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概述

Web3的普及面临许多挑战,其中一个重要问题是如何帮助传统Web2开发者在不深入了解加密技术的情况下顺利过渡到区块链应用开发。zkWASM(基于零知识证明的WebAssembly虚拟机)为这一问题提供了有效的解决方案。

zkWASM将零知识证明(ZK)与WebAssembly(WASM)相结合,旨在帮助Web2应用无缝迁移到Web3。

通过链下处理计算,链上仅保存计算证明,zkWASM使得开发者可以使用熟悉的编程语言(如Rust、C++、Go)构建去中心化应用,而无需深入掌握零知识证明技术,从而大大降低了开发门槛,解决了技术转型的痛点。


来源:https://delphinuslab.com/tutorial/

核心概念

zkWASM 主要由以下两个核心技术组成:

WebAssembly (WASM):是一种高效的字节码格式,支持 C、Rust 等语言在浏览器或区块链虚拟机中运行。由谷歌、Mozilla、微软和苹果共同开发,WASM 提供出色的性能和可移植性,广泛应用于高性能 Web 开发。


来源:@bhavani.indukuri2/webassembly-wasm-revolutionising-web-development-with-high-performance-and-portability-e4aef76391bb"">https://medium.com/@bhavani.indukuri2/webassembly-wasm-revolutionising-web-development-with-high-performance-and-portability-e4aef76391bb

零知识证明 (ZK): ZK 允许证明者在不泄露计算细节的情况下,向验证者证明某个计算的正确性。

zkWASM 结合了两者的优势,使得 WASM 代码的执行结果可以通过零知识证明进行验证,从而提高区块链的隐私性和可扩展性。

工作原理

zkWASM的核心在于将WASM指令集与零知识证明(ZK)结合,从而实现高效且可验证的计算。其工作流程主要包括以下几个步骤:

  1. WASM代码执行:WASM执行智能合约或计算任务,并产生计算结果。
  2. ZK证明生成:利用零知识证明技术,对WASM计算过程生成可验证的证明。
  3. 验证计算正确性:验证者(如区块链网络中的节点)仅需检查ZK证明,而无需重新执行计算,确保计算结果的正确性与可信度。

zkWASM作为一个可移植的虚拟机,允许开发者使用熟悉的编程语言编写隐私保护应用,并将其编译为WASM格式。用户可像使用普通应用一样在浏览器中运行这些应用,无需额外硬件或软件支持。

关键项目

Delphinus Lab

简介:
Delphinus Lab是zkWasm生态中的核心贡献者之一,专注于提供基于zkWasm的信任计算解决方案和开发者工具包(SDK)。其目标是通过zkWasm为Web2开发者提供简洁的工具,将Web3的去中心化特性融入传统应用。

主要工作:
开发zkWasm虚拟机,支持在链下执行复杂的Wasm应用程序,并通过零知识证明验证结果。
提供多种语言支持(如C、C++、Rust、AssemblyScript)以编译到Wasm字节码。
推出了zkWasm Hub,一个托管云服务,用于查找和共享zkWasm应用镜像,支持自动化证明和批处理服务。

应用:
适用于隐私保护计算、去中心化应用(DApp)开发,以及构建定制化的Rollup协议。


来源:https://delphinuslab.com/?ref=blog.icme.io

ZKCROSS

简介:
ZKCROSS是一个多链zkRollup执行层,利用zkWasm技术实现跨链互操作性和通用执行层。

主要工作:
解耦执行层和结算层,通过zkWasm提供一个可信任的多链执行环境。
支持多链原生产品的快速开发和部署,采用端到端ZKP协议确保安全性。

应用:
跨链资产转移、链上游戏的跨链互动、跨链DeFi协议。


来源:https://www.zkcross.org/

Polygon与NEAR的zkWasm合作

简介:
Polygon Labs和NEAR Foundation合作开发zkWasm Prover,旨在为基于Wasm的区块链提供零知识证明支持。

主要工作:
NEAR Foundation成为Polygon Chain Development Kit(CDK)的核心贡献者,允许开发者在构建ZK驱动的Layer 2链时选择zkWasm Prover。
增强Wasm链与Ethereum生态的互操作性,提供更高的安全性和可扩展性。

