除了扩容和隐私，ZKP 在元宇宙领域还有哪些应用潜力？

原文标题：《Zero Knowledge Proofs and the Metaverse》

原文作者：Elan Neiger

编译：倩雯，ChainCatcher

2022年12月的第一周，“Metaverse”（元宇宙）一词被当选为《牛津英语词典》的年度词汇，排名第二。在该词汇竞赛中，30多万人票选出富含长久文化含义的词汇，以反映过去一年的社会气质和公众情绪。

“Goblin Mode”（编者注：直译为妖精模式，意指“心安理得的自我放纵、懒惰、邋遢或贪婪的行为”）赢得第一名，这更多地解释了大流行病后的社会氛围和被调查人群的状态，而无法洞察全球的技术趋势。如今，从微软到迪斯尼，从歌手 Elton John到说唱歌手Snoop Dogg，主流公司、各路名人都已经认可元宇宙是互联网革命的下一阶段，并正在进行相应的规划。

Mathew Ball在《元宇宙》一书中对其确切的解释是“一个大规模、可互操作、实时渲染的三维虚拟世界网络，可由实际无限数量的用户同步和持续体验，并且能够提供个人的存在体验，在身份、历史、权利、物品、通信和支付等数据上具有连续性”。

也许是受到2020年大流行病期间活动关停、强制封锁和社交距离的影响，人们对集体虚拟共享空间的兴趣呈现爆炸性增长，目前有500多家公司声称正在开发元宇宙。

尽管这种对元宇宙的广泛兴趣刚刚兴起，但这个概念早些时候就被发明出来，《雪崩》和《头号玩家》等虚构作品就对元宇宙进行描述。世界上最大的科技公司之一Facebook在2021年将其名称改为Meta，打算全力进军元宇宙，意味着现实中的元宇宙概念正式成为时代潮流。

显然，由于一系列实际原因，包括网络、计算能力和互操作性标准方面的限制，Ball所描述的元宇宙还没有成为现实。一个完全实现的元宇宙最终将保护数据隐私，允许必要的可扩容性，使参与者能够带着3D形象、数字资产和各种权益穿越数字世界。

尽管目前有诸多限制，但许多当权者认为，这种虚拟空间的概念和需求将继续增长。麦肯锡在2022年中期对3400多名消费者和高管进行的一项调查估计，到2030年元宇宙可能达到5万亿美元的市场价值。对许多未来学家来说，元宇宙被设想为人类休闲、劳动和生存的一个平行世界。

零知识证明

零知识证明（ZKP）是另一个获得广泛认可的术语。随着零知识产业在未来12个月的蓬勃发展，这一词可能会赢得明年《牛津英语词典》的“年度最佳表达”。

零知识的概念是由麻省理工学院的三位研究人员在20世纪80年代发明的，在他们的学术论文《交互式证明系统的知识复杂性》中首次描述。

直到2010年中期，零知识证明只是密码学一个分支的总称，被认为是理论性太强、成本太高的实际应用。这种情况已经出现改变，在很大程度上要归功于加密货币和区块链领域的公司和协议，统称为Web3。

零知识证明是一种协议，允许一方“证明者”（即与网络连接的个人或应用程序），向另一方“验证者”证明他们知道某项信息，而不透露任何有关该信息的内容。重点部分是“零知识”概念的由来，指的是除了证明知道该信息外，没有其他信息透露给验证者。

计算硬件、算法和软件的进步使ZKP比其早期的纯理论时代更易使用。

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以某种组合方式处理大量的数学原语，包括多尺度乘法（MSM）、数字理论变换（NTT）和哈希函数。

抛开数学不谈，ZKP是一种证明你知道什么、拥有什么或做过什么的方法，而不需要透露有关该物品的任何信息。ZKP将有能力彻底改变一些行业，特别是那些需要在网络上分享私人信息的行业。它还允许对涉及私人数据的复杂问题作出“是/否”的回答。

