“ZKP+Bitcoin”会带来什么新的可能？

越来越多的团队在区块链基础设施和dApp中采用零知识证明技术。但是，大部分项目都是基于以太坊进行的开发。然而，比特币与零知识证明实际上具有天然的结合基因，这一领域目前缺乏应有的关注。零知识证明技术与比特币的结合将可能为比特币网络带来哪些赋能？在本期Bing Ventures研究文章中，我们将从技术原理和应用前景角度对这一话题进行探索。

比特币可以与零知识证明具备天然结合的基因。比特币是一种去中心化的虚拟货币，它使用区块链来记录交易，并且所有交易信息都是公开的。然而，这也意味着比特币的交易信息可以被任何人查看，因此存在隐私泄露的风险。而零知识证明可以解决这个问题。

ZK-SNARKs和ZK-STARKs都是零知识证明的变种，它们的共同点是在不泄露敏感信息的情况下证明某些数据或操作的有效性。但是，它们的实现方式、性能和应用范围有所不同。

ZK-STARKs（Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge）是一种新型的零知识证明技术，相对于ZK-SNARKs更加灵活和安全。ZK-STARKs的实现方式不依赖于椭圆曲线密码学，而是使用了哈希函数和多项式插值技术。这使得ZK-STARKs更加可靠，因为它不依赖于不可预测的数学难题，而是依赖于哈希函数的不可逆性。另外，ZK-STARKs的证明大小比ZK-SNARKs更大，但是它的证明可验证性更好，因此可以应用于更广泛的领域，例如分布式计算和物联网安全等。

以Zcash为例，Zcash 采用的是零知识证明技术中的 ZK-SNARKs，该技术可以用于隐藏交易的详细信息，包括交易金额、参与者身份等，以实现更好的隐私保护。Zcash采用ZK-SNARKS的技术原理大致如下：

但是，Zcash 采用的零知识证明技术也存在一些局限性。首先，Zcash 是基于 UTXO 的，这意味着交易信息并没有被完全掩盖，而只是被屏蔽了。因此，攻击者可以通过分析交易信息的模式和流量来推断出一些有用的信息。这也就导致了 Zcash 对于隐私保护的程度并不是完全可靠的。

在比特币上采用 ZK-SNARKs 技术确实可以实现交易的匿名性和隐私保护，但是该技术存在一些缺点，比如需要可信的设定和设备，需要大量的计算和存储资源等。为了解决这些问题，一些新的零知识证明技术，如 ZK-STARKs 技术也出现了。

相较于 ZK-SNARKs 技术，ZK-STARKs 技术具有以下优势：

STARKs技术是一种新型的密码学证明技术，可以通过传递数据与第三方进行通信，同时保持数据的隐私性。这种技术可以将计算和存储验证数据转移到链下，从而提高了可扩展性。相比于ZK-SNARKs技术，STARKs技术更为先进，能够抵抗来自量子计算机的攻击。

简而言之，比特币可以在STARK中被仿真，从而允许使用相同的椭圆曲线密钥建立基于比特币的代币的高度复杂的协议。EC-STARKs技术的使用可以在比特币的链下协议中运行，同时保持证明在STARK中。这种方法不仅可以提高比特币的可扩展性，而且可以在比特币上建立高度复杂的协议，从而具有更高的隐私性。

ZK-STARKs的应用也符合比特币的保守设计哲学，不需要可信任的集合，而是使用哈希函数、Merkle树和多项式等技术，提高了比特币的透明度和安全性。EC-STARKS在比特币上的一个优势是它可以提高比特币的隐私性，因为它不需要公开交易的细节。 另一个优势是它可以减少比特币的存储需求，因为它可以将大量的数据压缩成一个小的证明。 EC-STARKS在比特币上的一个挑战是它需要更多的计算资源，因为它需要执行复杂的数学运算。 另一个挑战是它需要更多的协调和标准化，因为它需要与比特币的现有协议和基础设施兼兼容。

此外，ZK-STARKs的应用还有很多潜在的方向。例如，与Taro协议相结合，将比特币打造成更加通用的资产，使得比特币的应用场景得到进一步扩展，通过将ZK-STARKs与TARO结合，可以提高TARO协议的可扩展性，使其能够处理更多的交易并支持更大规模的应用，这将为TARO协议的多链部署打开门户。此外，比特币的隐私性一直是个问题，而ZK-STARKs技术的应用可以大幅提高比特币的隐私性。通过使用ZK-STARKs技术，可以将整个交易历史记录压缩到一个单一的交易中，从而有效地隐藏用户的交易信息。

更进一步来说，ZK-STARKs可以用于比特币交易的验证，包括比特币交易的序列化、双SHA计算、secp256k1操作等。这些操作是比特币交易验证的核心，使用ZK-STARKs可以确保比特币交易的验证过程高度安全和可靠。ZK-STARKs还可以用于验证比特币的加速Cairo内置功能。Cairo是一种高效的零知识证明系统，与比特币的加速Cairo内置功能结合使用，可以实现高效的比特币交易验证和安全保障。

ZK-STARKs还可以用于实现Taro原语和资产TLV序列化，以及MS-T实现和验证等。这些操作可以有效地保护比特币交易的隐私和安全性，进一步提高比特币交易的可信度和可靠性。闪电网络作为比特币交易的二层解决方案，可以通过结合ZK-STARKs技术实现更高效、更安全的比特币交易。利用ZK-STARKs技术，可以在不牺牲交易隐私的前提下，快速验证闪电网络上的比特币交易。

我们看到越来越多的团队在区块链基础设施和dApp中采用零知识证明技术。其中一些新方案可能有可能加速零知识证明在区块链空间中的应用，并以更好的方式帮助隐私和可扩展性。然而，大部分项目都是基于以太坊进行开发，而比特币则在零知识证明领域缺乏应有的关注。更糟糕的是，工程实践在某种意义上并没有赶上学术成就。我们需要在这方面进行更多的实施和探索，同时也应该对该领域进行更多的关注和支持。

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