为什么 zk-SNARK 需要可信设置(trusted setup),这会带来什么问题?
好的,老哥,这个问题问得很好,我尽量用大白话给你解释清楚。这东西听起来很玄乎,但核心逻辑还挺好理解的。
问题:为什么 zk-SNARK 需要可信设置(trusted setup),这会带来什么问题?
你可以把整个 zk-SNARK 系统想象成一个特别精密的“魔法盒子”。
- 证明者 (Prover):想向你证明他知道某个秘密(比如一个藏宝图的路线),但他又不想把路线直接告诉你。于是,他把秘密放进这个魔法盒子里操作一番,盒子“叮”一声吐出来一张小纸条(这就是“证明”)。
- 验证者 (Verifier):你拿到这张小纸条,用一个公开的方法一验,就能百分之百确定他真的知道那个秘密路线,但你自始至终都不知道路线具体是什么。
这个过程是不是很神奇?既保护了隐私,又完成了验证。
一、为什么需要“可信设置”?—— 为了打造那个“魔法盒子”
现在关键问题来了:这个“魔法盒子”不是凭空出现的,它需要有人先把它造出来。这个“制造盒子的过程”,就是“可信设置”(Trusted Setup)。
在制造这个盒子的时候,为了让它能实现“证明过程快、证明文件小”这种神奇的效果(这也是 zk-SNARK 中 "SNARK" 的核心优势),制造者必须使用一些随机的、秘密的数字。
你可以把这些秘密数字想象成制造盒子的“一次性模具”。
- 生成模具:制造者先生成这个独一无二的秘密模具。
- 制造盒子:用这个模具把“魔法盒子”(也就是系统的公共参数)给造出来。
- 销毁模具:盒子造好后,理论上,这个“秘密模具”就必须被彻底销毁,永远不能再用。
这个秘密模具,在圈内有个很形象的名字,叫**“有毒废料”(Toxic Waste)**。因为一旦它没有被销毁,后果会非常严重。
所以,“可信设置”的本质就是:一群人或一个人,生成一个秘密(有毒废料),用它来创建整个系统的运行规则,然后“可信地”承诺他们已经把这个秘密销毁了。
二、这会带来什么问题?—— “信任”本身就是个大问题
问题就出在这个“可信”上。
核心问题:如果那个制造盒子的工匠,偷偷藏了一份“秘密模具”的副本,会怎么样?
答案是:他将拥有伪造“证明”的超能力。
回到我们最初的例子: 他根本不知道藏宝图的路线,但他可以用他私藏的模具,凭空制造出一张看起来完全合法的小纸条(假证明)。当你去验证时,你的公开方法会告诉你“这张纸条是真的”,于是你相信了他。
这在区块链世界里是灾难性的。
举个最直接的例子:像 Zcash 这样的隐私币,它使用 zk-SNARK 来隐藏交易金额和地址。
- 正常情况:我转给你 10 个币,我需要向全网证明我确实有这 10 个币,但我又不希望别人知道具体数额。
- 如果有人掌握了“有毒废料”:他可以不花一分钱,凭空伪造一个“我给自己转了 100 万个币”的证明。整个系统都会承认这笔交易是合法的。他相当于拥有了一个无限印钞机,而且由于交易是匿名的,可能很长时间都不会被发现。
总结一下问题点:
- 中心化的信任风险:整个系统的安全性,都压在了“设置仪式”的参与者身上。你必须相信他们是诚实的,并且技术上完美地销毁了秘密。这与区块链“去信任化”(Trustless)的精神是有些背道而驰的。
- 单点故障:哪怕有100个人参与了设置仪式,只要其中有1个人不诚实,保留了那份“有毒废料”,整个系统的安全性就被颠覆了。
- 无法验证:你无法用技术手段去检查“有毒废料”是否真的被销毁了。你只能选择“相信”。
三、大家是怎么解决这个问题的?
为了减轻这个“信任”的负担,社区想出了一个绝妙的办法:多方计算仪式(Multi-Party Computation Ceremony, MPC)。
这个过程你可以理解为:
不再是找一个工匠来造盒子,而是找来成千上万个互不相识的志愿者,大家一起来造。
每个人都为那个“秘密模具”贡献一小块自己的秘密,然后把自己那块秘密销毁掉。
最终的“完整模具”是所有人秘密的集合体。只要这成千上万的参与者中,哪怕只有一个人是诚实的,并且成功销毁了自己的那部分秘密,那么最终的“完整模具”就是安全的,任何人都无法复原它。
这就把信任从“相信一小撮人都是好人”变成了“相信一大群人里至少有一个好人”。后者的可信度显然高了无数倍。像 Zcash、Filecoin 等项目都举行过规模宏大的设置仪式。
当然,最根本的解决方案是开发出不需要可信设置的零知识证明技术,比如 zk-STARK。它的代价是证明文件会比 zk-SNARK 大很多,但在安全性上,它从根源上避免了“有毒废料”的问题,更加符合区块链的去中心化精神。
希望这个解释能让你明白!