摘要

• 當前的ZK格局可以根據兩個主要標準進行大致分類。第一個標準是它是作為應用程式還是作為基礎設施運行，第二個標準是它是否優先考慮隱私或專注於更好的實用性和可擴充性。
• 其中，ZK應用程序（ZKApps）是利用零知識證明來增強隱私和效用的應用程序。 ZKApps可以在憑證、支付甚至生物醫學工程等領域特別有益。
• 投資趨勢和鏈上數據表明，對零知識證明（ZKP）使用的需求不斷增長，表明零售端已開始擁抱相關應用。
• 由於加密證明系統和分散式證明基礎設施的技術進步，ZKApps變得更加實用和可行。這些發展降低了ZKP生成和驗證過程的障礙，使更多人能夠使用ZKApps。

1. 簡介

現在為什麼我們應該關注 ZKApps？

區塊鏈和Web3行業圍繞零知識（ZK）技術的炒作已持續數年，並持續到2024年下半年。正如Vitalik Buterin所說，陳述“雖然還需要進一步的基礎設施開發和證明優化，但在10年內，ZK無疑被業內人士視為解決區塊鏈三難題的有前途的技術，這包括在不犧牲任何一個方面的情況下平衡安全性、可擴展性和去中心化。”

在这股炒作的浪潮中，许多投资者，不管他们的技术专长如何，可能已经听说过诸如SNARKs、STARKs和KZG等术语，这些技术上复杂的领域正在以太坊社区内得到研究和开发。然而，从消费者的角度来看，一个根本性的问题不可避免地出现：“我明白ZK是一项令人印象深刻的技术，但我们到底什么时候才能使用利用它的酷产品？这项技术是否足够成熟，可以取代现有的非Web3解决方案呢？”

即使只是幾年前，對於這個問題的答案可能是「還沒有，我們也不知道」。正如Vitalik所提到的，實際上在客戶端上運行基於零知識證明技術的應用程序（ZKApps）所需的基礎設施和加密證明技術仍然不足，這使得它的開發具有挑戰性。然而，截至2024年，儘管仍有很大的改進空間，但已經取得了顯著的技術進步，使得ZKApps商業化的潛力得以生根發芽。因此，我們現在需要將焦點轉移到確定真正需要ZK技術的領域，並思考如何利用它來實際改善我們生活的質量。從投資者的角度來看，研究未來將廣泛採用的ZKApps類別也可能帶來有前途的新機遇。

在Presto Research和Ocular VC的共同ZK研究中，我們從兩個研究小組的營銷趨勢分析和尖端技術洞察中提供了ZK應用行業的概況和展望。在第2節中，我們首先介紹了當前的ZK應用採用情況，並突出了哪些ZK基礎設施和ZK應用引起了關注。其中，第3節專注於ZK應用的發展歷史，討論了它們的必要性和實際好處。在接下來的第4節中，我們對2024年ZK行業的投資趨勢和鏈上數據進行了分析，解釋了為什麼ZK應用有望成為下一個主要趨勢。最後，在第5節中，我們將討論到目前為止在基礎設施方面為了使ZK應用成為實用和主流趨勢所進行的研發努力和技術成就。

2. 目前的 ZK 採用情況

當前的ZK採用情況可以根據許多不同的標準進行分類，但在這裡，我們主要根據以下方面將它們大致分為以下幾類：服務是作為基礎設施還是應用程式運作，以及它是否通過利用零知識特性來優先考慮隱私，或者通過利用簡潔特性來優先考慮效用。

圖1：目前的ZK採用情況

來源：眼科VC

2.1. ZK 基礎設施

類型1：隱私保護基礎設施

該類別的服務主要旨在解決ZK系統中的隱私問題，因為許多ZKP提供者可能仍具有檢查交易的能力，存在敏感數據曝光的風險。換句話說，在客戶將其交易提交給ZKP提供者創建ZK證明的過程中，往往會發生隱私洩漏。因此，這些以隱私為重點的基礎設施可以通過prover層（更多解釋請參見第5.2節）和虛擬機（VM）組件來提供，以增強訪問控制並確保端到端的數據隱私。代表性例子包括 因戈山，簡潔，和濃縮咖啡.

