文章/教程 ZK Compression 简单介绍以及入门案例

clbigdata · 2024年11月30日 · 73 次阅读
  1. Web3 与 ZK(零知识证明)背景
    • 零知识证明(ZK)是 Web3 领域中一项关键的加密技术,它允许一方(证明者)向另一方(验证者)证实某项信息的真实性,同时不泄露其他任何额外信息。这项技术对提高数据安全性和保护用户隐私至关重要。
      在区块链应用如金融交易、身份认证中,零知识证明能够增强系统的隐私和安全性。例如,在注重隐私的区块链平台上,用户可以使用该技术证明自己有足够的余额进行转账,而无需透露具体的账户金额,从而保护了财务隐私并降低了安全风险。
      此外,零知识证明也被应用于数字身份验证、投票系统等领域,帮助个人和组织在保持隐私的同时参与在线活动,并确保操作的有效性和合法性。随着 Web3 的发展,零知识证明正成为创建更加开放透明且高度安全互联网基础设施的重要组成部分。
  2. Solana 概述与数据处理特点
    • Solana 是一个高性能的区块链平台,以其高吞吐量和低延迟而闻名。在 Solana 的生态系统中,数据处理的效率对于整个网络的性能至关重要。它需要处理大量的交易数据、智能合约状态等信息。
  3. Solana 中 ZK Compression 的含义
    • 在 Solana 中,ZK Compression(零知识证明压缩)同样是针对零知识证明相关数据的压缩机制。零知识证明在 Solana 中有多种应用场景,例如隐私保护的交易验证、去中心化身份验证等。
    • 当使用零知识证明技术时,会产生证明数据和验证数据等内容。这些数据可能包含复杂的密码学计算结果和大量的数学结构,ZK Compression 就是要对这些数据进行压缩,以适应 Solana 的高性能要求。
  4. Solana 中 ZK Compression 的重要性
    • 提升网络效率
      • Solana 的网络性能优势部分依赖于数据的高效处理和传输。通过压缩零知识证明数据,可以减少数据在网络节点之间传输所需的带宽和时间。在高并发交易场景下,这有助于维持 Solana 的低延迟特性,使得交易能够更快地被验证和确认。
      • 当在分布式的 Web3 网络中传输零知识证明相关的数据时,例如从一个节点传输到另一个节点或者从用户端传输到区块链节点,压缩后的数据可以大大减少网络带宽的占用,提高数据传输效率。这对于实时性要求较高的应用,如快速交易确认等场景非常重要。
    • 优化存储成本
      • 区块链存储需要考虑成本和空间利用效率。压缩后的零知识证明数据占用更少的存储空间,这对于 Solana 网络节点的存储资源管理非常重要。可以在有限的存储容量内存储更多的交易记录和相关证明,提高网络的整体存储效率。区块链的存储空间是有限且宝贵的。在 Web3 应用中,如去中心化金融(DeFi)、非同质化代币(NFT)市场等,大量的交易和操作需要记录。如果零知识证明的数据不进行压缩,会占用过多的区块链存储空间,导致存储成本增加并且降低整个系统的可扩展性。通过压缩,可以在相同的存储容量下记录更多的有效信息
    • 增强隐私保护能力
      • 在隐私敏感的应用场景中,如隐私保护的去中心化金融(DeFi)交易,ZK Compression 有助于进一步隐藏交易细节。较小的数据包在存储和传输过程中更难被分析和破解,从而加强了用户隐私保护。除了效率方面的好处,压缩零知识证明数据也有助于进一步保护隐私。较小的数据包在传输过程中被拦截或分析的风险相对较低,并且可以通过巧妙的压缩算法设计,将一些敏感信息更加隐蔽地存储,从而增强整个 Web3 系统的隐私保护能力
  5. Solana 中 ZK Compression 的实现方式
    • 协议层集成
      • Solana 可能在其协议层设计了特定的机制来处理零知识证明压缩。这可能涉及到在交易打包和验证阶段,对包含零知识证明的数据进行自动压缩。例如,在节点接收交易时,对带有隐私保护需求的交易中的零知识证明部分进行压缩处理,然后再存储和转发。
    • 与加密库协作
      • Solana 利用现有的加密库和压缩技术来实现 ZK Compression。开发人员可能会使用诸如 Ristretto、Bulletproofs 等零知识证明库,并结合高效的压缩算法(如 zstd 等)来对证明数据进行压缩。在具体实现中,可能会在智能合约的编译阶段或者运行时,对生成的零知识证明进行压缩操作。

6.Solana 中 ZK Compression 的挑战与应对策略

兼容性问题:

  • 挑战:Solana 生态系统中的多种应用和工具(如钱包、DApps)需要处理压缩后的零知识证明数据,这要求 ZK Compression 机制具有广泛的兼容性。
  • 应对策略:通过制定统一标准和接口,并提供详细的开发文档和指南来帮助开发者。同时,进行广泛的测试以确保主流应用能够适应这种压缩机制。
    性能权衡与优化:
  • 挑战:虽然压缩有诸多好处,但也可能增加计算开销,影响交易验证时间和网络性能。
  • 应对策略:研究高效的压缩算法,减少性能损耗。可以通过硬件加速或采用自适应压缩技术来提高效率,根据数据类型选择最佳压缩方法。
    实现方式:
  • 密码学算法 + 传统压缩:先用密码学手段对零知识证明数据进行预处理,再利用常规压缩算法(如 gzip)进行压缩。
  • 同态加密压缩:对于支持同态加密的应用场景,在保持数据加密状态的同时对其进行压缩,从而在不泄露信息的前提下减小数据体积。
  • Solana 中 ZK Compression 的应用

