零知识技术(Zero-knowledge technology，简称zk)是一种使能技术，不仅可以改变Web 3，还可以改变其他行业。它是一种足够通用的技术，有大量的用例。我们正处于找出这项技术可以实现的所有用例的早期阶段。一些明显的zk用例找到了真正的应用，比如启用交易隐私和数据压缩，也就是聚合。然而，仍然需要许多潜在的用例和技术进步来使zk成为主流。
在本文中，我们首先回顾了ZKP的不同应用。然后我们讨论什么可以实现这个技术的下一个阶段，以及一些可以受益于这个技术的创业思路。鼓励致力于这些想法的建设者联系或申请加入联盟创始人社区。该联盟正在为创始人寻求支持和资金，以朝着这个方向发展。
自ZKP应用地图发明以来，零知识证明(ZKP)在加密行业站稳了脚跟。ZKP确实允许一些让科技真正令人兴奋的魔法。在高层次上，零知识证明允许实体向世界的其他部分证明他们知道一条信息或者他们正确地完成了一项任务，而不泄露信息或者显示任务执行的细节。zk的神奇数学让我们只通过检查生成的ZKP就相信知识或执行完成。因此，ZKP的第一个也是最一致的用例是以隐私为中心的加密网络。ZKP也被用来证明以太坊L1上以太坊L2交易的有效性，从而引入zk rollups的概念。此外，ZKP还在不同的项目中发现了其他利基应用。
ZKP是一个以隐私为中心的支付和协议，它自然地实现了隐私，尤其是在缺乏可以充当真理来源的中央权威的去中心化网络中。ZKPs允许Web 3用户(证明者)向网络验证者(验证者)证明他们的交易是有效的，即他们有足够的余额来消费，而不披露交易细节(如交易金额或发送者)或接收地址。
ZKP最初是为了支持Zcash网络中的隐蔽(即私人)支付而开发的，后来扩展到了其他网络。私人支付网络的实现包括
注重隐私的L1: Z现金，地平线，Aleo和铁鱼：注重隐私的L2:阿兹特克ZK在龙卷风现金。ZKP的另一个主要用例是在底层L1上生成汇总有效性证明。通用通过不使用ZKP的隐私功能来优化吞吐量，即证明更多的TX。在这个权衡中，ZKP只作为L2事务执行正确性的证明。
因为一些通用函数不能被有效证明，所以很难生成ZKP来证明任何智能契约的正确执行。为了解决这个问题，需要实现一个特殊的VM，它可以被底层zk电路有效地证明。由于这种复杂性，zk rollups最初只支持付款，或者单个应用程序(如DEX)可以轻松生成ZKP。这里的例子包括zkSync 1.0和Loopring。之后市场上开始出现通用的zkEVM实现，包括Starknet、zkSync 2.0、Polygon zkEVM和Scroll。目前，所有zk汇总都在以太坊上，但ZK汇总可以在包括比特币在内的其他链上实现。然而，比特币聚合的实现将需要改变比特币操作码和硬分叉链，这通常不受比特币社区的欢迎。
其他零知识证明应用除了以隐私为中心的应用和总结，ZKP还发现了其他区块链协议中的其他应用。本节描述了这些用例。
迈纳
Mina使用ZKP将区块链状态压缩到一个非常小的大小(~22 KB)。为了实现这一点，米娜使用递归ZKP，即其他ZKP的ZKP。在Mina网络中生成一个分块时，使用zk-SNARKs生成该分块的证明以保证其有效性。由于新块指的是先前的块，因此新块的ZKP将验证所有先前的块，同时保持恒定的大小。
凭证货币
Filecoin使用ZKP来确保存储提供商正确存储他们声称要存储的数据。这个过程被称为复制证明(PoReb)。在此过程中，存储提供商生成ZKP，以证明他们存储的是数据的唯一副本，也就是说，他们不引用其他提供商维护的副本。ZKP为希望实现一定程度的冗余和可用性的Filecoin用户提供了保障。此外，由于证书的大小比存储的数据小得多，使用ZKP可以降低存储提供商的带宽要求。