類型2：以效用為重點的基礎設施

ZK技術不僅有助於保護隱私，還有助於提高ZKApps的實用性。利用 ZK 實用程式的最佳範例之一是 ZK L2（即 ZK 匯總）。現在眾所周知的事實是，在正在進行的 ZK L2 中，很少有實例真正保證端到端交易隱私。儘管如此，ZK L2鏈條如太鼓, zkSync，英特馬克斯，和Zeko利用ZK技術的簡潔特性，通過將數千筆交易的有效性合併到單個ZK證明中，並將其提交到L1，從而大大提高區塊鏈的可擴展性。另一個以效用為重點的用例是prover層。Prover層是提供計算能力的實體，幫助設備較弱的個人參與ZKP生成和驗證過程。服務，例如RiscZero, Cysic，不可约，和對齊層目前在這個領域中運作。

2.2. ZK 應用程式

類型3：隱私導向應用程式

當我們想到“零知識應用程序”時，隱私導向的應用程序往往是首先想到的用例。該類別中的服務主要是利用ZK技術的零知識特性，將隱私置於其他特性之上。這種特性廣泛應用於處理敏感個人信息的領域，例如KYC、驗證和憑證，以保護客戶的隱私。值得注意的正在進行的項目包括 zkPass,Lumina，0xKYC，和zkMe. 這個領域也在擴展到安全錢包和電子郵件等領域，例如Gate.ioZKSafe和zkEmail.

類型4：以效用為重點的應用程式

主要聚焦於實用性應用程式主要在ZK L2上運作。目前，DeFi相關的應用程式，如DEX和借貸平台主導了這個領域。雖然ZK L2並不保證隱私，但這些應用程式利用ZK L2的實用性來提供快速和低成本的交易處理，在DeFi領域至關重要。目前運作的值得注意的應用程式包括zkFinance, ZKX, zkEra Finance, zkLend，和eZKalibur.

3. ZKApps：起源和演化

3.1. 現代 ZK 風景的道路

零知識證明（ZKP）已成為區塊鏈行業中的一項轉型技術，為隱私和可擴展性的革命性進步提供了重大貢獻。ZKP起源於密碼學研究，從理論概念發展為實用的ZK應用（ZKApps），在去中心化金融（DeFi）、網絡安全等領域顯著地塑造了格局。

ZKPs的起源

ZKP的概念首次由Shafi Goldwasser、Silvio Micali和Charles Rackoff於1985年提出。最初，這是密碼學上的理論突破，展示了證明擁有某些知識而不揭示該知識本身的能力。ZKP在涉及密碼的認證系統中特別有用，因為它們允許驗證而不暴露它。值得注意的是，像Cloudflare這樣的網絡基礎設施公司已採用ZKP機制，使用供應商硬件進行安全的網絡驗證。

過渡到區塊鏈技術

將ZKP整合到區塊鏈技術中標誌著其演進的關鍵時刻。早期採用者之一是Zcash，它在其支付系統中引入了ZK概念，以確保端對端交易隱私。ZKP允許驗證交易（即發送方擁有足夠的硬幣，並且不是雙重花費）而不暴露發送方、接收方或交易金額。此用例突顯了將ZKP直接整合到區塊鏈平台中的潛力，呈現出一個引人入勝的應用。

ZKP整合的擴展在以太坊L2解決方案（如zkSync和Starknet）的初始部署中獲得了動力。這些平台利用ZKP作為擴展解決方案，以應對區塊鏈系統中普遍存在的低TPS速率問題。在這些情境中成功實施ZKP已激發了進一步開發更多實際應用的興趣，這些應用將利用現有基礎設施，從而增強隱私性和效率。

隨著基礎設施在過去幾年已經鞏固並成熟，人們開始關注ZKApps。我們將在下一節中談論ZKApps的細節和好處。

3.2. ZKApps的定義和好處

正如在第2部分中簡要介紹的那樣，我們將ZKApps定義為一種應用程序，它利用ZKP和ZK基礎設施生成交易，主要旨在1）保護用戶隱私和/或2）提高效率。

著重隱私方面，不希望將其交易數據（即 KYC 程序、基因檢測和機密個人數據）存儲在公共鏈上的應用程式提供了引人注目的使用案例。利用 ZKPs，這些數據可以安全地存儲在本地數據庫中，不會被公開，但可以在全球範圍內進行驗證（例如證明 Alice 的血型是 B，證明 Bob 已滿 20 歲）。這種方法對於隱私敏感應用程式特別有利，同時還需要問責和透明度。正在從事該主題的項目包括zkPass，nuAuth，和BioSnark.

