除了擴容和隱私，ZKP 在元宇宙領域還有哪些應用潛力？

原文標題：《Zero Knowledge Proofs and the Metaverse》

原文作者：Elan Neiger

編譯：倩雯，ChainCatcher

2022年12月的第一週，「Metaverse」（元宇宙）一詞被當選為《牛津英語詞典》的年度詞彙，排名第二。在該詞彙競賽中，30多萬人票選出富含長久文化含義的詞彙，以反映過去一年的社會氣質和公眾情緒。

「Goblin Mode」（編者注：直譯為妖精模式，意指「心安理得的自我放縱、懶惰、邋遢或貪婪的行為」）贏得第一名，這更多地解釋了大流行病後的社會氛圍和被調查人群的狀態，而無法洞察全球的技術趨勢。如今，從微軟到迪士尼，從歌手 Elton John 到說唱歌手Snoop Dogg，主流公司、各路名人都已經認可元宇宙是互聯網革命的下一階段，並正在進行相應的規劃。

Mathew Ball在《元宇宙》一書中對其確切的解釋是「一個大規模、可互操作、實時渲染的三維虛擬世界網絡，可由實際無限數量的用戶同步和持續體驗，並且能夠提供個人的存在體驗，在身份、歷史、權利、物品、通信和支付等數據上具有連續性」。

也許是受到2020年大流行病期間活動關停、強制封鎖和社交距離的影響，人們對集體虛擬共享空間的興趣呈現爆炸性增長，目前有500多家公司聲稱正在開發元宇宙。

儘管這種對元宇宙的廣泛興趣剛剛興起，但這個概念早些時候就被發明出來，《雪崩》和《頭號玩家》等虛構作品就對元宇宙進行描述。世界上最大的科技公司之一Facebook在2021年將其名稱改為Meta，打算全力進軍元宇宙，意味著現實中的元宇宙概念正式成為時代潮流。

顯然，由於一系列實際原因，包括網絡、計算能力和互操作性標準方面的限制，Ball所描述的元宇宙還沒有成為現實。一個完全實現的元宇宙最終將保護數據隱私，允許必要的可擴容性，使參與者能夠帶著3D形象、數字資產和各種權益穿越數字世界。

儘管目前有諸多限制，但許多當權者認為，這種虛擬空間的概念和需求將繼續增長。麥肯錫在2022年中期對3400多名消費者和高管進行的一項調查估計，到2030年元宇宙可能達到5萬億美元的市場價值。對許多未來學家來說，元宇宙被設想為人類休閒、勞動和生存的一個平行世界。

零知識證明

零知識證明（ZKP）是另一個獲得廣泛認可的術語。隨著零知識產業在未來12個月的蓬勃發展，這一詞可能會贏得明年《牛津英語詞典》的「年度最佳表達」。

零知識的概念是由麻省理工學院的三位研究人員在20世紀80年代發明的，在他們的學術論文《交互式證明系統的知識複雜性》中首次描述。

直到2010年中期，零知識證明只是密碼學一個分支的總稱，被認為是理論性太強、成本太高的實際應用。這種情況已經出現改變，在很大程度上要歸功於加密貨幣和區塊鏈領域的公司和協議，統稱為Web3。

零知識證明是一種協議，允許一方「證明者」（即與網絡連接的個人或應用程序），向另一方「驗證者」證明他們知道某項信息，而不透露任何有關該信息的內容。重點部分是「零知識」概念的由來，指的是除了證明知道該信息外，沒有其他信息透露給驗證者。

計算硬件、算法和軟件的進步使ZKP比其早期的純理論時代更易使用。

雖然有許多類型的零知識證明，但它們的所有計算都依賴於以某種組合方式處理大量的數學原語，包括多尺度乘法（MSM）、數字理論變換（NTT）和哈希函數。

拋開數學不談，ZKP是一種證明你知道什麼、擁有什麼或做過什麼的方法，而不需要透露有關該物品的任何信息。ZKP將有能力徹底改變一些行業，特別是那些需要在網絡上分享私人信息的行業。它還允許對涉及私人數據的複雜問題作出「是/否」的回答。

今天，零知識證明行業被Web3領域的公司主導，ZKP正在開發中，並用於一些使用案例。對於區塊鏈和元宇宙，ZKP有兩個基本應用：擴容和隱私。

Web3、 元宇宙 和ZKP

我們可以把網絡發展歷史大致總結為：

• Web1：「只讀」的互聯網
• Web2：「可讀可寫」的互聯網
• Web3：「去中心、被用戶所有」的互聯網

Web2是目前最廣泛使用的互聯網迭代版本。Web2依賴中心化的各方獲得權限與內容，因此用戶並不擁有自己的數據，幾乎每一次在線互動都依賴另一方來托管他們的內容，提供服務或存儲用戶信息、資產和價值。