塞普卢莫
Oplumo使用ZKP来创建超轻型web客户端，这些客户端可以在移动电话和其他资源有限的设备上使用。虽然客户端是轻量级的，但是它保证了它所访问的状态的正确性。
黑暗的树林
黑暗森林是ZKP在游戏领域最受欢迎的应用。虽然ZKP的使用符合隐私用例，但其创建不完全信息博弈的应用是一个独特的用例，超出了ZKP在支付网络中的金融应用。
ZKP的发展轨迹及其应用直到2016年，ZKP还只是一个研究课题，只在很小的学术圈内讨论过。当Zcash创始团队创建了第一个支持Zcash网络中阻塞/私有交易的ZKP变体zk-SNARK的生产就绪实现时，这一切都改变了。对于一个真实的用例，ZKP的兴趣正在增长，这导致了更好的ZKP变体，它成为了第一部分中讨论的许多项目的基础。然而，这项技术需要进一步的ZKP开发，以实现主流采用。
要知道如何进一步完善这项技术，可以借鉴AI等类似技术。在很多方面，零知识证明技术类似于人工智能技术，预计也将遵循类似的轨迹。像ZKP一样，人工智能起初是一项很有前途的技术，可以解决很多问题。而原有的人工智能算法能力有限，计算复杂度远远超过现有硬件的能力。这使得人工智能应用缓慢且不切实际，这使得人工智能主要局限于研究实验室。通过发明深度神经网络(DNN)等新架构，使用GPU提高执行速度，我们将继续逐步改进。这最终导致了AlexNet等的突破。2012年，以巨大优势赢得了最著名的计算机视觉比赛ImageNet。Alex是AI时代的开始，它催生了令人兴奋的AI应用，如GPT-3、Dall。E 2和稳定扩散。
今天，ZKP的状态类似于艾的早期状态。这是一项很有前途的技术，仍在积极开发中，其计算密集型导致验证时间长。借鉴人工智能的进展，可以找到零知识证明技术起飞时需要解决的瓶颈。
1.算法/电路改进和AI从LeNet-5到AlexNet到Resnet-50再到Transformer是一样的。ZKP算法将经历发展阶段，从而显著提高其性能。我们已经看到这方面的进展。自2011年zk-SNARK推出以来，已经开发出了更先进的算法。2018年，STARKware的创始人开发了Stark，这是一种不需要可信设置、生成时间更短的ZKP方法。这项技术是Starkware的几个产品的基础，包括StarkNet。
随着2019年PLONK的推出，ZKP的进步在继续，这是一个SNARK实现，允许许多应用程序使用单个可信设置，而无需重复设置。PLONK刺激了各种实现的开发，这些实现被各种Web 3协议使用(比如Aztec、Mina和Celo)。
2.优化的执行引擎ZKP的主要限制之一是计算复杂性，这导致了太长的证明时间。例如，Polygon最近宣布的zkEVM实现在64核服务器上需要大约5分钟来生成500k gas计算的证明。提高ZKP认证时间是使ZKP技术成为主流的关键部分。类似于人工智能，优化软件执行引擎，使用专用硬件是达到这个目的的必要条件。
优化软件
许多ZKP生成操作是大规模并行的，这意味着并行处理(如GPU)可以加快ZKP计算。可以使用CUDA等专用GPU库来加速Nvidia GPU上ZKP的计算。由于每个项目使用不同的ZKP算法，几个项目正在尝试内部开发。这里一个值得注意的例子是Filecoin的Groth16算法的实现，它使用GPU来加速证明过程。再比如Edgeswap利用GPU将PLONK的证明时间减少了75%。
专用硬件