应用:
适用于构建自定义的ZK驱动Layer 2链,支持EVM和Wasm生态的扩展。


来源:https://polygon.technology/blog/polygon-labs-and-near-foundation-collaborate-to-build-a-zkwasm-prover-as-a-component-for-polygon-cdk

zkWasm Hub

简介:
由Delphinus Lab支持的云服务平台,专注于zkWasm应用的开发和分发。

主要工作:
提供zkWasm应用镜像的存储和访问,支持通过REST接口访问。
支持自动化编译和更新服务,开发者可将GitHub项目直接部署到zkWasm Hub。
提供任务浏览器(Explorer)用于查看zkWasm任务状态。

应用:
开发者工具、应用分发平台、去中心化云服务。


来源:https://zkwasmhub.com/

zkEVM和eWASM 和 zkWASM对比

zkEVM 侧重以太坊的隐私和扩容,支持Solidity;zkWASM 聚焦Web2到Web3的过渡,支持多种传统编程语言;eWASM 提升以太坊智能合约的执行效率,支持多语言。

三者的区别在于 zkEVM 专注于以太坊扩容,zkWASM 关注传统开发者迁移,eWASM 聚焦智能合约性能。


来源:https://hyperoracle.medium.com/zkwasm-the-next-chapter-of-zk-and-zkvm-471038b1fba6

优势

提高隐私性

zkWASM 允许用户执行智能合约或计算任务,同时只暴露计算结果,而不会泄露具体的输入数据。例如,用户可以在链下进行复杂计算,并通过 ZK 证明其结果的正确性,而无需公开计算过程。

可验证计算

传统的智能合约执行依赖于所有节点重复计算,而 zkWASM 允许计算过程在链下执行,并生成 ZK 证明,使链上节点只需验证证明即可确认计算的正确性。这种方法大大降低了链上计算成本。

兼容性强

由于 WASM 具有跨平台特性,zkWASM 可以支持多种编程语言,如 Rust、C++ 和 Go,使得开发者可以使用熟悉的工具链构建 ZK 计算程序。

提高可扩展性

通过将计算过程移至链下并仅提交 ZK 证明,zkWASM 显著降低了链上计算负担,提高了区块链的可扩展性。这对于 Rollup、Layer 2 解决方案等扩展方案尤为重要。


来源:https://delphinuslab.com/tutorial/

挑战

尽管 zkWASM 具备 隐私保护、可扩展性、跨平台兼容性 等诸多优势,但在落地过程中仍然面临一系列技术挑战:

1. 计算开销大,证明生成成本高

zkWASM 在执行 WASM 代码的同时,需要将每一步计算 转换为零知识证明电路,这会显著增加计算复杂度。

问题:零知识证明(如 ZK-SNARK、ZK-STARK)通常涉及大量复杂数学运算(如多项式承诺、椭圆曲线运算),导致 证明生成时间较长,计算资源消耗大。

潜在优化:研究 更高效的 ZK 证明算法,利用 硬件加速(如 FPGA、GPU) 以降低计算开销。

2. WASM 到零知识电路的映射复杂

WASM 设计用于高效执行,但并未针对 零知识证明友好性 进行优化,因此直接转换为 ZK 电路时可能存在瓶颈。

问题:WASM 指令集与零知识证明的 算术电路模型 之间并非一一对应,导致转换过程低效。

潜在优化:开发 更高效的中间表示(IR),减少不必要的计算开销,使 WASM 代码更适用于 ZK 计算。

3. 兼容性与开发者生态建设

尽管 WASM 具备多语言支持,但 zkWASM 仍需 兼容现有的 ZK 生态工具,以降低开发者的学习成本。

问题:现有的 ZK 语言(如 Circom、ZoKrates)与 WASM 生态存在 技术栈差异,如何让 zkWASM 无缝对接主流区块链和 DApp 生态 是一大挑战。

