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先來看一張圖：
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顯而易見，圖中有無數(shù)企鵝。不過，其中藏著一只與企鵝相似的海鸚（如下圖）。
現(xiàn)在的情況是，我知道這個(gè)海鸚藏的地方，但是我不想告訴你具體的位置。問題在于：我要怎么做才能在不泄露具體位置的情況下，向你證明我的確知道海鸚的位置呢？一個(gè)簡單辦法是，我拿一塊塑料板，上面留個(gè)孔，把整張圖放到板子后面，并且讓海鸚對(duì)準(zhǔn)那個(gè)孔。
只要你通過洞往里邊看，你就可以看到海鸚。
回顧一下這個(gè)過程，你可以發(fā)現(xiàn)：雖然我沒有指出海鸚的具體位置，也沒有給出任何明示或暗示信息，但你能肯定圖中確實(shí)有一只海鸚，而且你也相信我知道這個(gè)位置。
這就是“零知識(shí)證明（zero-knowledge proof）”。
奇怪的定義
零知識(shí)證明指的是證明者能夠在不向驗(yàn)證者提供任何有用信息的情況下，使驗(yàn)證者相信某個(gè)論斷是正確的。其實(shí)質(zhì)是一種涉及兩方或更多方的協(xié)議，即兩方或更多方完成一項(xiàng)任務(wù)所需采取的一系列步驟。簡言之，零知識(shí)證明系統(tǒng)要完成的任務(wù)是“證明某一個(gè)事實(shí)并且不泄露知識(shí)”。
官方定義比較拗口，可以再舉個(gè)通俗易懂的經(jīng)典例子加以說明。
假設(shè)：現(xiàn)在你的手里有紅綠兩個(gè)小球，面對(duì)一個(gè)有紅綠色盲的朋友，你不能告訴他你兩個(gè)球分別是什么顏色，但是你要讓他相信那的確是兩個(gè)不同顏色的球。這種情況下，你要怎么做？
方案：先將兩個(gè)球分別放在他的兩只手中，并記住最初左右手中球的顏色；讓他將手放背后，隨機(jī)決定是否在背后交換手中的球，然后將手中的球展示給你并讓你判斷他是否在背后交換了手中的球。
從結(jié)果來說，你通過對(duì)比他手中球的顏色就可以直接判斷出他是否在背后換了球。你的朋友知道換球的次數(shù)，可以證明你的判斷正確與否。同時(shí)為了排除偶然性，可以進(jìn)行反復(fù)多次試驗(yàn)，只要你的判斷每次都是正確的，基本就可以說明這兩個(gè)球的確是不同色的。
在證明的整個(gè)過程中，你（證明者）并沒有向他（驗(yàn)證者）透露任何有關(guān)球的顏色的具體信息，他也無法自行判斷球的顏色，因此在這個(gè)過程中并沒有傳遞任何關(guān)于被證明消息的有用的信息，同時(shí)他也確實(shí)相信了“兩個(gè)球是不同色”的論斷。
零知識(shí)證明的研究最早始于1985年，由MIT教授 Shafi Goldwasser，Silvio Micali 和密碼學(xué)大師Charles Rackoff在《The Knowledge Complexity of Interactive Proof-Systems》論文中提出。這篇文章提出了“零知識(shí)證明”這一概念，并逐步成為了現(xiàn)代密碼學(xué)理論的根基之一。
一個(gè)正常工作的零知識(shí)證明系統(tǒng)必須包含三個(gè)屬性：
- 完備性（completeness）：在證明者與驗(yàn)證者都是誠實(shí)的情況下，證明過程符合規(guī)則并且正確，那么這個(gè)證明一定是成功的，證明者最終會(huì)說服驗(yàn)證者。
- 可靠性（Soundness）：只有證明者能夠做出證明，且證明者只能說服驗(yàn)證者該陳述是否屬實(shí)，證明者沒有辦法通過欺詐的手段讓驗(yàn)證者相信他。
- 零知識(shí)性（Zero-knowledgeness）：證明過程執(zhí)行完之后，驗(yàn)證者只獲得了“證明者擁有這個(gè)知識(shí)”這條信息，而沒有獲得關(guān)于這個(gè)知識(shí)本身的信息。
應(yīng)用：從象牙塔走到區(qū)塊鏈