由于GPU通常导致ZKP认证时间的有限改善，另一种选择是使用专用硬件，如FPGA或ASIC。在制造专用芯片(即ASIC)的昂贵努力之前，FPGA通常被视为硬件原型设计平台。或者FPGA和GPU的混合解决方案可以在中短期内对加速ZKP起到重要作用，可用于聚合和以隐私为中心的网络。然而，如果ZKP技术发展到我们预期的水平，ASIC将最终赢得这个市场。目前ZKP的硬件加速还没有完全解决，可能是因为ZKP算法的多样性和碎片化。然而，我们相信，有了正确的商业模式，一些初创公司可以专注于开发和货币化这部分技术。
3.软件抽象层为了释放ZKP的潜力，需要构建几个抽象层和工具。这些抽象对于简化ZKP应用程序的开发过程是必要的，并允许每组开发人员专注于他们最擅长的事情。例如，应用程序开发人员不应该担心zk电路的底层细节及其工作原理。再次用AI类比，AI可能会通过创建多个抽象层取得很大的进步。使用这些抽象，AI应用程序开发人员就不必担心NN架构或硬件资源分配。TensorFlow和PyTorch等框架将这些底层细节全部抽象出来。
Zk开发栈不如AI栈发达。然而，有一些努力来构建这些抽象。底层有低级别的ZKP库，比如PLONK和STARK。在这一层之上，Noir等高级语言试图抽象底层zk加密，并帮助应用程序开发人员专注于应用程序逻辑。Circom是另一种流行的ZKP语言，它位于这两层之间，因为它可以用来创建复杂的ZKP后端和开发基于ZKP的应用程序。
Web 3中ZKP抽象的另一个例子是StarkWare的Cairo语言，它允许开发者在底层实现Starkware证明的通用智能合约。为了提供进一步的抽象，Nethermind的Warp工具允许Solidity开发人员直接将他们的Solidity代码转换到Cairo。通过Warp，Uniswap V3代码可以转换为Cairo，只需对原始Solidity代码进行最小的更改。
ZKP创业机会基于对ZKP可能的进步路径的讨论，我们确定了一些与ZKP有关的创业想法，我们希望与创始人一起探讨这些想法。创业想法分为两组：工具和应用
ZKP工具的高级开发框架类似于AI中的Tensorflow和PyTorch，在应用层面解锁创新必不可少。这些框架需要
底层ZKP后端的复杂性支持各种ZKP后端和硬件环境，如CPU和GPU。允许高效的调试和测试，通过示例和教程提供丰富的开发环境。以太坊生态系统中最接近的例子是Hardhat和Foundry，但它们不太可能很快支持zkEVM或ZKP。相反，现有的抽象作品，如开罗，最终可能会发展到填补这个空间。
2.zk汇总SDK
Zk rollups正变得越来越受欢迎，可以为游戏或高吞吐量DeFi协议启用应用特定的L2。在这种情况下，zk rollup主要执行和结算，而共识和数据可用性将由L1处理。然而，启动特定于应用程序的zk汇总仍然非常复杂。我们相信，提供开发者友好的SDK来启动自定义zk rollups的创业公司将解决真正的业务需求，并可以通过提供开发工具箱、开发者服务、排序器服务和支持基础设施来成为有价值的业务。
3.ZKP硬件加速器
以特定用例为目标，建立早期市场领先地位的专业硬件公司，最终会成为极具价值的公司。当英伟达通过专注于AI硬件成为北美最有价值的半导体公司时，AI就是这种情况。当比特大陆、迦南、Whatsminer通过专注ASIC矿商成为独角兽的时候，比特币挖矿也是如此。设计和制造高效ZKP硬件加速器的公司将遵循同样的轨迹。
ZkP Web 3应用程序ZK桥和互操作性ZkP可以用来为跨链消息传递协议创建有效性证明，跨链消息可以在目标链上快速验证。这类似于在底层L1上验证zk聚合的方式。然而，对于跨链消息传递，复杂性更高，因为源链和目标链之间要验证的签名方案和加密函数可能不同。
2.zk链式游戏引擎