Web3是基於區塊鏈的互聯網，強調數字資產和數據的自我保管。用戶擁有他們的內容，並對他們的互聯網使用有控制權。Web3的缺點是，幾乎所有的區塊鏈都是透明的，其賬本是公共數據。為用戶提供透明度的機制也使隱私幾乎不存在。

元宇宙和Web3都可以被認為是Web2的接替者。雖然元宇宙的核心不需要區塊鏈，但許多相互關聯的技術，包括數字資產的所有權，將會在元宇宙中使用，元宇宙經濟幾乎一定會由數字貨幣和NFT來實現。

零知識證明可用於實現元宇宙和區塊鏈的私人交易，解決了Web3特有的賬本開放和透明的問題，並確保元宇宙的數據隱私。例如，用戶可以提供ZKP來證明他們有足夠資金能完成對另一個實體的交易，而不透露他們的賬戶餘額或交易歷史。

在與區塊鏈互動或在元宇宙中使用虛擬身份時，零知識證明也可以實現匿名賬戶的創建。通過零知識證明，用戶可以證明他們是賬戶的所有者，而不需要透露他們的身份或其他個人信息。

此外，零知識證明還可以實現私人通信。雙方可以使用零知識證明向對方證明他們是信息的預期接收者，而不透露信息本身的內容。

區塊鏈和元宇宙都依賴於擴容的進步。區塊鏈的空間是有限的，因為它們被設計為以去中心化和分佈式的方式存儲數據，每個網絡參與者都存儲著整個區塊鏈的一個副本。因此，區塊鏈上可存儲的數據量受到網絡參與方計算機上可用存儲空間的限制。同樣，元宇宙也需要一個擴容解決方案，來連接構成整個元宇宙的眾多世界和元星系。

零知識證明解決了區塊鏈的擴容問題，它允許計算在不受信任的環境中進行，只要他們的解決方案放在鏈上，並用ZKP證明計算是根據區塊鏈的規則完成的。ZKP可以讓元宇宙實現相同的效果，允許元宇宙處理系統將其計算托管給委託環境，在返回時證實其結果的準確性。

Web3的部分內容已經類似於元宇宙。由智能合約促成的去中心化自治組織（DAO）等概念和結構使希望加入合營組織的志同道合者擁有透明投票權、分數所有權和數字主權。

NFT確保獨特的數字項目在區塊鏈上被記錄和交易，NFT所在賬戶的用戶對其仍有完全所有和控制。NFT可能很快就會在元宇宙中用於交易身份或物品，如身份皮膚、武器和服裝，甚至是進入特殊事件或區域，如作為數字入場證使用。

區塊鏈遊戲使用加密貨幣和NFT等Web3技術，使玩家可以購買、出售或交易遊戲中的資產，安全透明地擁有遊戲資產。

最近的一份報告預測，區塊鏈遊戲市場到2027年將達到657億美元，高於2022年的46億美元。2021年和2022年對區塊鏈遊戲的新增投資與資金被認為是這一市場預期增長的核心驅動力。

Web3、構建Web3的公司以及實現Web3的工具很可能成為許多協議的基礎，使開放、相互聯結的元宇宙得以實現。同樣，實現Web2和Web3的互聯網通信協議可能會實現擴容，以實現全球標準和協議網絡，對三維世界之間長期的互操作連接進行管理。

零知識革命

可訪問的零知識已經可以徹底改變一些行業，其中一些行業與自由開放元宇宙的實現有關。

• 身份：人們可以在網上向包括服務提供商和政府在內的第三方驗證身份，而不需要承擔風險。
• 金融：金融交易所可以在不泄露機密和專有信息的情況下驗證用戶償付能力。
• 投票：在電子選舉中可以驗證投票，同時保護選民的隱私，確保選舉結果無法被篡改。
• 網絡安全：用戶可以登錄平台而不向中心化驗證器透露密碼。
• 匿名所有權：數字資產、貨幣和其他財產可以在不泄露所有者身份的情況下被擁有。
• 機器學習：允許機器學習算法的所有者說服他人相信模型的結果，而不透露任何關於機器學習模型本身的信息。
• 數據完整性：ZKP可以證明圖像、視頻和數據集的真實性，用來打擊虛假信息。

ZKP 在 元宇宙 中的作用

目前，綜合虛擬世界平台（IVWP），如《堡壘之夜》、《機器玫瑰》和《我的世界》）上的多人遊戲能夠提供最接近於元宇宙的體驗。這些IVWP是目前最大的三個虛擬世界平台，每個世界都有數千萬的日活玩家。然而，由於其生態系統的封閉性，這些遊戲可以被認為是「元星系」而不是元宇宙。