不丹，一個位於印度和中國之間的亞洲小國，就是一個很好的例子。這個國家已經利用零知識證明近年來，全國各地政府建立了數字身份基礎設施。這種方法使政府更容易管理數據，同時確保可以在跨境情況下進行驗證，而不會與其他國家的數據隱私法規相衝突。

有趣的是，這種使用零知識證明（ZKPs）的方式可以進一步應用於信貸系統和身份檢查機制，促進國際合作和對共享數字服務的信任。例如，USDT貸款可以利用ZKPs來保護和驗證鏈下信用。這種方法可以進一步促進使用穩定幣在鏈上發行無抵押貸款。這些ZKPs的應用可以改變信用評估和貸款發放的方式，提升安全和信任，同時擴大對金融服務的訪問。

還有一些尚未開發的領域，例如 GambleFi，這種方法可能特別有益。ZKPs 通過密碼學驗證結果和行動，而不暴露基礎數據，實現了公平和防作弊的賭博。一個例子是創建賭注池，用戶的貢獻和獲利保持匿名，但總池大小和分配可驗證。這些好處有望通過建立信任和提供更私密和可擴展的賭博體驗，吸引更多用戶參與 GambleFi。

當然，ZKP 的使用並不僅限於這些例子。除了上述的用例外，ZKP 還可以被引入社交媒體，以保護內容創作者的匿名性，不想分享速通策略的高排名遊戲玩家也可能歡迎採用這項技術。因此，持續的研究探索了ZKP 如何在各個日常生活領域中提供比現有方法更進階的服務，未來還將繼續發現更多的用例。

4. 分析：為什麼ZKApps是下一個趨勢

在本部分，我們通過數據驅動的分析，解釋了為什麼 ZK 行業的主要趨勢從基礎設施轉向應用。在第 4.1 节中，我們探討了為什麼 ZKApps 是下一個有前途的趨勢，這是基於 2024 年的投資趨勢。在第 4.2 节中，我們通過使用鏈上數據作為證據，來檢視客戶對實際 ZKApps 的需求如何增加。

4.1. 投資趨勢

在研究ZK行業的投資歷史時，很明顯，大多數實質性投資都針對ZK基礎設施（即ZK L1 / L2s，硬體加速），包括zkSync，Starknet，Aleo和Cysics等專案。對這個市場的累計投資已超過10億美元，許多專案正準備在未來幾個季度推出產品。這一趨勢將持續到 2024 年，前 5 名與 ZK 相關的融資交易表現強勁（圖 2）證明瞭這一點，其中 4 筆投資超過 1500 萬美元。值得注意的是，前 5 筆交易中有 4 筆與證明層相關，而 1 筆與 L2 解決方案相關。

為什麼傳證層受到這麼多關注？正如第3節所解釋的，傳證層是一個關鍵組件，它通過使弱設備的個人能夠參與ZKP的生成和驗證過程，從而支持了對ZKP的不斷增長的需求。對傳證層需求的增加表明了對ZKP需求的顯著增加，這表明更多人希望通過使用ZK L1/L2s生成交易。

圖2：2024年ZK投資趨勢

來源：Cointelegraph，The Block，Ocular VC

對於在 ZK L1/L2 鏈上的交易需求增加，有兩種可能的解釋。第一種解釋是 ZKApps 的需求增加，導致更多交易被提交到基礎的 ZK 鏈上。第二種解釋是由於過去兩年中 ZK L1/L2 的主網上線，導致 ZK 鏈上的轉帳量大幅增加，交易數量也相應增加。無論哪種解釋是真實的，ZKApps 的前景仍然是積極的。在前一種情況下，這意味著越來越多的人想要使用 ZKApps。在後一種情況下，這表明隨著越來越多的人使用基礎的 ZK 鏈和生態系統基礎設施的成熟，正在建立一個有利於發展 ZKApps 的環境。