今天，零知识证明行业被Web3领域的公司主导，ZKP正在开发中，并用于一些使用案例。对于区块链和元宇宙，ZKP有两个基本应用：扩容和隐私。

Web3、元宇宙和ZKP

我们可以把网络发展历史大致总结为：

• Web1：“只读”的互联网
• Web2：“可读可写”的互联网
• Web3：“去中心、被用户所有”的互联网

Web2是目前最广泛使用的互联网迭代版本。Web2依赖中心化的各方获得权限与内容，因此用户并不拥有自己的数据，几乎每一次在线互动都依赖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是基于区块链的互联网，强调数字资产和数据的自我保管。用户拥有他们的内容，并对他们的互联网使用有控制权。Web3的缺点是，几乎所有的区块链都是透明的，其账本是公共数据。为用户提供透明度的机制也使隐私几乎不存在。

元宇宙和Web3都可以被认为是Web2的接替者。 虽然元宇宙的核心不需要区块链，但许多相互关联的技术，包括数字资产的所有权，将会在元宇宙中使用，元宇宙经济几乎一定会由数字货币和NFT来实现。

零知识证明可用于实现元宇宙和区块链的私人交易，解决了Web3特有的账本开放和透明的问题，并确保元宇宙的数据隐私。例如，用户可以提供ZKP来证明他们有足够资金能完成对另一个实体的交易，而不透露他们的账户余额或交易历史。

在与区块链互动或在元宇宙中使用虚拟身份时，零知识证明也可以实现匿名账户的创建。通过零知识证明，用户可以证明他们是账户的所有者，而不需要透露他们的身份或其他个人信息。

此外，零知识证明还可以实现私人通信。双方可以使用零知识证明向对方证明他们是信息的预期接收者，而不透露信息本身的内容。

区块链和元宇宙都依赖于扩容的进步。区块链的空间是有限的，因为它们被设计为以去中心化和分布式的方式存储数据，每个网络参与者都存储着整个区块链的一个副本。因此，区块链上可存储的数据量受到网络参与方计算机上可用存储空间的限制。同样，元宇宙也需要一个扩容解决方案，来连接构成整个元宇宙的众多世界和元星系。

零知识证明解决了区块链的扩容问题，它允许计算在不受信任的环境中进行，只要他们的解决方案放在链上，并用ZKP证明计算是根据区块链的规则完成的。ZKP可以让元宇宙实现相同的效果，允许元宇宙处理系统将其计算托管给委托环境，在返回时证实其结果的准确性。

Web3的部分内容已经类似于元宇宙。由智能合约促成的去中心化自治组织（DAO）等概念和结构使希望加入合营组织的志同道合者拥有透明投票权、分数所有权和数字主权。

NFT确保独特的数字项目在区块链上被记录和交易，NFT所在账户的用户对其仍有完全所有和控制。NFT可能很快就会在元宇宙中用于交易身份或物品，如身份皮肤、武器和服装，甚至是进入特殊事件或区域，如作为数字入场证使用。

区块链游戏使用加密货币和NFT等Web3技术，使玩家可以购买、出售或交易游戏中的资产，安全透明地拥有游戏资产。

最近的一份报告预测，区块链游戏市场到2027年将达到657亿美元，高于2022年的46亿美元。2021年和2022年对区块链游戏的新增投资与资金被认为是这一市场预期增长的核心驱动力。

Web3、构建Web3的公司以及实现Web3的工具很可能成为许多协议的基础，使开放、相互联结的元宇宙得以实现。同样，实现Web2和Web3的互联网通信协议可能会实现扩容，以实现全球标准和协议网络，对三维世界之间长期的互操作连接进行管理。

零知识革命

可访问的零知识已经可以彻底改变一些行业，其中一些行业与自由开放元宇宙的实现有关。

• 身份：人们可以在网上向包括服务提供商和政府在内的第三方验证身份，而不需要承担风险。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用户偿付能力。
• 投票：在电子选举中可以验证投票，同时保护选民的隐私，确保选举结果无法被篡改。
• 网络安全：用户可以登录平台而不向中心化验证器透露密码。
• 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被拥有。
• 机器学习：允许机器学习算法的所有者说服他人相信模型的结果，而不透露任何关于机器学习模型本身的信息。
• 数据完整性：ZKP可以证明图像、视频和数据集的真实性，用来打击虚假信息。

ZKP在元宇宙中的作用

目前，综合虚拟世界平台（IVWP），如《堡垒之夜》、《机器玫瑰》和《我的世界》）上的多人游戏能够提供最接近于元宇宙的体验。这些IVWP是目前最大的三个虚拟世界平台，每个世界都有数千万的日活玩家。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。

