零知识证明在元宇宙中的应用潜力

当世界上最大的科技公司之一 Facebook 于 2021 年更名为 Meta 时，元宇宙的概念正式进入大众视野，这表明它正在当今世界的技术潮流。显然，科学家所描述的元宇宙尚未成为现实，这是由于许多实际原因，包括网络性能、计算能力和互操作性标准的限制。

一个完全实现的元宇宙最终将允许数据隐私和参与者使用3D化身以及他们的数字资产和特权穿越众多数字世界所需的可扩展性。尽管目前存在限制，但许多科学家认为，这种虚拟空间的概念和需求将继续增长。

零知识证明

“零知识证明”（ZKP）是另一个获得更广泛认可的术语。随着零知识产业在未来12个月的蓬勃发展，“ZKP”一词可能会赢得今年行业的高度关注。ZKP的概念是由麻省理工学院的三位研究人员在1980年代发明的，首次在他们的学术论文“交互式证明系统的知识复杂性”中描述。

零知识证明是一种协议，它允许称为证明者的一方（即联网人员或应用程序）向另一方（称为验证者）证明他们知道某条信息，而不会透露任何关于该信息的内容。也就是说，除了知道信息的证明之外，不会向验证者透露其他信息。

直到2010年代中期，零知识证明只是密码学的一个分支的总称，被认为过于理论化且成本太高而无法实际使用。这在很大程度上要归功于加密和区块链领域的公司和协议，计算硬件、算法和软件的进步使 ZKP 比早期的纯理论时代更容易实现。目前虽然有许多类型的零知识证明，但它们的所有计算都依赖于大量数学计算的某种组合，包括多标量乘法 （MSM）、数论变换 （NTT） 和哈希函数。

撇开数学不谈，ZKP 是一种证明你知道某事、拥有某事或做某事的方法，而不会透露有关某事的任何信息。这有能力彻底改变许多行业问题，特别是那些需要在网络上共享私人信息的行业。它还允许对涉及私人数据的复杂问题进行“是-否”的回答。如今，零知识证明行业由 Web3 领域的公司主导，其中 ZKP 正在开发和用于许多用例。对于区块链和元宇宙，ZKP 有两个基本应用：可扩展性和隐私性。

Web3、元宇宙和 ZKP

Web2 是目前使用最广泛的互联网代称。通过依赖中心化各方进行访问和内容，Web2 的用户并不拥有自己的数据，几乎每次在线交互都依赖于另一方来托管他们的内容、提供服务或存储用户信息、资产和价值。

Web3 是一个基于区块链的互联网，强调数字资产和数据的自我托管。用户拥有自己的内容并控制自己的互联网使用。Web3 的缺点是几乎所有区块链都是透明的，它们的分类账是公共数据。为用户提供透明度的相同机制也使隐私几乎不存在。

元宇宙和 Web3 都可以被认为是 Web2 的继任者。尽管元宇宙不需要以区块链为核心，但预计元宇宙将使用许多相互关联的技术，包括数字资产的所有权，其经济几乎肯定会由数字货币和不可替代代币 （NFT） 实现。

零知识证明可用于实现元宇宙和区块链的私人交易，解决 Web3 特征的开放透明分类账问题，并允许元宇宙中的数据隐私。例如，用户可以提供 ZKP 来证明他们拥有完成与另一个实体的交易所需的资金，而无需透露其帐户余额或交易历史记录。

零知识证明还可以在与区块链交互时或在元宇宙中使用化身时创建匿名帐户。使用 ZKP，用户可以证明他们是帐户的所有者，而无需透露他们的身份或其他个人信息。此外，零知识证明支持私人通信。双方可以使用 ZKP 向对方证明他们是消息的预期收件人，而无需透露消息本身的内容。

区块链和元宇宙都依赖于可扩展性的进步。区块链的空间有限，因为它们旨在以去中心化和分布式的方式存储数据，每个网络参与者存储整个区块链的副本。因此，可以存储在区块链上的数据量受到网络参与计算机上可用存储空间量的限制。同样，元宇宙需要一个缩放解决方案来连接构成统一元宇宙的许多世界和元星系。

零知识证明通过允许在不受信任的环境中进行计算来解决区块链的扩展问题，只有他们的解决方案放在链上，以及ZKP证明计算是根据区块链的规则完成的。ZKP 可以为元宇宙做同样的事情，允许托管元宇宙处理的系统将其计算卸载到委托环境，并在返回时证明其准确结果。

