。混幣的原理是用戶把幣存進保險箱，保險箱的密碼的哈希值帖在保險箱上，誰要是能提供這個密碼，誰就能把保險箱裏的幣全部拿走。跟上面這個找文件的原理是一樣的，用戶不用提供密碼，只要提供proof就行，合約校驗通過就讓你提幣。

還有一個問題，如果你能开某個保險箱，那就說明你就是放錢進去的人，誰放了多少錢到哪個保險箱，這在鏈上是可查的，所以你开哪個保險箱，你不能說。在合約裏用樹形結構來存放保險箱，且層數固定，一般爲16層。從你要开的保險箱到樹根root，中間的15個節點確定了，就確定了你要开哪個保險箱，所以這15個節點（路徑），也在circuit的private input裏面。

最後合約校驗的時候，證明了保險箱的位置、保險箱密碼全部正確，但不知道是什么密碼也不知道是哪個保險箱，可能用戶也不知道，但是用戶把proof保管好就行，誰拿這個proof都可以去提款。

擴容

zk-proof除了隱私場景的應用，這兩年還發現可以做區塊鏈擴容。區塊裏的每一個tx，都有用戶的籤名，用來證明這個（轉账）操作不是僞造的，一個區塊的大小是有限的（固定的），所以要是能在區塊中塞入的tx越多，TPS也就越高。

如果把籤名砍掉，給tx瘦身，那就可以塞入更多的tx。問題是，砍掉了籤名，又如何證明這個操作是用戶籤名過的呢？用零知識證明，把用戶籤名的校驗邏輯寫進circuit電路，輸入是（包括籤名的）區塊數據，輸出是（不包含籤名的）區塊數據，並附上proof，一個proof這就能證明所有tx都是被用戶籤名過的，達到瘦身目的。
本文來源：https://bress.xyz/zh/post/nKtuByYTvPri75xHQoA7f8vNyJ6NQPvCL_YH8KVp31Q

作者：加戈

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