導讀：這周我們先通過兩篇科普文章了解零知識證明的概念，再來了解由“計算機安全教母”宋曉冬教授等人提出的新型零知識證明方案Virgo（處女座）。

而在硬核技術文章周選部分，我們還會看到比特幣技術年度總結、Eth2.0中繼者網絡與手續費機制、區塊鏈分層模型新思路的內容。

另外，由V神提出的新方案，可能會加快ETH 2.0的整體落地進度。

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以下是上周內容的精選回顧，enjoy ~

一、理解零知識證明，新型零知識證明方案Virgo（處女座）又長什么樣？

關于區塊鏈的隱私問題，我們經常會提到零知識證明（ZKP）方案，它們可允許證明者說服驗證者一個語句是真的，而不會泄露任何超出聲明有效性的額外信息。

近年來，零知識證明協議在計算委托、匿名證書、隱私保護加密貨幣和智能合約方面已經取得了巨大的進展。而在進入這周的學術論文分享之前，我們需要先來了解一下零知識證明的概念，因此先推薦兩篇科普好文：

1 零知識證明學習筆記：背景與起源

文章由斯坦福大學密碼學學者東澤提供，其先從比特幣的保密性不足問題入手，然后談到CoinJoin、保密交易（CT）這兩個比特幣隱私提升方案所存在的弊端，接著他講到ZCash所使用的零知識證明方案zk-SNARKs及其潛在的應用。

文章鏈接：https://www.8btc.com/media/537030

2 郭宇：3分鐘搞懂零知識證明，為何它是一把雙刃劍？

由安比實驗室創始人、數字資產研究院學術與技術委員郭宇分享的《零知識證明，區塊鏈技術缺失的一環》演講內容（經巴比特記者整理），談到了零知識證明概念的由來，以及用地圖三染色問題來解釋零知識證明的基本概念，此外，2018年3月1日，ZCash團隊成員在論文 ［BCTV14］ 附錄B中的一個致命錯誤，可被用于無限造幣，這也提醒了人們零知識證明協議離不開形式化驗證。

文章鏈接：https://www.8btc.com/article/537797

盡管研究進展是顯著的，但很多零知識證明（ZKP）方案仍存在著一些局限性，例如上面提到的zk-SNARKs，它就需要一個可信的設置階段來生成結構化引用字符串（SRS），而如果該陷門被泄露，那么系統的安全性將被破壞。

為了解決這一問題，最近有很多零知識證明（ZKP）方案的設計都移除了對可信設置的需求。

而來自加州大學伯克利分校及德克薩斯A&M大學的四位研究者（包括Yupeng Zhang 、Jiaheng Zhang、Tiancheng Xie 和 Dawn Song （宋曉冬））則將這類ZKP方案稱為透明零知識證明（ZKP）協議，他們還根據Goldwasser等人提出的雙有效交互式證明GKR方案，提出了一個具有簡潔證明大小和驗證時間的高效透明ZKP系統。

原論文鏈接：https://eprint.iacr.org/2019/1482.pdf

而這一研究論文，已被安全與隱私頂級會議IEEE S&P 2020接受。

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看上去是不是感覺“灰常膩害呢”！不妨來具體看看這個協議到底長啥樣吧！

根據論文介紹，該研究的貢獻大致可被分為3點：

1. 透明零知識可驗證多項式委托（Transparent zero knowledge verifiable polynomial delegation）：研究者們提出了一種新的無需可信設置的零知識可驗證多項式委托（zkVPD）方案。與現有基于配對的密鑰分配方案相比，這種新方案不需要陷門和線性大小公鑰，其消除了模冪運算和雙線性配對等繁重的密碼運算；

2. 透明的零知識論證（Transparent zero knowledge argument）：研究者們將新的zkVPD協議與GKR協議有效地結合起來，從而得到了一個透明的ZKP方案，這一方案只使用了輕量級的密碼學原語（例如抗碰撞的散列函數，因此可能是抗量子計算的）；

3. 在新方案的基礎上，研究者們實現了一個名為Virgo（處女座）的ZKP系統，它是研究者們上一個ZKP方案Libra（不要誤會，并不是Facebook的Libra哦）的升級版本，而他們還計劃開源這一系統；

Virgo（處女座）與其它零知識證明方案的對比

上面，我們簡單介紹了這項研究的主要貢獻，為了節省時間，我們直接跳過非常復雜的技術描寫而看結論，這一研究中主要的技術貢獻是一個新的具有O（N log N）證明者時間、33證明大小和驗證時間的透明zkVPD方案（其中的N代表多項式的大小）。

另外，研究者實施的零知識證明系統Virgo（處女座）是用C++實現的，其中透明zkVPD協議大約有700行代碼，而GKR部分則有2000行代碼。

在單臺服務器條件下進行實驗后，研究者們將其與其它6種ZKP方案（包括Libra、Ligero、Bulletproofs、Hyrax、Stark以及Aurora）進行了比較，結果如下圖顯示：

其中，在前兩個基準上，Virgo（處女座）相比Libra要優化了7-10倍，而在第三個基準上則要快3-5倍，而這種優化便是來自于研究者們新提出的高效zkVPD。

而與其它透明ZKP系統相比，從實際證明者時間來看，Virgo是這些系統中表現最好的，它要比其它系統至少快一個數量級，而在驗證時間的對比上，Virgo的表現也是非常出眾的。