4.2. 在鏈上數據分析

現在，讓我們通過鏈上數據分析直接確認對ZKApps的需求增加。可以觀察到，在過去1.5年中，用於ZKP驗證過程的累積費用超過1.98億美元這表示相較於過去幾年，對於零知識證明（ZKP）的需求顯著增加。更重要的是，大部分的增長來自對於ZKApps的需求增加。在將ZKP驗證費用的使用情況劃分為基礎設施和ZKApps後，我們發現過去佔比40%的ZKApps在2024年已上升至70-80%。這些數據證明了近期對於ZKPs需求激增主要來自ZKApps。

圖3：ZKP驗證費用動態

來源: dune.xyz@nebra, Ocular VC

5. 技術進步使 ZKApps 變得實用

迄今為止，我們已經探討了ZKApps的定義，確定了需要關注的主要用例，並討論了為什麼ZK行業的主要趨勢似乎正在從基礎設施轉向應用程序。當然，這些ZKApps的可行性取決於使它們實際和可行的技術進步。我們之前指出，ZK基礎設施已經足夠成熟，而適當利用這項技術的ZKApps將在未來幾年內成為區塊鏈/Web3行業的主流。那麼，是什麼具體的進步使這成為可能，還有更多的發展？

5.1. ZK 證明系統

首先要討論的是ZK證明系統的進展。考慮到其中的複雜性，對於沒有技術背景的人來說，往往很難理解使用了哪些類型的加密技術以及它們的改進如何增強了ZK證明系統。因此，在本節中，我們強調了ZK證明系統的顯著進展，並提供易於理解的隱喻。簡而言之，這些進展帶來了兩個主要好處：“支持功能的增加”和“計算過程的優化”。

*對於想要查看ZK證明系統的完整生命周期以及每個特定過程的進展的讀者，請參閱附錄。

支援更多功能: 特定領域語言 (DSLs)

ZK 驗證系統中的領域特定語言 （DSL） 是專門的程式設計語言，旨在處理 ZK 生態系統中的特定任務。這些語言通過提供針對 ZK 操作進行優化的定製語法和功能來豐富 ZKP 的創建。像Leo，Zinc，Cairo，Noir和ZoKrates這樣的DSL目前正在研究和開發中，以支援更多的功能，如可變變數，if語句和陣列。

這類似於鮑勃需要向愛麗絲證明他用合法配方製作了蛋糕，而不透露它的情況。鮑勃需要做的第一件事就是製作他的食譜。食譜應包括製作蛋糕所需的所有高級步驟和成分（例如，用成分製作麵糊，然後烘烤）。如果鮑勃能在他的食譜中使用更多時髦的食材和烹飪技巧，那就太好了（圖 4）！

圖 4：DSLs 支援更多功能性的 ZKP

來源：DALL E，Presto研究

優化計算過程：算術化、證明系統（IOP+FCS）

使用DSL编写程序后，需要进行算术化和证明系统（由交互式Oracle证明（IOP）和功能承诺方案（FCS）组成）等过程，将其转换为ZKP。这些过程中的共同挑战是最小化计算开销，以使ZKP生成和验证过程更容易被更多人使用。

在減少計算開銷的努力中，最直觀易懂的是減少證明系統中的欄位大小。這裡，欄位大小是指 ZKP 生成過程中使用的數學欄位的大小。簡而言之，它表示可用於創建密碼的可能值的總數;較大的欄位大小使某人更難猜測代碼，但需要更長的時間來生成。著名的加密證明系統，如Groth16，Plonk和Halo2，即使是那些不熟悉ZKP的人也可能聽說過，使用256位的字段大小。然而，隨著技術的進步，最近的證明系統，如Goldilocks和Plonky3，在不犧牲安全性的情況下使用31到64位的欄位大小。最先進的證明系統 Binius 僅使用 1 位（零和 1）作為其欄位大小，顯著提高了計算速度。

