一、背景與概念
“零知識證明”其實(shí)并不是一個新鮮概念。早在1985年，它就由S.Goldwasser、S.Micali及C.Rackoff提出了。如果要論年齡的話，它可能比很多幣圈人士都要老。只不過，那時候停留在數(shù)學(xué)理論階段，除了科學(xué)界，并沒有被很多人熟知。近年來，隨著區(qū)塊鏈的火爆以及零知識證明在其中的應(yīng)用，這個概念才逐漸進(jìn)入大眾視野。
所謂零知識證明（Zero-Knowledge Proof），實(shí)質(zhì)上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任務(wù)所需采取的一系列步驟。證明者向驗證者證明并使其相信自己知道或擁有某一消息，但證明過程不能向驗證者泄漏任何關(guān)于被證明消息的信息。簡單理解，就是證明者能夠在不向驗證者提供任何有用信息的情況下，讓驗證者相信你。
二、案例
如果沒有相關(guān)理論基礎(chǔ)，很多人第一眼看到上面的概念解釋，可能會覺得“這不就是忽悠嘛”。但其實(shí)，零知識證明是一種科學(xué)的密碼學(xué)原理，有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。這里，一個有意思的小故事可以幫助大家理解這個概念。
有一天，山神被強(qiáng)盜抓住了，強(qiáng)盜向山神拷問進(jìn)入山洞的咒語。面對強(qiáng)盜的逼迫，山神想：如果我把咒語告訴了他們，他們就會認(rèn)為我沒有價值了，就會殺了我；但如果我死活不說，他們也會認(rèn)為我沒有價值而殺了我。怎樣才能做到既讓他們確信我知道咒語，但又一丁點(diǎn)咒語內(nèi)容也不泄露給他們呢？
這個問題很糾結(jié)，山神思考良久后，想了一個好辦法。他對強(qiáng)盜說：“你們在離開我一箭遠(yuǎn)的地方，用弓箭指著我，當(dāng)你們舉起右手我就念咒語打開石門，舉起左手我就念咒語關(guān)上石門，如果我做不到或逃跑，你們就用弓箭射死我?！?/p>
強(qiáng)盜們同意了，因為這個方案不僅對他們沒有任何損失，而且還能幫助他們搞清楚山神到底是不是真的知道咒語這個問題。山神也沒有損失，因為處于一箭之地的強(qiáng)盜們聽不到他念的咒語，不必?fù)?dān)心泄露了秘密，同時他又確信自己的咒語有效，也不會發(fā)生被射死的杯具。
強(qiáng)盜舉起了右手，只見山神的嘴動了幾下，石門果真打開了，強(qiáng)盜舉起了左手，山神的嘴動了幾下后石門又關(guān)上了。強(qiáng)盜還是有點(diǎn)不信，說不準(zhǔn)這是巧合呢，他們不斷地?fù)Q著節(jié)奏舉右手舉左手，石門跟著他們的節(jié)奏開開關(guān)關(guān)，最后強(qiáng)盜們想，如果還認(rèn)為這只是巧合，自己未免是個傻瓜，那還是相信了山神吧。
這樣，山神既沒有告訴強(qiáng)盜進(jìn)入山洞石門的咒語，同時又向強(qiáng)盜們證明了，他是知識這個咒語的。
這就是零知識證明的一個重要實(shí)例。
三、零知識證明的屬性與一般過程
通過山神被抓的故事，我們可以看出，零知識證明必須滿足以下3個屬性：
(1)正確性，即證明者無法欺騙驗證者。換句話講，如果山神不知道咒語，那么，他能瞞過強(qiáng)盜的概率會很低，因為強(qiáng)盜只要多試幾次就知道他有沒有咒語了。
(2)完備性，即驗證者有足夠大的理由相信證明者。在故事中，山神真的知道咒語，所以他可以像故事中講的一樣，做足夠多的實(shí)驗，讓強(qiáng)盜相信他不是因為巧合蒙對了一次，而是確確實(shí)實(shí)知道咒語。如果他不知道咒語，多做幾次實(shí)驗就可能露餡兒，強(qiáng)盜就沒有理由相信他知道咒語。
(3)零知識性。驗證者無法獲取任何額外的知識。強(qiáng)盜雖然知道山神有正確的咒語，但并不知道咒語是什么。