例如，驗證一個256個子葉的Merkle樹，2^26個門的電路構造，Virgo只需要花費50 毫秒的時間，它的驗證時間與ZK-Stark是可競爭的。

而在證明大小方面，它要比Bulletproofs（防彈證明）更大一些，類似于Hyrax、Stark以及Aurora。

zkVPD和新ZKP方案的應用場景

最后，在這篇論文中，研究者們提出了新方案適用的三個應用場景，分別如下：

1. 可驗證秘密共享；

2. 提升區塊鏈項目的隱私性；

3. 大規模零知識證明：除了區塊鏈之外，也有很多其它應用需要證明大型聲明的ZKP，例如美國國防高級研究計劃局（DARPA）最近打算使用ZKP來證明復雜程序的行為，而不泄露敏感信息，而這樣的應用需要將ZKP方案擴展到具有數十億門的電路。

灑脫喜簡評：2019年，零知識證明研究領域迎來了多個新的方案，而“無需可信設置”、“較小驗證大小”、“較短證明者（p）時間和驗證（v）時間”，已經成為了優秀ZKP方案的“標配”，盡管Virgo（處女座）方案是在單服務器條件下進行的測試，但其呈現出來的結果是令人感到驚喜的，至于該方案的具體實現及潛在的問題，就等研究者們去細心探索了（尤其是它在多服務器條件下的表現，這是論文中沒有提到的）。

二、硬核技術文章一周精選

2、1 比特幣技術年度最全總結

由Bitcoin Optech總結的2019年比特幣技術進展文章，其回顧了比特幣技術項目代碼庫近9000次commit（近2000次合并）、1500多個郵件列表帖子、數千行IRC日志以及其它很多公共來源。

以下是每個月中最顯著的技術進展：

1月：BIP127儲備證明；

2月：（1）兼容硬件錢包接口的Bitcoin Core，（2）Miniscript；

3月：（1）共識清理軟分叉提議，（2）Signet，（3）Lightning Loop；

4月：（1）AssumeUTXO，（2）Trampoline支付；

5月：（1）Taproot，（2）SIGHASH_ANYPREVOUT，（3）OP_CHECKTEMPLATEVERIFY；

6月：（1）Erlay和其它P2P中繼改善，（2）閃電網絡暸望塔（Watchtower）；

7月：Guix

8月：無契約金庫

9月：（1）SNICKER，（2）發現閃電網絡漏洞；

10月：LN錨輸出；

11月：（1）Bech32，（2）移除Bitcoin Core中的OpenSSL，（3）移除Bitcoin Core中的BIP70；

12月：閃電網絡多路徑支付

完整原文鏈接：https://bitcoinops.org/en/newsletters/2019/12/28/

灑脫喜簡評：可能是目前市場上介紹2019年比特幣技術進展最全的一篇文章，比特幣迎來了一系列增量改進解決方案，而其中有很多內容是被大家忽略了，有興趣的可以了解下。

2、2 干貨 | Eth2.0 的中繼者網絡與手續費機制

來自以太坊 2.0 研究者John Adler的技術總結文章（由IAN LIU & 阿劍翻譯），其重點關注了以太坊2.0 的中繼網絡及手續費機制。其中，每種提案都有其不同的權衡取舍，而且被不同的平臺所采用，因此做一次合理且全面的匯總，能讓新入門的研究者更快上手。

文章鏈接：https://www.8btc.com/media/539143

2、3 Vitalik ：基礎層和功能逃逸速度，論并行開發layer 1和layer 2的必要性

以太坊聯合創始人Vitalik Buterin在其最新發布的博文《基礎層和功能逃逸速度》中提到，“保持 layer 1簡單，使用layer 2來彌補不足” 并不是解決區塊鏈可擴展性和功能性問題的普遍答案，因為這種思路沒有考慮到layer 1區塊鏈本身必須要具有足夠的可擴展性和功能性，否則所謂的layer 2協議只是可信的中介。在這篇文章中，Vitalik提出了“功能逃逸速度”的概念，他還表示，短期內我們需要并行開發layer 1與 layer 2 ，而長期則要更關注layer 2的開發。

文章鏈接：https://www.8btc.com/article/539384

灑脫喜簡評：V神解釋了layer 1在具備三種條件下（1、包括一種可驗證任意內容的編程語言，2、豐富的有狀態性，3、充分的數據可擴展性和低延遲），即可使得layer 2在無需可信中介的情況下進行部署，因此他建議短期內我們仍要并行開發layer 1和layer 2。

一般認為，用戶對layer 2的去中心化屬性并沒有太大的要求，但如果能夠在實現高性能的情況下再去實現去中心化，感覺是不是很美呢？咦，似乎又會導致一些安全問題哦，原文https://vitalik.ca/general/2019/12/26/mvb.html下有相關的評論。

三、主流區塊鏈項目技術進展

3、1 Vitalik Buterin發布重磅新提案，讓ETH 1.0鏈作為分片0，更快遷移到ETH 2.0

上周，以太坊聯合創始人Vitalik Buterin提出了一種將ETH 1.0數據遷移到ETH 2.0的更快方法，這種方案需要用到無狀態客戶端，但不需要無狀態的礦工和Web程序集，因此需要更少的重構工作，而ETH 1.0將作為ETH 2.0 的分片0而存在。
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