隐语可信数据空间MOOC第36讲笔记：零知识证明在区块链中的应用探索

[叶开233]

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📘 零知识证明在区块链中的应用探索｜学习笔记

一、初探零知识证明

1.1 ZKP 定义

• 目标：实现“数据可用不可见”
• 定义：证明者在不泄露任何私有信息的前提下，向验证者证明其拥有有效数据。
• 三性要求：
  • 正确性：若数据有效，证明可通过验证
  • 可靠性：若数据无效，证明无法通过
  • 零知识性：验证者无法从证明中获取任何私有信息

1.2 示例：阿里巴巴洞穴问题

• 场景：A 要向 B 证明自己拥有开门钥匙，但不泄露钥匙信息。
• 方法：A 从入口进入并从出口走出，B 未见到钥匙但确信 A 拥有钥匙。

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二、ZKP 的构造与赋能方式

2.1 ZKP 构造流程

graph LR
A[电路/程序] --> B[多项式IOP]
B --> C[多项式承诺]
C --> D[Fiat-Shamir变换]
D --> E[非交互式证明]

zk-SNARK 优势：

• ✅ 验证速度快
• ✅ 证明体积小
• ❌ 证明生成耗时长（电路编译、多项式运算）

2.2 Commit-and-Prove 模式

• 承诺阶段：将消息 m 用随机数 r 哈希后公开承诺值 C = H(m||r)
• 证明阶段：基于承诺值生成证明，验证时再打开承诺
• 特点：承诺后无法篡改，支持后续零知识验证

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三、ZKP 在区块链中的应用

3.1 分布式身份认证

三大角色：

角色	职责
证明者（用户）	持有凭证，向验证者证明身份
颁发者	签发数字凭证
验证者	验证凭证有效性，提供服务

流程：

1. 凭证签发：用户通过ZKP向颁发者申请凭证
2. 凭证管理：凭证状态存储在链上，支持撤销/更新
3. 凭证使用：用户向验证者出示ZKP证明，不泄露具体信息

应用场景：

• 政务身份认证
• 金融KYC
• 智能体身份管理
• 公民电子身份标识

3.2 零知识证明虚拟机

ZKVM 组成：

模块	说明
指令集	MIPS/RISC-V，或ZK友好ISA
执行器	生成执行Trace，构造电路约束
证明者	基于PIOP/PCS生成证明

工作流程：

高级语言 → 电路编译 → ZKVM执行 → 生成Trace → 构造证明 → 链上验证

优势：

• 支持复杂业务逻辑的ZKP化
• 实现“链下计算、链上验证”

3.3 其他ZKP应用场景

反诈风险评估：

• 银行：提供加密用户数据
• 运营商：提供风险模型
• ZKP作用：银行在不泄露数据的情况下输出风险名单

医疗保险定价：

• 医院：提供加密医疗数据
• 保险机构：提供定价模型
• ZKP作用：医院输出定价结果，不泄露原始数据

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四、ZKP 技术价值总结

维度	贡献
隐私保护	实现数据“可用不可见”
链上验证	支持复杂计算外包验证
身份管理	实现分布式、可追溯的身份认证
跨域协作	促进机构间数据安全合作