5.2. 去中心化的证明基础設施

討論的第二個科技進步是去中心化的證明基礎設施的發展。雖然 ZK 證明系統的進步通過減少所需的計算量，優化和簡化了證明生成和驗證過程，但去中心化的證明基礎設施使個人能夠外包用於生成 ZKP 的強大計算能力。

目前，在ZK行業中，有兩種主要的實現去中心化證明基礎設施的方法。第一種方法是一個基於ZK的鏈建立自己的內部證明層，第二種方法是運營一個外包的證明層，可以處理來自各種鏈和應用的ZKP生成請求。

內部 Prover Layer

對於內部驗證層方法，ZKP 生成實體（即證明者）隸屬於特定鏈。內部驗證層的最大瓶頸是引導過程：由於對於鏈開發者來說，在經濟上不可行於裝備自己的 ZK 證明設備為所有網絡用戶提供無縫的證明層（這種方法也會對網絡的安全性和活力產生負面影響），通常它們部署吸引具有計算能力的個人或群體參與證明層的協議，並通過提供本地代幣形式的獎勵。

一個在內部運作的證明層項目的代表性例子是Aleo，這是一個ZK Layer 1區塊鏈。與比特幣中的PoW類似，Aleo要求證明者生成滿足特定閾值（即“證明目標”）的ZKP，以用於每個區塊。如果累積證明的總和超過“Coinbase目標”，則按照其貢獻比例，對證明者共享coinbase獎勵（Aleo代幣）。這種挖礦證明協議可以激勵更快軟體和硬體的開發，以及由於證明者獎勵的廣泛分配，分散證明者生態系統。

外包證明層

另一方面，外包的证明层位于区块链之外；它们根据各种基于ZK的链和ZKApps的请求提供计算能力。您可以将模块化区块链视为Celestia，但具有ZKP生成功能。这些外包的证明层通常以“证明者市场”的形式运作：客户提交需要ZKP生成的交易，而证明者出价提供他们的证明服务，包括生成ZKP的能力和成本。

目前正在運作外包驗證層的代表性專案包括 =nil 和 Gevulot。=nil 為每個電路維護一個掛單簿，其中包含來自用戶的買單和來自驗證者的賣單。透過這種掛單機制管理產生證明的價格發現。Gevulot 以 PoS 方式運作：它要求驗證者押注並完成工作量證明任務以加入。除了投標系統外，證明生成作業隨機分配，使用可驗證隨機函數 (VRF) 確保公平性。

然而，外包證明層方法也存在主要問題，即難以保護端到端隱私，因為證明請求中包含的交易數據是在未密封的情況下提交給證明者的。為了解決這個問題，像Marlin和zkPass這樣的專案利用enclaves（一種保護數據完整性的安全、隔離的執行環境）來確保在ZKP生成過程中沒有隱私洩漏。

圖5：去中心化的證明基礎架構概述

來源：Presto Research

結論

到目前為止，我們已經檢視了ZK行業的整體採用情況，ZKApps可以帶給我們的好處，以及ZK行業的主要趨勢從基礎設施轉向ZKApps的證據，以及將支持ZKApps崛起的技術進步。密碼學證明系統和去中心化的證明基礎設施的發展為ZKApps的更快速和經濟使用鋪平了道路，將零知識技術更加接近日常生活。

區塊鏈/Web3行業經常面臨批評，開發的技術被認為是過度吹噓，旨在吸引投資者，而對實際市場需求考慮較少。為了克服這一批評，開發人員必須通過真正改善我們的生活方式來推進技術的發展；然而，同樣重要的是，我們作為用戶，必須不斷評估這項技術可以有效應用於哪些領域。我們希望本文能夠讓讀者對ZKP和ZKApps有一個廣泛的了解，并引發更多對這個行業的DYOR。

在即將到來的Presto Research & Ocular VC合作系列中，我們將討論一系列前沿的ZK相關項目（即隱私滾動、客戶端證明、隱私保護證明層），這些項目都是基於我們在本文中提到的技術進步而推出的，涉及基礎架構和應用兩個方面。敬請期待！

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