潜在优化:推动 zkWASM 与 Solidity、Rust、C++ 等主流语言的深度集成,并提供 易用的 SDK 和开发框架。

4. 证明验证成本与链上可扩展性

在区块链环境中,zkWASM 生成的 ZK 证明需要 在链上进行验证,但链上计算资源有限,如何优化验证成本是关键。

问题:尽管验证 ZK 证明的计算成本远低于重新执行计算,但在公链(如以太坊)上仍可能造成较高的 Gas 费用。

潜在优化:研究 更高效的验证算法(如聚合证明、递归证明),以及 Layer 2 方案优化链上验证流程,减少 Gas 开销。

5. 生态系统建设与标准化

zkWASM 作为新兴技术,需要建立 开发工具、社区支持、行业标准,推动更广泛的应用落地。

问题:目前 zkWASM 仍处于早期阶段,缺乏统一的 API 规范、开发者工具链、审计标准,影响了其推广速度。

潜在优化:建立 开源 SDK、测试工具、智能合约库,鼓励更多开发者参与 zkWASM 生态建设,并推动其成为 Web3 领域的通用隐私计算方案。

zkWASM 作为 WASM 与零知识证明结合的创新方案,在 隐私计算、Layer 2 扩展、AI 计算验证 等领域具有广阔前景。然而,要真正落地并大规模应用,仍需克服 计算开销、兼容性、验证成本、生态建设 等关键挑战。未来,随着 ZK 证明技术的优化、硬件加速的发展、开发工具链的完善,zkWASM 有望成为 区块链隐私计算的核心技术之一。

未来展望和应用场景

zkWASM 的创新架构赋予其在去中心化应用中的巨大潜力。随着零知识证明与 WebAssembly 技术的发展,zkWASM 有望成为 Web3 生态的重要基石,为各行业提供隐私保护、安全性和可扩展性解决方案。

未来,随着技术优化和开发工具链的成熟,zkWASM 将为开发者提供更友好的环境,并在 Web3、DeFi、AI、物联网等领域拓展应用,推动区块链技术的广泛普及。

1. DeFi(去中心化金融)

高效交易处理:通过链下计算和零知识证明,zkWasm可以大幅减少链上交易的成本和延迟,适用于去中心化交易所(DEX)、自动化做市商(AMM)等。

隐私保护:利用ZKP技术,zkWasm能够实现隐私交易,用户可以在不暴露交易细节的情况下完成资金转移或智能合约执行。

跨链互操作:结合ZKCROSS等跨链方案,支持不同区块链之间的资产转移和流动性聚合。

用户场景:用户 A 想匿名将 ETH 换成 USDT,zkSwap 在链下完成匹配,链上仅记录交易完成状态,保护隐私且成本低。


来源:https://app.uniswap.org/?lng=en-US

2. GameFi(游戏金融)

复杂游戏逻辑:zkWasm支持链下执行复杂的游戏逻辑(如多人在线游戏的实时计算),并通过零知识证明验证结果,确保公平性。

NFT交易与管理:GameFi中的NFT资产(如游戏道具、皮肤等)可以在zkWasm的高效Rollup层上进行低成本交易。

可扩展性:通过L3/L4层应用特定Rollup,GameFi应用能够支持大规模用户并发,解决传统链上游戏的性能瓶颈。

用户场景:玩家 A 与玩家 B 对战,链下计算战斗结果,zkWasm 验证 A 胜利,链上记录 A 获得稀有 NFT 卡牌,交易费用低廉。


来源:https://axieinfinity.com/

3. SocialFi(社交金融)

去中心化社交网络:zkWasm可以支持去中心化的社交平台,用户数据通过ZKP技术加密存储,确保隐私和所有权。

经济激励模型:SocialFi平台可以通过代币激励内容创作者和用户,zkWasm的高吞吐量和低成本特性使其适合处理大规模微交易。

内容验证:利用零知识证明,zkWasm可以验证内容的真实性或版权归属,同时保护用户隐私。

用户场景:用户 A 发布一篇加密文章,zkVoice 验证原创性并记录获赞 100 次,链上分配代币奖励,用户隐私全程保护。


来源:https://www.thetatoken.org/

4. AI(人工智能)

链上机器学习:zkWasm支持链下执行复杂的AI模型推理或训练(如神经网络计算),并通过零知识证明将结果上链,适用于去中心化的AI应用。

隐私保护计算:在医疗、金融等领域,zkWasm可以实现隐私保护的AI模型推理,用户数据无需暴露即可参与计算。

代币化AI生态:探索AI模型的代币化激励和去中心化治理。

用户场景案例:患者上传加密的血液检测数据,BioPassport 预测糖尿病风险,生成“高风险”证明提交到链上,医生参考结果,患者数据不暴露。


来源:https://biopassport.io/

5. Web2到Web3的复杂应用迁移

传统Web2应用:zkWasm的通用性使其能够运行Web2的复杂逻辑(如社交媒体平台、内容管理系统、电子商务系统等),并通过零知识证明和Rollup技术将其迁移到Web3。

