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ROLL:批判“加密显学”零知识证明(ZKP)_roll币能出坐骑吗

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*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。

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?

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。

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:

“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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