Web3 的某些部分已经类似于元宇宙。由智能合约支持的去中心化自治组织（DAO）等概念和结构允许希望参与合资企业的志同道合的人群进行透明的投票、部分所有权、数字主权和自决。不可替代代币 （NFT） 允许在区块链上记录和交易独特的数字物品，同时由 NFT 所在的账户用户完全拥有和控制。这些可组合的技术可能很快就会在元宇宙中用于交易化身或头像皮肤、武器和服装等物品，甚至可以访问特殊活动或数字入场证等区域。

区块链游戏使用加密货币和 NFT 等 Web3 技术，以便玩家可以购买、出售或交易游戏内资产，并使玩家能够以安全透明的方式拥有他们的游戏资产。到 2027 年，区块链游戏市场将达到 657亿美元，高于 2022 年的 46亿 美元。

Web3、构建它的公司以及支持它的工具可能支持许多能够实现开放和连接的元宇宙的协议。同样，支持 Web2 和 Web3 的互联网通信协议可能会得到扩展，以实现管理持久 3D 世界之间可互操作连接的全球标准和协议网络。

零知识革命

可访问的 ZKP 已经可以彻底改变许多行业，其中一些与实现自由开放的元宇宙有关：

身份：人们可以在线向第三方（包括服务提供商和政府）验证身份，而不会有信息泄露的风险。

金融：金融交易所可以在不泄露机密和专有信息的情况下验证其偿付能力。

投票：选票可以在电子选举中验证，同时保护选民的隐私并确保选举的防篡改。

网络安全：用户可以登录平台，而无需向中心化验证者透露密码。

匿名所有权：数字资产、货币和其他财产可以在不泄露所有者身份的情况下拥有。

机器学习：允许机器学习算法的所有者说服其他人了解模型的结果，而无需透露有关 ML 模型本身的任何信息。

数据完整性：ZKP 可以证明图像、视频和数据集是真实的，以打击虚假信息。

ZKP 在元宇宙中的作用

今天与元宇宙最相似的体验是存在于 Roblox、Minecraft 和 Fortnite 等集成虚拟世界平台 （IVWP） 中的多人游戏。这些IVWP是有史以来最大的三个虚拟世界，每个世界每天都有数千万活跃玩家。然而，由于其生态系统的封闭性，这些游戏可以被认为是“元星系”而不是元宇宙。

运行多人游戏有两种常见方法：

客户端-服务器（就像今天的大多数游戏一样，包括Fortnite，Roblox和Minecraft）

点对点通用的客户端-服务器体系结构要求服务器充当集中的权威服务提供程序。每个玩家将信息发送到服务器，服务器又与游戏的所有其他玩家共享此信息。

游戏设计的客户端-服务器模型有几个缺点，这些缺点与元宇宙中使用的这些模型背道而驰：

所有权：服务器拥有并维护所有游戏内资产；

费用：运行复杂的多人游戏引擎需要许多功能强大的服务器；

可扩展性：当服务器和玩家之间存在单点中继时，当其他玩家参与游戏时，就会出现可扩展性瓶颈；

隐私：服务器是不受信任的第三方，知道每个玩家的行为；

点对点游戏架构解决了其中一些问题，但引入了另一个问题：作弊。玩家可以相互提供有关其游戏内状态的不诚实信息，以颠覆游戏规则。ZKP可用于为每一步行动提供可公开验证的证据，向各方发出信号，表明此举在游戏规则内是合法的。

ZKP 还可用于证明游戏内数字资产的所有权。这取代了服务器验证游戏相关物品所有权的需要。

最后，ZKP 可以解决游戏可扩展性问题，因为可以在一个证明中将多个动作或动作批处理在一起，从而减少计算开销并使更多玩家能够参与游戏。

在点对点游戏中引入零知识证明可能会使这种架构成为元宇宙的核心方面，因为这些改进通过消除对昂贵的中心化服务器的需求来显着降低成本。这种增强的架构还允许共享虚拟空间中的更多参与者，每个参与者都通过使用可公开验证的 ZKP 验证其他玩家的操作来充当服务器。

根据定义，只有当元宇宙能够支持大量用户在同一时间和同一个虚拟地点经历相同的事件时，它才会成为“元宇宙”。虽然元宇宙未来游戏架构的这一愿景需要每秒处理许多 ZKP，但零知识硬件的增强功能接近于使这些现实成为可能。

麦肯锡在 2022 年年中对 3400 多名消费者和高管进行的一项调查显示，到 2030 年，元宇宙有可能达到 5 万亿美元的市值。对于许多未来学家来说，元宇宙被设想为人类休闲、劳动和存在的平行世界。

有了ZKP，人们可以通过持有自己的私钥来保护自己的真相：身份、金钱、财产和自由。当我们想到元宇宙时，我们倾向于将其视为一个地方，它具有更充分实现的生命、自由、财产和真理。