通過遞歸零知識證明打通數據交互：Mina 生態應用場景豐富

2021年9月2日，以太坊創始人 Vitalik 在推特上回復網友問題時表示：

我預計 ZK-SNARK 將在未來 10 到 20 年內滲透到主流世界，成為一場重大革命。 

zk-SNARKs技術允許大量信息被壓縮成所謂的簡潔證明，因此能夠在提升網絡TPS、降低運算Gas方面發揮重要作用。區塊鏈發展十餘年中，我們共同見證了DeFi崛起、NFT熱潮以及元宇宙的風靡，這些嘗試不僅豐富了區塊鏈玩法，更拓寬了區塊鏈生態的邊界。 

未來，隨著應用場景的進一步豐富，區塊鏈與現實世界的進一步融合也是大勢所趨。如何突破性能瓶頸，實現更加安全、隱私、高效的鏈上鍊下數據交互，是目前區塊鏈破圈發展亟需解決的問題，也是以 Mina Protocol 為代表的 zk-SNARKs 公鏈發展的機遇所在。 

遞歸零知識證明：打造更簡潔安全的區塊鏈

大數據殺熟；販賣用戶數據；數據不透明導致用戶欺詐事件…中心化弊端日益凸顯，人們希望藉助區塊鏈能去中心化、不可篡改的「去信任」架構，消除信任中介，完成各種交易和協作：所有信息上鍊，所有人都是見證人。

但令人氣餒的是，信息上鍊有悖於隱私保護，而且去中心化導致了繁冗的重複計算，隨著交易規模的增加，每個區塊鏈參與者所需要記錄的數據隨之增加，區塊鏈變得越來越重，新加入者不僅要花費較長的時間同步數據時間，而且需要配置昂貴的硬件設施和消耗大量電力，這無形中提高了成為節點的門檻，導致目前的區塊鏈發展仍存在依賴第三方驗證交易的現象，這也對區塊鏈網絡安全帶來危害。

zk-SNARKs是解決這一問題的可行技術。

在理解zk-SNARKs之前，我們可以先了解零知識證明。

複雜的數學邏輯暫且按下不表，從字面意思上理解，零知識證明就是：證明者能夠在不向驗證者提供任何有用的信息的情況下，使驗證者相信某個論斷是正確的。我們可以以找熊貓為例說明：

一群人在這張圖中找一隻熊貓，小A率先發現了熊貓位置，但是他不能立馬公開指出來，因為這樣就破壞了其他人的遊戲體驗。

有沒有什麼辦法，即能夠證明小A知道熊貓在哪兒，又不會讓其他任何人知道答案呢？ 

於是小A想到了一個辦法：

他找來一張超級大的白紙，並把這張紙隨意的覆蓋在有熊貓的圖片上。然後，小A在白紙上剪一個小洞，只讓熊貓露出來。

這樣，熊貓位置作為關鍵信息，是被保護起來的，但小A還是能夠在不讓其他人知道熊貓在哪兒的前提下，證明自己找到了熊貓，這就是零知識證明。

 

zk-SNARKs全稱為Zero Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge，即非交互式零知識證明，是基於零知識證明的進一步創新。zk-SNARKs提供「不可偽造的證明」，能證明計算正確執行，而無需提供整個計算過程。相比較於零知識證明，zk-SNARK不僅不會洩露信息，而且不需要交互，即使是複雜的邏輯也能夠輕鬆驗證，並且通過證明壓縮成很小的體積。

因此，很多引入zk-SNARKs技術的公鏈，選擇為每個區塊創建一個SNARK的證明，每個SNARK的大小約1 kb，且無需顯示所有交易即可證明區塊交易歷史的準確性，這大大壓縮了區塊大小。 

雖然引入zk-SNARKs的區塊已經很小了，但隨著區塊的堆積，SNARK越來越多，區塊數據仍然會線性增長，區塊鏈還可以更簡潔。 

因此，輕量級區塊鏈協議Mina protocol創新性提出遞歸零知識證明概念： 

快照整個區塊鏈狀態，並生成一個 SNARK 證明，當網絡中的下一個區塊被創建時，它會以區塊鏈先前狀態的快照為基礎再快照一次，再生成一個 SNARK 證明，這個 SNARK 證明並嵌套到下一區塊之中，然後不斷進行迭代和嵌套，實現區塊大小的恆定。

舉個引用較多的例子：

如果你要證明你一年中每天都到過一個廣場（廣場上有日期時鐘），最簡單的辦法就是每天自拍打卡，365 張照片就是最終證據。 

另一種辦法就是從第二天起，每天自拍打卡時，手上拿著前一天的照片，最終一年就只需要一張照片即可，這就是 Mina 採用的遞歸證明。

 

如此一來，Mina節點無需同步整個歷史記錄，雖然這些節點不是完整節點，但由於SNARK 證明了交易的準確性，因此它們擁有與完整節點相同的安全性。

通過遞歸零知識證明，Mina區塊鏈就變得非常「輕」，Mina 中的全節點可以僅為 10kb，這讓Mina無論在效率還是安全方面都能夠從一眾公鏈中脫穎而出： 

因為「輕」，所以網絡運行效率高，進一步規避目前困擾以太坊許久的網絡擁堵問題；

因為「輕」，所以不需要太高的硬件條件去同步歷史數據，成為Mina網絡節點的門檻就變得非常低，即使是運算能力相對較弱的移動端，類似手機、平板電腦等，也可以去同步驗證 Mina 網絡。