最初關(guān)于零知識(shí)證明的研究基本只在學(xué)術(shù)界進(jìn)行，研究人員把主要精力都放在塊加密、流加密和公鑰體系的密碼學(xué)研究上。但隨著互聯(lián)網(wǎng)尤其移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，大量涉及隱私性的信息在聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上存儲(chǔ)、交換和計(jì)算，不可避免地造成大量的隱私信息泄露和互聯(lián)網(wǎng)詐騙事件盛行。
在隱私安全備受關(guān)注的今天，零知識(shí)證明有了更大的“用武之地”。比如：
保護(hù)隱私數(shù)據(jù)：購買保險(xiǎn)的時(shí)候，只想證明自己沒有家族病史，而不想暴露病例的所有信息。不管是哪種信息，都可以把不想暴露的部分換成一個(gè)很像隨機(jī)數(shù)字的零知識(shí)證明，在證明數(shù)據(jù)真實(shí)可信的同時(shí)也保護(hù)了其他隱私。
身份認(rèn)證：在使用網(wǎng)站時(shí)，用戶可以向網(wǎng)站證明他擁有私鑰，或者知道某個(gè)只有自己才知道的答案，網(wǎng)站不用知道密鑰，但可以通過零知識(shí)證明確認(rèn)用戶身份，通過去中心化存儲(chǔ)，服務(wù)器可以向用戶證明數(shù)據(jù)被妥善保存下來且不被泄露。
計(jì)算壓縮與區(qū)塊鏈擴(kuò)容：在傳統(tǒng)的區(qū)塊架構(gòu)中，同樣的計(jì)算被重復(fù)多次，比如簽名校驗(yàn)，交易的合法性校驗(yàn)，智能合約執(zhí)行等一些其他的地方，因?yàn)橛辛擞?jì)算的證明，同一個(gè)計(jì)算就不需要多次重復(fù)了，計(jì)算過程可以被零知識(shí)技術(shù)證明壓縮。
4個(gè)主流的零知識(shí)證明開發(fā)庫推薦
理論上，凡是今天存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)必然都會(huì)在未來泄露，泄露的早晚只是一個(gè)時(shí)間的問題。技術(shù)上能做的只是在這個(gè)數(shù)據(jù)泄露上增加一個(gè)難度，讓其泄露時(shí)缺乏即時(shí)性和完整性，降低其利用價(jià)值。針對(duì)這一方面，設(shè)計(jì)良好的零知識(shí)協(xié)議實(shí)際是一個(gè)比較有前景的方案。推薦4 個(gè)主流的零知識(shí)證明開發(fā)庫，希望對(duì)讀者有所幫助。
libsnark：SCIPR Lab開發(fā)的zkSNARK方案實(shí)現(xiàn)，開發(fā)語言為C++，應(yīng)用于zcash等多個(gè)項(xiàng)目。
snarkjs：zkSARNK方案的javascript實(shí)現(xiàn)庫。利用snarkjs你可以進(jìn)行可信設(shè)置、生成證據(jù)并驗(yàn)證證據(jù)。
bellman：用于開發(fā)zk-SNARK電路的Rust庫，它提供電路接口、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)以及一些基本電路實(shí)現(xiàn)，例如布爾和數(shù)值抽象。
pysnark：用Python開發(fā)的zk-snark方案實(shí)現(xiàn)，支持Pinocchio協(xié)議，支持生成用于以太坊的智能合約用于驗(yàn)證零知識(shí)證據(jù)。
參考資料：
?? https://zhuanlan.zhihu.com/p/421087406??
?? https://www.bilibili.com/video/BV1tF411p73s/??
網(wǎng)站欄目：如何既不泄密，又能取信于人？非玄學(xué)，是零知識(shí)證明
文章轉(zhuǎn)載：http://m.5511xx.com/article/dhpiohj.html