** **Solana 中 ZK Compression 包含两个实践

  • 客户端开发
  • 链上程序开发

接下来从客户端开发给出简单的入门案例

ZK Compression RPC API是客户端和链上程序之间的粘合剂。它扩展了 Solana 的默认JSON RPC API,并添加了用于与 ZK Compression 状态交互的端点。要查看受支持的端点的完整列表,请访问JSON RPC 方法部分。

官网给出了 TypeScript 和 Rust SDK 用于与 ZK Compression 交互的教程

语言 软件开发工具包 描述
TypeScript @lightprotocol/stateless.js SDK to interact with compression programs via the ZK Compression RPC API
TypeScript @lightprotocol/compressed-token SDK to interact with the compressed token program
Rust light-sdk Rust client

接下来我们创建一个项目命名为 zk-compression-learn,并托管到 github。

官方给了两种安装方式

Package Manager Command
NPM Copy
plain npm install --save \ @lightprotocol/stateless.js \ @lightprotocol/compressed-token \ @solana/web3.js \ @coral-xyz/anchor \ @lightprotocol/zk-compression-cli
Yarn Copy
plain yarn add \ @lightprotocol/stateless.js \ @lightprotocol/compressed-token \ @solana/web3.js \ @coral-xyz/anchor \ @lightprotocol/zk-compression-cli

在启动之前,我们要先搭建一下测试环境,启动一个测试节点,主要教程参考下边的连接。

https://github.com/helius-labs/photon

我们先打开两个命令行窗口

第一步:先启动 solana 的测试环境,输入如下命令

solana-test-validator

第二步:启动photon,输入如下命令

photon

这样就启动了 solana 的本地测试环境,当然了,还有个更省事的,一键启动所有的测试环境

light test-validator  

通过<font style="color:#2fff12;">light config --get</font> 命令,可以看到当前启动的端口情况

────────────── ───────────────────── 
Solana RPC URL http://127.0.0.1:8899 
Indexer URL    http://127.0.0.1:8784 
Prover URL     http://127.0.0.1:3001 

接下来,我门用官方给出的例子来对关键点几个接口进行测试,拷贝下来创建一个新项目,就 OK 了

https://github.com/Lightprotocol/example-web-client

然后进入到项目安装 zk compression 的依赖,我们这里采用第一种 NPM 的方式

npm install --save \
    @lightprotocol/stateless.js \
    @lightprotocol/compressed-token \
    @solana/web3.js \
    @coral-xyz/anchor \
    @lightprotocol/zk-compression-cli

出现如下命令表示安装成功

进入项目,结构如图所示

接下来,我们先来第一个案例,用于与本地的 dev 环境进行交互,代码如下


const TestConnectionButton: FC = () => {
  const onClick = useCallback(async () => {
    try {
      let slot = await connectionForTest.getSlot();
      console.log("=====" + slot);

      let health = await connectionForTest.getIndexerHealth(slot);
      console.log("+++++"+health);
      // "Ok"
    } catch (error) {
      console.error("Error testing the connection:", error);
    }
  }, []);

  return (
      <button
          style={{
            fontSize: "1rem",
            padding: "1rem",
            backgroundColor: "#ff0000",
            cursor: "pointer",
          }}
          onClick={onClick}
          disabled={!connectionForTest}
      >
        测试连接
      </button>
  );
}

启动项目,打开浏览器进行访问

会发现多了一个按钮,我们打开 F12,进入浏览器开发者模式,点击浏览器的控制台,然后再次点击我们新加入的按钮。

出现如下内容,表示连接成功

接下来,进行第二个案例。这个案例就是进行一系列交易操作,代码如下。


const PerformTokenOperationsButton: FC = () => {
  const { publicKey, sendTransaction } = useWallet();

  const onClick = useCallback(async () => {
    if (!publicKey) throw new WalletNotConnectedError();

    try {
      // Airdrop lamports to pay fees
      await confirmTx(
          connectionForTest,
          await connectionForTest.requestAirdrop(payer.publicKey, 10e9)
      );

      await confirmTx(
          connectionForTest,
          await connectionForTest.requestAirdrop(tokenRecipient.publicKey, 1e6)
      );

      // Create a compressed token mint
      const { mint, transactionSignature } = await createMint(
          connectionForTest,
          payer,
          payer.publicKey,
          9 // Number of decimals
      );

      console.log(`create-mint  success! txId: ${transactionSignature}`);

      // Mint compressed tokens to the payer's account
      const mintToTxId = await mintTo(
          connectionForTest,
          payer,
          mint,
          payer.publicKey, // Destination
          payer,
          1e9 // Amount
      );

      console.log(`Minted 1e9 tokens to ${payer.publicKey} was a success!`);
      console.log(`txId: ${mintToTxId}`);

      // Transfer compressed tokens
      // @ts-ignore
      const transferTxId = await transfer(
          connectionForTest,
          payer,
          mint,
          7e8, // Amount
          payer, // Owner
          tokenRecipient.publicKey // To address
      );

      console.log(`Transfer of 7e8 ${mint} to ${tokenRecipient.publicKey} was a success!`);
      console.log(`txId: ${transferTxId}`);
    } catch (error) {
      console.error("Error performing token operations:", error);
    }
  }, [publicKey, sendTransaction]);

  return (
      <button
          style={{
            fontSize: "1rem",
            padding: "1rem",
            backgroundColor: "#0066ff",
            cursor: "pointer",
          }}
          onClick={onClick}
          disabled={!publicKey}
      >
        交易操作
      </button>
  );
}

然后会生成一个新的按钮

再点击这个按钮之前,我们现连接钱包,也就是项目的第一个按钮,连接钱包后,点击交易操作按钮。会生成一系列的交易信息

至此,zk compression 的介绍以及简单入门就结束啦。

详细代码请参考链接:https://github.com/rogers3333/zk-compression-learn

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