多人遊戲有兩種運行方式：

• 客戶端-伺服器（今天的大多數遊戲都是如此，包括《堡壘之夜》、《機器玫瑰》和《我的世界》）。
• 點對點

常見的客戶端-伺服器架構要求伺服器作為一個集中的、權威的服務提供者。每個玩家向伺服器發送信息，而伺服器則與遊戲的所有其他玩家分享這些信息。

客戶端-伺服器模式的遊戲設計有幾個缺點，不利於這些模式在元宇宙中的應用：

• 所有權：伺服器擁有並維護所有遊戲中的資產
• 支出：需要許多強大的伺服器來運行複雜的多人遊戲引擎
• 擴容：伺服器和玩家之間有一個單一的中繼點，當更多的玩家參與遊戲時，就會出現可擴容瓶頸
• 隱私：伺服器是一個不受信任的第三方，對每個玩家的行動都有所了解

點對點遊戲架構解決了其中一些問題，但也引入了另一個問題：作弊。玩家可以向對方提供關於他們在遊戲中的狀態的不實信息，以繞過遊戲規則。

零知識證明 的作用 ：

• ZKP可以為他們的每一步動作提供可公開驗證的證明，向所有各方發出信號，表明該動作符合遊戲規則。
• ZKP還可以用來證明遊戲中數字資產的所有權，使伺服器不再被需要。
• 最後，ZKP可以解決遊戲的擴容問題，因為可以將一些動作或行動集中在證明中驗證，減少計算成本，使更多的玩家能夠參與遊戲。

將零知識證明引入點對點遊戲可能會使其成為元宇宙的一個核心概念，這些改進消除對昂貴的中心化伺服器的需要，從而大大降低成本。這種改進使共享的虛擬空間中有更多的參與者，每個人都充當伺服器，用公開驗證的ZKP驗證其他玩家的行動。

根據定義，只有當元宇宙能夠支持大量用戶在同一時間和同一虛擬地點經歷同樣的事件時，它才會成為「元宇宙」。雖然這種對元宇宙未來遊戲架構的設想需要每秒處理許多ZKP，但零知識硬件的進步已使這些現實即將成為可能。

來源：https://youtu.be/F-6jtETFkjg

關於 元宇宙 的 思考

在哲學上，元宇宙可以被比作是英國哲學家約翰·洛克在其1689年《政府兩論》一文所寫三個原則的最終表達，美國憲法和其他西方政府的法律基礎也是基於這三個原則：生命、自由和財產。

雖然這些概念存在於物理世界，但它們受到現實世界的限制。今天，人類生活在物質世界中，受到自然法則的制約，這些法則大致可以被描述為物理學。在元宇宙中，沒有任何物理限制。

這不禁讓我們思考，人類是否完全擁有和控制自己的生命。如果我們違反社會規則，政府會逮捕我們，甚至由於嚴重的違法行為奪走我們的生命。在數字空間中沒有一種違法行為（目前）會使違法者失去現實生活中的自由，除非玩家被踢出虛擬世界。

自由，指的是能夠做什麼或不做什麼的自由。在西方世界，人民有一定的自由。但人們同時受到法律和物理規則的限制。比如，沒有了支撐我們的外物，我們將無法自由地活下去------所以大部分人需要工作，維持生計。甚至要參與元宇宙遊戲也需要入門資金。

在元宇宙的數字領域，我們將不受社會或物理法則的限制。我們將能夠體驗到無限的空間和時間，因為在數字領域中旅行的次數沒有限制，元宇宙的參與者可以立即到達他們想去的任何數字領域。

廣義上講，財產就是物品。人類必須獲得並花費金錢來獲得物品。雖然我們可以「擁有」物品，但實際上我們只能控制我們財產的某些方面。法律由政府和警察執行，以保護財產。對納稅和保險的忽視會使你的財產被奪走。同時，法幣由政府控制，隨著時間的推移，這可能會引入進一步的不穩定因素。

零知識證明能夠增強數字生活的另一個基礎結構：真理。

有了零知識證明，人們可以通過持有自己的私鑰來確保他們的真理：身份、金錢、財產和自由。真理是最終的主權者，因為宇宙由其定義。

如果烏托邦的確存在，那麼它不太可能存在於物理空間。當我們想到元宇宙時，我們傾向於把它當作一個場所。但它更可能是一個時代，到那時，沉浸的數字世界成為我們生活的主要方式，我們對生命、自由、財產和真理的信仰能夠完全實現。