高性能计算:链下执行结合链上验证,zkWasm可以支持Web2应用的高性能需求,同时保持去中心化和安全性。

开发者友好:WebAssembly的广泛支持降低了开发者从Web2到Web3的迁移门槛。

用户场景案例:用户 A 购买手机, 在链下匹配订单,zkWasm 验证库存和支付,链上记录交易完成,物流信息加密存储在 IPFS。


来源:https://www.amazon.com/s?k=cell+phone&crid=2J18MS8O3AMA8&sprefix=cell+phone%2Caps%2C603&ref=nb_sb_noss_1

6. 隐私保护的身份与认证系统

去中心化身份(DID):zkWasm可以用于构建隐私保护的身份系统,用户可以在不暴露个人信息的情况下证明身份或资质。

零知识认证:如在KYC(了解你的客户)流程中,用户可以通过ZKP证明符合条件,而无需公开具体数据。

用户场景案例:用户申请贷款,上传加密护照信息,验证年龄超过 18 岁,链上记录“符合条件”证明,平台无需查看具体数据。


来源:https://getaverses.com/

7. 供应链与溯源

数据隐私溯源:在供应链管理中,zkWasm可以验证产品来源、运输记录等信息,同时保护商业敏感数据。

高效结算:通过Rollup技术,供应链中的多方交易和记录可以在链下高效处理,仅将最终证明提交到链上。

用户场景案例:消费者扫描牛奶包装二维码,zkTrace 显示“产自 A 农场,已通过检测”证明,具体生产数据加密保护。


来源:https://ethglobal.com/showcase/zktrace-imqfh

8. 去中心化云计算

分布式计算任务:zkWasm支持将复杂的计算任务分发到链下节点执行,并通过零知识证明验证结果,适用于去中心化的云计算平台。

资源优化:通过分层扩展(L3/L4 Rollup),zkWasm能够高效分配计算资源,降低成本。

用户场景:研究者提交蛋白质折叠任务,链下节点完成计算,zkWasm 验证结果,链上记录并支付代币奖励。

9. 物联网(IoT)与智能设备

设备间隐私通信:zkWasm可以实现物联网设备之间的隐私保护通信,数据通过ZKP验证,确保安全性和真实性。

微交易:支持智能设备之间的小额支付(如能源交易、数据共享),通过Rollup实现低成本高吞吐量。

用户场景:家庭 A 的太阳能板向家庭 B 出售电力,链下计算交易,zkWasm 验证,链上记录支付,成本极低。


来源:https://bloxmove.com/

10. 其他潜在应用

投票与治理:基于ZKP的匿名投票系统,确保投票隐私和结果可验证。

医疗数据管理:保护患者隐私的同时实现数据共享和分析。

教育与证书:去中心化的学历或技能证书颁发,防篡改且可验证。

结语

zkWASM旨在解决Web2应用向Web3迁移时遇到的技术壁垒,推动Web3的更广泛应用。它结合了传统编程语言和零知识证明技术,提供更强的安全性、隐私保护和互操作性,帮助Web2应用顺利迁移到Web3平台。开发者可以使用熟悉的编程语言(如Rust、C++、Go)来构建去中心化应用,而不需要深入学习复杂的区块链技术,从而大大降低了开发门槛。

zkWASM的应用场景非常广泛,涵盖DeFi、GameFi、SocialFi、AI、Web2迁移、隐私保护、供应链溯源、去中心化云计算、物联网等领域。它通过零知识证明和Rollup技术,提供高性能、隐私保护和可扩展性,为Web3的发展提供技术支持。

虽然zkWASM在计算开销、开发生态和验证成本上仍然面临一些挑战,但随着技术的不断优化和硬件加速的引入,它的潜力正在不断被挖掘。未来,zkWASM有望成为去中心化计算的关键技术,推动Web3生态向更加高效、安全和普惠的方向发展。

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