ZKP挖礦的“用武之地”：隱私公鍊和Layer2去中心化

吴说区块链｜2022-12-06 16:33

隨著抗審查需求的逐漸擴大，未來隱私賽道一定能成為革命性應用。目前，隱私證明中最具有可行性的就是ZKP，它需要大量的算力來維持，因此ZKP 挖礦很可能成為和當初ETH 挖礦規模相當的產業。

作者：吳說區塊鏈

在公鏈賽道，零知識證明（ZKP）的路線已經十分清晰。未來大概率會形成以以太坊L1 為核心保證安全性，在L2 上部署ZKP 以實現隱私功能的局面。除L2 之外使用ZKP 的公鏈還包括Aleo、Mina 和Filecoin。

隨著以太坊結束POW，而ZKP 又需要大量算力維持，因此可預見的將來，ZKP 將承擔大量GPU 算力。 Messari 在6 月份的文章《What Will Ethereum Miners do After The Merge?》中分析過ZKP 承接以太坊算力的可行性。

“隨著用戶尋求更具表現力、高性能和私密性的計算，使用ZKP 的複雜性將會增加。這將導致生成證明的速度變慢，需要使用專門的硬件才能及時生成證明。當比特幣首次推出時，任何擁有標準CPU/GPU 的人都可以挖掘比特幣。最終，專業礦工開發了更高效的硬件（ASIC），這使得CPU/GPU 挖礦不再盈利。ZK 挖礦很可能遵循類似的路徑，從標準GPU 礦工開始，然後開發更高效的礦機（ASIC 或FPGA）。ZKP 仍處於起步階段，但Paradigm 預測ZK 礦工/證明者市場在將來可能會增長到相當於PoW 採礦市場的規模。”

對比FPGA 和GPU，頂級FPGA 的硬件成本（領先的工藝節點、時鐘頻率、能耗比和存儲器帶寬）僅為頂級GPU 的1/3，且能耗比超出GPU 10 倍。對比FPGA 和ASIC，ASIC 在編程時是一次性的，而ZKP 的代碼不像比特幣那樣穩定不變，且不同ZKP 的邏輯也存在差異，顯然ASIC 不適合這種多變的業務。而FPGA 只需簡單地刷新就可以修改程序，這意味著可以兼容多套ZKP 邏輯。

因此更長遠的未來，FPGA 有可能統治ZKP 礦業，然而FPGA 編程難度較大，目前該技術尚不成熟。短期內，GPU 將會是ZKP 礦業的主要設備。對於那些曾經的以太坊礦工，相較於將算力投入到如ETC 或ETHW 等被拋棄的公鏈上，他們自然有更大的商業動機去支持ZKP 公鏈。

L2 ZKP

當前ZK-Rollup 的Proof 和Batch 提交過程目前是中心化的，由單一的Sequencer 來決定提交的順序。如果要擴大礦工規模，這個過程需要實現去中心化，即任何礦工可以向L1 提交Proof。關於如何實現去中心化，Vitalik 曾提出過一些建議，例如成立一個DAO 來進行定期的Sequencer 決定權拍賣，或是隨機分配給其中一個節點而節點被選中的概率則和它存入Rollup 的ETH 數量成正比。然而無論哪種方式本質上都屬於POS 機制，即由質押量的大小決定收入的高低，這與傳統挖礦方式（由算力大小決定收入高低）有所不同。

當前，採用ZK-Rollup 的主要L2 包括zkSync 和StarkNet。

zkSync 的日常運行取決於為區塊生成零知識證明的計算服務提供商，即“Stichting ZK Sync”，這是一家在阿姆斯特丹註冊的非營利性荷蘭基金會。根據開發團隊Matter Labs 的發展路線圖，zkSync 未來計劃通過引入一個獨立的共識機制來實現去中心化，該機制具有兩個不同的角色：驗證者和Guardians。驗證者負責將交易打包成塊並為其生成零知識證明，他們的節點必須在具有良好互聯網帶寬的安全環境中運行，也就是我們通常理解的大礦池。 Guardians 是zkSync 的Token 持有者，根據Token 份額來提名驗證者。 Guardians 的節點可以在普通電腦或云服務器上運行，不需要專門的服務商，因此不容易被審查。反之，Guardians 可以通過監控交易數據選出不受審查的驗證者節點。

StarkNet 在去中心化道路上同樣需要發行Token。目前，StarkNet 手續費使用ETH 支付，之後或許會使用StarkNet 原生Token，也可能同時支持原生Token 和ETH 支付。 Token 除了用來支付手續費以外，還可以通過質押來對包括交易排序、STARK 證明等做主投票決定，提高網絡完全性和抗審查性。參考由Ohad 提出的一則提案：添加基於BFT 的定序器，排序者根據他們的股份進行選擇，為每個插槽選擇特定序列器。這個過程當中，網絡會添加一個slashing 規則（類似於Cosmos SDK），盡可能以最佳方式在定序器和證明者之間耦合激勵。

ALEO ZKP

ZKP 挖礦中今年比較火的項目還有一個ALEO。 ALEO 是一條隱私公鏈，目前隱私公鏈賽道還沒有一條公鏈能夠脫穎而出，無論是oasis、secret network 還是platon，都沒有真正實現隱私功能的dapp。 ALEO 也是如此，暫時還沒有什麼實用價值，不過與其他隱私公鏈不同的是，它的共識機制與傳統的PoW 類似，都需要算力進行維持。區別在於ALEO 挖礦底層計算不是任意的哈希函數，而是知識證明，因此它不僅可以充當PoW 以確保網絡共識，還可以提供給定區塊中包含交易的驗證。

ALEO 相較於L2 的ZKP 有一大優勢，即挖礦算法更簡單。在驗證區塊時，算法會產生一個隨機數，通過ZK 計算後最終結果若小於目標值則計算正確，最先計算完成的節點擁有出塊權力。礦機每次在驗證一個區塊時都只需生成一個隨機數即可開始計算，這種挖礦邏輯在形式上與比特幣沒有太大差別。

而L2 的ZKP 計算則不然。 L2 面對的是一批次的交易，因此在驗證時需要對每筆交易都進行ZKP，最後打包上傳L1。這個過程就涉及並行計算的問題，因為即使單個CPU 性能極強也不可能對成千上萬筆交易進行逐個驗證，必須通過像GPU 這樣擁有多個運算單元的設備進行並行運算。不過，雖然GPU 是目前最適合ZKP 挖礦的設備，但為了適應L2 挖礦還需要進一步的算法優化以實現並行運算。 ALEO 在這一方面就具有很大的優勢，它不需要並行運算，因此GPU 礦機可以幾乎無縫對接。在隱私公鏈與ZK L2 均不成熟的今天，那些閒置的ETH 礦機或許更有動力將算力接入ALEO 礦池。

然而，這一切是建立在ZK L2 尚未成熟的前提下，由於ETH 生態繁榮，只要L2 上線，L1 上的dapps 就可直接遷移過來。而ALEO 則不然，即使隱私公鏈技術成熟，團隊仍然需要投入大量的金錢來搭建整個生態，這顯然是ALEO 的一大劣勢。我們可以將之稱作ETH 系的生態護城河：無論是什麼類型的L2，只要能在原先的底層公鏈技術上加上ZK，那麼天然就存在價值捕獲能力了。這是ALEO 等L1 所不具備的。