多人游戏有两种运行方式：

• 客户端-服务器（今天的大多数游戏都是如此，包括《堡垒之夜》、《机器玫瑰》和《我的世界》）。
• 点对点

常见的客户端-服务器架构要求服务器作为一个集中的、权威的服务提供者。每个玩家向服务器发送信息，而服务器则与游戏的所有其他玩家分享这些信息。

客户端-服务器模式的游戏设计有几个缺点，不利于这些模式在元宇宙中的应用：

• 所有权：服务器拥有并维护所有游戏中的资产
• 支出：需要许多强大的服务器来运行复杂的多人游戏引擎
• 扩容：服务器和玩家之间有一个单一的中继点，当更多的玩家参与游戏时，就会出现可扩容瓶颈
• 隐私：服务器是一个不受信任的第三方，对每个玩家的行动都有所了解

点对点游戏架构解决了其中一些问题，但也引入了另一个问题：作弊。玩家可以向对方提供关于他们在游戏中的状态的不实信息，以绕过游戏规则。

零知识证明的作用：

• ZKP可以为他们的每一步动作提供可公开验证的证明，向所有各方发出信号，表明该动作符合游戏规则。
• ZKP还可以用来证明游戏中数字资产的所有权，使服务器不再被需要。
• 最后，ZKP可以解决游戏的扩容问题，因为可以将一些动作或行动集中在证明中验证，减少计算成本，使更多的玩家能够参与游戏。

将零知识证明引入点对点游戏可能会使其成为元宇宙的一个核心概念，这些改进消除对昂贵的中心化服务器的需要，从而大大降低成本。这种改进使共享的虚拟空间中有更多的参与者，每个人都充当服务器，用公开验证的ZKP验证其他玩家的行动。

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虚拟地点经历同样的事件时，它才会成为“元宇宙”。虽然这种对元宇宙未来游戏架构的设想需要每秒处理许多ZKP，但零知识硬件的进步已使这些现实即将成为可能。

来源：https://youtu.be/F-6jtETFkjg

关于元宇宙的思考

在哲学上，元宇宙可以被比作是英国哲学家约翰·洛克在其1689年《政府两论》一文所写三个原则的最终表达，美国宪法和其他西方政府的法律基础也是基于这三个原则：生命、自由和财产。

虽然这些概念存在于物理世界，但它们受到现实世界的限制。今天，人类生活在物质世界中，受到自然法则的制约，这些法则大致可以被描述为物理学。在元宇宙中，没有任何物理限制。

这不禁让我们思考，人类是否完全拥有和控制自己的生命。如果我们违反社会规则，政府会逮捕我们，甚至由于严重的违法行为夺走我们的生命。在数字空间中没有一种违法行为（目前）会使违法者失去现实生活中的自由，除非玩家被踢出虚拟世界。

自由，指的是能够做什么或不做什么的自由。在西方世界，人民有一定的自由。但人们同时受到法律和物理规则的限制。比如，没有了支撑我们的外物，我们将无法自由地活下去——所以大部分人需要工作，维持生计。甚至要参与元宇宙游戏也需要入门资金。

在元宇宙的数字领域，我们将不受社会或物理法则的限制。我们将能够体验到无限的空间和时间，因为在数字领域中旅行的次数没有限制，元宇宙的参与者可以立即到达他们想去的任何数字领域。

广义上讲，财产就是物品。人类必须获得并花费金钱来获得物品。虽然我们可以“拥有”物品，但实际上我们只能控制我们财产的某些方面。法律由政府和警察执行，以保护财产。对纳税和保险的忽视会使你的财产被夺走。同时，法币由政府控制，随着时间的推移，这可能会引入进一步的不稳定因素。

零知识证明能够增强数字生活的另一个基础结构：真理。

有了零知识证明，人们可以通过持有自己的私钥来确保他们的真理：身份、金钱、财产和自由。真理是最终的主权者，因为宇宙由其定义。

如果乌托邦的确存在，那么它不太可能存在于物理空间。当我们想到元宇宙时，我们倾向于把它当作一个场所。但它更可能是一个时代，到那时，沉浸的数字世界成为我们生活的主要方式，我们对生命、自由、财产和真理的信仰能够完全实现。