因為「輕」，所以全網節點增多，不僅提高了驗證速度，而且提高了網絡整體的安全性：如果有人提交了錯誤的 SNARK 證明，任何人的設備比如手機就可以立即驗證並發現。 

Snapp：由 SNARK 驅動的去中心化應用程序 

每一條公鏈都希望發展自己的生態，Mina 也不例外。 

Mina 希望搭建一個圍繞零知識證明的生態系統，這個系統由Snapp組成，而Snapp則是由 SNARK 驅動的去中心化應用程序。 

在其他區塊鏈應用中，所有的事務、交易和數據都要被公開上鍊，但實際上我們想要的是驗證這些數據的準確性，並不需要數據本身，因此很多計算其實並沒有太多意義。 

Snapp的最大特點在於：可以在保護用戶隱私的情況下使用離線數據。在Snapp，用戶不需要將自己的隱私數據上鍊，而是提交數據證明。Mina也不需要實際地運行整個計算，而是驗證數據是否符合一定要求。

因此，基於Mina零知識證明構建的Snapp具有以下優勢： 

1）隱私保護功能；

2）以安全的方式驗證大量數據的能力；

3）簡潔帶來的低成本和高度可拓展性。 

以DeFi為例： 

目前大部分借貸類DeFi都是超額抵押，這降低了資金利用效率。而通過Mina構建一個安全、隱私的信譽評估體系，就有可能揭開低抵押貸款的新市場。

在借貸之前，用戶登錄一個信用分查詢服務的網站，並且去查詢自己的信用分，同時在自己的本地去生成信用分的證明，並且把這個證明發送上鍊。

用戶的資產情況、社保賬號等數據並沒有上鍊，這一方面避免了繁冗的計算，另一方面也保護了隱私信息。有了這個證明，借貸項目便可根據這個證明判斷是否要發放貸款以及貸款額度等。 

基於這些特性，Mina Snapp擁有廣泛應用場景。 

成為可信橋樑：圍繞零知識證明構建生態系統

區塊鏈的本質是一個去中心化賬本，鏈與鏈、鏈與互聯網應用之間的交互體驗並不順暢，極易形成信息孤島，這直接限制了區塊鏈的應用範圍，因此「橋」的發展受到重視。 

在區塊鏈的世界中，Mina能夠很好的扮演「跨鏈橋」的角色。

假設如果你是以太坊開發者，現在想橋接到另一條鏈上，你會面臨各種問題：首先你需要知道另一條鏈上的實際共識狀態是什麼，但這需要下載大量的數據、進行大量的計算，從成本和效率上來說都是考驗。但是Mina非常小，幾乎任何鏈都可以在其自己的智能合約內驗證Mina所有數據。 

對於用戶而言，這樣的接入也是安全且無感的：如果你是以太坊用戶，現在想訪問某一熱門Snapp ，通過Mina 可信任橋生成證明，你就可以在不遷移任何數據的前提下使用 Snapp。 

這讓Mina能夠輕鬆接入任何一條鏈的生態，為Mina生態導入多鏈的應用場景、用戶流量。

作為利用遞歸零知識證明打造簡潔區塊鏈的公鏈項目，Mina也非常適合成為其他公鏈的擴容方案，從而實現與其他公鏈的生態聯動。事實上，Mina 已與公鏈生態的龍頭以太坊進行合作，雙方的基金會將出資，尋求第三方團隊給出一個能高效驗證 Pickles SNARK 的 EVM 改進方案，兼顧兩條鏈優勢的同時，實現Mina與ETH之間的互操作性。

另一方面，Mina更有能力成為區塊鏈連接真實世界的網關，這個網關開放又隱秘。

開放之處在於，只要網站支持HTTPS協議，互聯網數據就能無縫輸入Mina，且這個數據是可驗證的。 

隱秘之處在於，用戶數據本身並沒有被暴露，僅僅是驗證和分享關於這個數據所生成的證明。 

比如，某公司要選舉年度最佳員工，只有在公司幹了超過1年員工才能參與投票。 

在投票系統中，員工可以通過展示入職郵件來證明自己擁有投票權，並在完成投票後生成證明，將證明上鍊，使用這個證明來更新Mina鏈上的投票應用程序狀態。 

整個過程中，投票者並不會暴露自己是誰、把票投給了誰。投票期結束，任何人都可以驗證投票結果。 

除了匿名投票之外，Mina網關也適合應用於：

1）身份登錄驗證；

2）賬戶餘額驗證；

3）信譽評估驗證；

4）大學成績驗證；

5）工作成就驗證；

6）健康信息驗證…

在每個需要數據驗證的應用場景，Mina構建的「不需要可信設置的可組合的智能合約」都可以提供安全、高效且完全不依賴於第三方的證明，這體現了Mina在可拓展性方面的巨大潛力。

技術SDK：正在路上

當然，關於Snapp的種種設想是否能夠照進現實，除了Mina自身的技術先進性之外，開發低門檻也是重要考量因素之一。

零知識證明的理解和應用都需要紮實的數學基礎和開發經驗，為了降低開發門檻，早在2017年， Mina 兩位聯合創始人Evan和Izaak就構建了一種用於構建零知識證明的計算機編程語言Snarky，並讓 Snarky 在 Javascript 內部作為 DSL (或領域特定語言) 工作，開發者無需學習全新的編程語言，這大大降低零知識證明開發門檻。 

另外，為了讓遞歸零知識證明服務於更大規模的用戶群體，Mina SDK開發工具包正在緊鑼密鼓的開發當中。SDK可以將 SNARK 證明生成器和哈希生成器以及 Mina 界面嵌入到他們的應用程序中。推出之後，開發者僅需調用幾個API接口即可實現Mina核心功能的集成。 

根據官方團隊透露，Mina SDK開發工具包預計在2021年第四季度推出，幫助開發者在Mina 部署 Snapps的同時，圍繞應用部署、技術SDK使用的多類別扶持政策與激勵措施也將一併推出。屆時，Mina生態是否會迎來階段性爆發，值得讓開發者乃至整個社區期待。