這三個屬性是不可分離的，必須同時滿足。因為山神給強(qiáng)盜證明他知道咒語，可能存在一種情況——他試了很多次都是巧合，存在證明者欺騙驗證者的情況。但只要實(shí)驗重復(fù)得足夠多，或者一直重復(fù)下去，就會讓這種巧合（小概率事件）的可能性降到很低，甚至忽略不計。
四、應(yīng)用
在區(qū)塊鏈中，零知識證明已應(yīng)用其中，最常見是圖靈機(jī)的計算模型（后續(xù)會專門細(xì)講）。另一個應(yīng)用是ZCash，用零知識證明來實(shí)現(xiàn)交易過程的匿名性。
相比于ZCash而言，比特幣的轉(zhuǎn)賬有一個特點(diǎn)，那就是不匿名。只要我們知道了比特幣地址，任何人都可以查到它的所有交易行為信息，比如從誰那里收了幣，又轉(zhuǎn)給了誰，一清二楚。這對于某些領(lǐng)域，比如反洗錢，當(dāng)然是極好的，但對于另一些人，可能就不那么討人喜歡了。比如一個普通人，花錢去買什么東西，給誰買了禮物，他可能并不想讓別人知道。如果大家都能隨意查到，他會覺得自己的隱私權(quán)受到了侵犯。ZCash的零知識證明，就解決了這部分用戶的需求。
在比特幣交易中，如果A有3個比特幣，要給B轉(zhuǎn)賬1個比特幣，那么在賬本上就會記錄著：A轉(zhuǎn)出了兩筆比特幣，一筆為1比特幣，轉(zhuǎn)給了B；另一筆為2比特幣，轉(zhuǎn)給了自己。
那么，利用“零知識證明”的ZCash是怎么做到實(shí)現(xiàn)匿名交易的呢？
如果A有3個幣，要給B轉(zhuǎn)賬1個幣。A會先把1個幣分成若干份隨機(jī)放進(jìn)一個“混合熔爐”里，并指定B的接收地址。在這個熔爐里，同時在里面的還有其他人（交易方）放入的若干份幣。這些幣又被熔爐隨機(jī)拆分，再隨機(jī)組合，然后從被“大雜燴”的幣中若干份，合成為1個幣，轉(zhuǎn)移到B的地址中。
這樣的話，經(jīng)過一系列 “混合”，我們只能知道A給了B一個幣，卻無法知道A的交易地址等信息，因為B受到的幣實(shí)際上是多個交易者“雜燴”而成，并不能準(zhǔn)確識別它來自哪里。
五、零知識證明的優(yōu)缺點(diǎn)和意義
通過以上解釋，我們不難看出，零知識證明最大的優(yōu)點(diǎn)就是保護(hù)了交易的匿名性，減少了雙方交換的信息。對匿名隱私保護(hù)的更徹底，可以有效解決很多問題。
但這并不意味著零知識證明就沒有缺陷，它也可能導(dǎo)致一些問題。
首先，通過零知識證明實(shí)現(xiàn)匿名性，所需要的證明信息和計算量比較多。從上面比特幣和ZCash的交易過程中我們就可以看出這點(diǎn)，熔爐再造需要大量的拆分和重新組合。這就有可能帶來大量的資源浪費(fèi)，也導(dǎo)致了它的可擴(kuò)展性面臨挑戰(zhàn)。
另外，匿名性可能會被某些不法分子利用，增加監(jiān)管難度。比特幣透明交易的技術(shù)，可以用做很好的反洗錢工具，而ZCash恰好相反，可能為洗錢提供大量的便利。另外，像黃、賭、毒這些產(chǎn)業(yè)，如果利用零知識證明，將會給追蹤和監(jiān)管帶來非常多的困難，造成一些社會問題。
所以，零知識證明本身有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)，關(guān)鍵看應(yīng)用于什么領(lǐng)域。未來零知識證明會在區(qū)塊鏈中有怎樣的發(fā)展，一方面取決于從業(yè)者如何利用它，另一方面也取決于監(jiān)管部門如何對待。當(dāng)然，如果能夠出現(xiàn)一種彌補(bǔ)零知識證明的缺陷的新技術(shù)，那將為零知識證明的應(yīng)用打開廣闊的空間。
參考文獻(xiàn)：
（2）一文讀懂區(qū)塊鏈之?-?零知識證明?- 區(qū)塊網(wǎng)
（3）區(qū)塊鏈行業(yè)詞典-甲子光年
