小学生也能看懂的零知识证明科普（2）虚拟机与非交互式证明 | ZKP101
2022-09-2014:54
注：本篇示例引用自 https://medium.com/qed-it/the-incredible-machine-4d1270d7363a。作者 Aviv Zohar，Ghost、Spectre 协议创始团队成员。
本系列将试图用通俗的举例和语言，帮助大家理解复杂概念。本系列非学术论述，举例只为帮助大家通俗理解，更严谨的表述，欢迎大家查看专业论文学习。奇异博士在不告诉绿巨人解法的前提下，证明了数独游戏有解。绿巨人回到家，辗转难眠，第二天对奇异博士说，“这个零知识证明很有意思啊，现在直播这么火，我们为什么不开个视频直播呢？”奇异博士想了想，有道理啊。于是，两人在某音平台直播。他们还拉上了好朋友钢铁侠。奇异博士、绿巨人负责直播，钢铁侠负责运营。新奇的解法，很快吸引了一大群粉丝。但某次直播开始前，奇异博士把“解法”弄丢了。他赶紧告诉绿巨人，直播开始后，按照自己偷偷暗示的方式进行验证。非交互式证明 (Non-interactive Proofs)这是一台自动验证数独的机器。只要把卡牌摆在传送带上，机器会随机按照某种方式验证奇异博士提供的解法是否正确。钢铁侠当着奇异博士和绿巨人的面，完成最后的编程工作，让机器生产随机数，这样所有人都不知道机器会用哪种方式验证了。然后，他把面板焊死。就这样，机器会随机选择，是按照列，还是行，亦或是 3*3 方格来验证。奇异博士和绿巨人就无法作弊了。1/ 交互式零知识证明（Interactive Zero-Knowledge Proof）和非交互式零知识证明（Non-Interactive Zero-Knowledge Proof）回想下，奇异博士与绿巨人刚开始的验证过程。奇异博士一遍一遍地摆牌，放入纸袋中，让绿巨人验证。注意是“一遍一遍地”，一会按列把卡牌放入纸袋，一会又按行，一会又按 3*3 方格。两人按照不同的验证方式，持续交互。这个过程叫交互式证明。问题在于，万一奇异博士与绿巨人串通好，只按行验证呢？这就会出现作弊情况。于是，钢铁侠在目睹奇异博士、绿巨人串通作弊后，发明了机器，让大家按照第三方程序随机验证，防止了奇异博士和绿巨人串通。
只要将卡牌放到传送带上，机器就可以直接验证该数独是否有解。这个过程叫非交互式证明。平时比较常见的 zk-SNARK，zk-STARK 都属于非交互式证明。但，新问题来了，如果程序由钢铁侠编写，这下奇异博士和绿巨人没法作弊了，但钢铁侠自己呢，万一他作弊怎么办？所以，非交互式证明的关键在于，如何保障验证程序的不受任何人控制。于是，就有了可信设置（Trusted Setup）。钢铁侠发明的，可自动验证数独的机器，在零知识证明中，称为模拟器（Simulator）。机器内部生成随机数，选择验证方式，相当于模拟器的随机预言（Random Oracle）、公共参考串（Common Reference String、CRS）。而钢铁侠输入初始程序的过程，类似可信设置（Trusted Setup）。如果程序是钢铁侠设计的，他不就知道算法规律了？那他岂不是可以作弊？大概可以理解成，奇异博士、绿巨人、钢铁侠每个人都输入一个数字，影响变量。输入之后，要把自己的数字隐藏起来，这样每个人都只能看到自己的那部分。验证方式 Y = aX + bY + cZ + dA + ……Abcd 由奇异博士、绿巨人、钢铁侠输入，每个人输入之后，用胶带把数字挡上。他们还可以邀请成百上千个朋友，每个人都输入一个字符。点击运行。只要其中有一个人是可信的，不透露自己的数字，那大家就无法还原算法，也就无法作弊了。这也是为什么，可信设置发布对于零知识证明协议来说，是极其重要的。通常会有“仪式”。在现实中的可信设置仪式中，项目方通常会邀请各个不同的人来设置，之后把电脑直接砸毁。Zcash 进行可信设置时，搞了直播，还特意跑到了切尔诺贝利去。就是为了吸引大家关注，让所有人都相信 Zcash 自己是无法作弊的。安全多方计算，参与者都掌握一段信息，拼起来，就可以掌握验证算法规律。但只要其中有一个人销毁信息，就无法再恢复了。可信设置完成后，模拟器的验证结果将变得可靠。通过随机预言或公共参考串协助验证者和证明者完成验证。在本文，我们通俗地了解了交互式证明、非交互式证明、模拟器、可信设置、可信多方计算等概念，以及稍微接触到了 zk-SNACK 和 zk-STARK。那么，zk-Rollup、zk-EVM、zk-SNACK、zk-STARK 到底都是什么，有什么关联，请继续关注该系列文章。欢迎关注 Manta Network Protocol 公众号，或关注推特@manta_china获取更多关于零知识证明和 Manta Network 的资讯。Manta Network 致力于通过隐私保护构建一个更好的 Web3 世界。Manta 的产品设计从第一性原理出发，通过 zkSNARK 等领先的密码学架构为区块链用户提供端对端的隐私保护。在保障隐私的同时，Manta 兼具互操作性、便捷性、高性能以及可审计性，允许用户进行任意平行链资产间的隐私转账和交易。Manta 的愿景是为整个区块链世界提供更便捷的隐私保护服务。Manta 的创始团队由多位加密货币资深人士，教授和学者组成，他们的经验包括哈佛大学，麻省理工学院和 Algorand。Manta 的投资机构包括 Polychain、ParaFi、Binance Labs、Multicoin、CoinFund、 Alameda、DeFiance 以及 Hypersphere 等。Manta 也是波卡官方 Web3 基金会资助获得者，Substrate Builder Program 成员，伯克利大学区块链加速器成员。访问查看开放职位：https://jobs.lever.co/MantaNetwork关注官方频道了解有关 Manta/Calamari 的更多信息：Website:https://manta.network/
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