《黑暗森林》证明了ZKP可以在不完全信息下实现网络游戏。这对于设计更具互动性的游戏至关重要，在这种游戏中，玩家的行为是保密的，直到他们决定公开。随着网络游戏的成熟，我们预计ZKP将成为游戏执行引擎的一部分。对于成功将隐私功能集成到高通量链游戏引擎中的创业公司来说，机会是巨大的。
3.身份解决方案
ZKP可以在身份空间中实现多重机会。它们可以用于信誉或连接Web 2和Web 3身份。目前我们的Web 2和Web 3身份是分开的。Clique和其他项目通过使用Oracle机器连接这些身份。通过启用Web 2和Web 3身份的匿名链接，ZKP可以进一步采用这种方法。这可以为那些可以使用Web 2或Web 3数据来证明他们在特定领域的专业知识的人提供匿名DAO成员身份等用例。另一个用例是基于借款人Web 2社交状态(比如Twitter关注者数量)的无担保Web 3贷款。
4.ZKP合规
3 Web使匿名在线帐户能够积极参与金融系统。从这个意义上说，Web 3实现了极大的财务自由和包容性。随着Web 3法规的增加，ZKP可用于合规，无需销毁假名。ZKP可用于证明用户不是受制裁国家的公民或居民。ZKP也可用于证明认可的投资者身份或任何其他KYC/反洗钱要求。
5.原生Web 3私募股权融资
金融机构债务融资通常用于支持成长型初创公司加速增长或启动新的业务线，而无需筹集额外的风险资本。WebDAO和匿名公司的兴起为Web 3原生债务融资创造了机会。例如，使用ZKP、道或匿名公司可以根据其增长指标证明以有竞争力的利率获得无担保贷款，而无需向贷款人披露借款人的信息。
6.私人定义
金融机构通常对其交易历史和风险敞口保密。由于链分析的不断进步，在使用on-chain(即DeFi协议)时满足这一点是具有挑战性的。一个可能的解决方案是开发以隐私为中心的DeFi产品来保护协议参与者的隐私。尝试实现的一个协议是半影的zkSwap。另外，Aztec的zk.money通过迷惑用户参与透明的DeFi协议，为私有的DeFi提供了一些赚钱的机会。一般来说，高效且注重隐私的DeFi产品协议的成功实施可以保证机构参与者的可观数量和收入。
7.Web3广告公司的ZKP
3 Web促进了用户对其数据的所有权，如浏览历史、私人钱包活动等。为了用户的利益，3 Web也使这些数据货币化。由于数据货币化可能与隐私相矛盾，ZKP可以在控制个人数据的哪些方面可以透露给广告商和数据聚合器方面发挥重要作用。
8.私有数据的共享和货币化
如果与正确的实体共享，我们的许多私人数据将产生重大影响。个人健康数据可以众包，帮助研究人员开发新药。私人财务记录可以与监管者和监督机构共享，以识别和惩罚腐败。ZKP可以实现这些数据的私人共享和货币化。
9.分散的情报组织
ZKP可以产生分散的情报组织。在这些系统中，情报人员、数据侦探和间谍可以成为网络的一部分，而无需互动或相互理解。参与者可以使用ZKP来证明他们对一些情报数据的了解，然后接受私人支付来交换这些数据。这种系统还可以促进协作和可组合的方式来丰富或解释所收集的数据，同时维护参与者的隐私。
10.私人治理
随着道和链式治理的普及，Web 3正在向直接参与式民主靠拢。当前治理模式的主要缺陷之一是参与的非隐私性。ZKP可以成为解决这个问题的基础。治理参与者可以投票，而不用透露他们如何投票。此外，ZKP可以限制“道”成员对治理提案的了解，从而使“道”建立竞争优势。
结论ZKP技术是Web 3中最具创新性的技术之一。它为突破性协议和公司提供了许多机会。在Alliance，我们希望成为这一运动的核心部分，我们正在为创始人寻求支持和资金，以向这一方向发展。
