零知识证明：提升加密资产透明度，守护你的数字财富

零知识证明与加密资产储备证明

近期市场事件凸显了托管加密资产的安全性问题。区块链用户重视透明度和开放性，但也需要隐私和保密性。这在证明托管人持有资金储备时造成了两难：透明度、信任和数据保密性之间存在权衡。

然而，情况并非总是如此。通过将零知识证明协议（如 zk-SNARKs）与默克尔树结合，我们可以找到一个对所有参与方都有效的解决方案。 这就好比，你可以向朋友证明你拥有保险箱的密码，而无需透露密码本身。

什么是零知识证明？

零知识证明允许一方（验证者）在不知道陈述内容的情况下，确定另一方（证明者）所作陈述的有效性。 一个简单的例子：你有一个锁着的保险箱，只有你知道密码。你可以通过一系列操作向朋友证明你知道密码，但无需透露密码本身。

在加密领域，你可以证明你拥有私钥而无需透露它，或者数字签名某些东西而无需公开你的密钥信息。一个加密货币交易所也可以证明其储备状态，而无需透露用户个人的账户余额等敏感信息。

零知识证明的技术定义

从技术角度来看，零知识证明遵循特定的结构和标准：证明者和验证者角色以及三个关键标准：

1. 完整性：如果陈述为真，验证者将被提供的证明说服，无需任何其他信息或验证。
2. 可靠性：如果陈述为假，验证者将不会被提供的证明说服。
3. 零知识性：如果陈述为真，验证者除了陈述为真之外，不会学习任何其他信息。

什么是 zk-SNARK？

zk-SNARK（零知识简洁非交互式知识证明）是一种遵循上述零知识原则的证明协议。使用 zk-SNARK，你可以证明你知道原始哈希值，而无需透露它是什么；你还可以证明交易的有效性，而无需透露任何关于具体金额、价值或地址的信息。

在交易所储备证明的场景中，我们希望证明 1:1 的客户余额支持，而无需公开每个账户的标识符和余额。此外，zk-SNARK 技术使伪造数据更加困难。

什么是默克尔树？

展示交易所用户账户资金总额需要处理大型数据集。一种以密码学方式呈现大量数据的方法是使用默克尔树。它可以高效地存储大量信息，其密码学特性使其完整性易于验证。

哈希函数

为了简洁地编码输入，默克尔树依赖于哈希函数的使用。哈希是根据算法从可变大小的输入生成固定大小输出的过程。只要输入保持不变，输出也保持不变。这意味着我们可以将大量的交易数据哈希成易于管理的输出。如果输入中的任何信息发生更改，输出将完全不同。

默克尔树在加密货币领域的应用

在区块链上存储交易数据时，每个新交易都通过哈希函数提交，生成唯一的哈希值。这些是默克尔叶节点。通过将成对的哈希输出组合起来，并再次进行哈希，最终得到一个表示所有先前交易哈希的单一哈希，即默克尔根。默克尔根用于区块头，以简洁的方式对区块中的所有交易数据进行密码学总结。我们还可以快速验证区块内的数据是否被篡改。

默克尔树的局限性

回到交易所储备的例子。交易所希望证明其所有客户资产的 1:1 支持，并构建一个默克尔树，将客户 UID 与其代币级别的净资产持有量（抵消资产和负债）一起哈希。但用户无法在不访问所有输入的情况下验证默克尔树的有效性。交易所可能遗漏了一些输入，或者创建具有负余额的虚假账户来改变总负债。

一种解决方案是使用可信第三方审计员。但用户仍然需要信任审计员及其使用的数据。

将 zk-SNARKs 与默克尔树结合

这是一个使用 zk-SNARKs 的完美案例。我们希望证明储备完全覆盖用户负债且未被伪造，但出于隐私和安全原因，我们不想向验证者展示用户余额和储备的确切构成。

通过使用 zk-SNARK，加密货币交易所可以证明所有默克尔树叶节点的余额集（即用户账户余额）都贡献于交易所声明的总用户资产余额。每个用户都可以轻松访问其叶节点，以确认其已包含在该过程中。zk-SNARK 还确保生成的任何默克尔树不包含总净资产余额为负的用户（这意味着数据被伪造）。

例如，一个交易所可以定义三个约束：1. 用户的资产余额包含在总净用户余额的计算中；2. 用户的总净余额大于或等于零；3. 更新用户的信息到叶节点哈希后，默克尔树根的更改是有效的（即不使用伪造的信息）。

然后，交易所可以根据电路生成 zk-SNARK 证明。这需要交易所执行繁重的哈希用户 ID 和余额的计算，同时确保证明通过约束。验证者将检查证明（及其公开发布的开源代码），以确信计算是在满足所有约束的情况下执行的。验证计算所花费的时间与证明时间相比非常短。

在每次储备证明发布时，交易所将发布：1. 每个用户的默克尔证明；2. zk-SNARK 证明和公共输入（每个资产的总净余额列表和默克尔根的哈希）。

结语

zk-SNARKs 提供了同时确保数据完整性和隐私的技术。它在证明储备和提高交易所透明度方面的应用，应该有助于建立对区块链行业的信任。这是一个令人期待的进步。