通用可信设置：现状、挑战与未来

通用可信设置（Universal Trusted Setup），听起来是不是有点拗口？别担心，咱们先从一个更熟悉的词说起——“零知识证明”（Zero-Knowledge Proof，ZKP）。

想当年，你是不是也曾被“如何在不泄露密码的情况下证明你知道密码”这类问题困扰过？零知识证明就是解决这类问题的利器。它允许一方（证明者）向另一方（验证者）证明某个陈述是正确的，而无需透露任何关于该陈述本身的额外信息。是不是很神奇？

而通用可信设置，正是构建某些特定类型的零知识证明系统（例如 zk-SNARKs）的关键环节。它的“通用”之处在于，一旦完成设置，就可以用于多个不同的应用，而无需为每个应用单独进行设置。这就好比建好了一座桥，各种车辆都可以通行，无需为每种车辆单独建桥。

但这座“桥”的建设并非易事。传统的“可信设置”需要一个完全可信的第三方来生成一些秘密参数。一旦这个第三方被攻破或者作恶，整个系统的安全性就会崩溃。这就像把所有鸡蛋放在一个篮子里，风险极高。

所以，“通用可信设置”的目标就是：消除对单一可信第三方的依赖，同时保持设置的通用性。

通用可信设置的优势：不止是安全

除了安全性，通用可信设置还有以下优势：

• 效率提升： 正如前面提到的“桥”的比喻，通用可信设置避免了重复建设，大大提高了效率。想象一下，如果每个区块链项目、每个需要隐私保护的应用都要进行一次独立的可信设置，那将是多么巨大的资源浪费！
• 降低门槛： 独立进行可信设置不仅耗时耗力，还需要深厚的密码学专业知识。通用可信设置将这一过程标准化、简化，降低了零知识证明技术的应用门槛，让更多开发者和项目可以受益。
• 增强互操作性： 不同的零知识证明系统如果基于同一个通用可信设置，它们之间的互操作性将大大增强。这为构建更加开放、协作的Web3生态系统奠定了基础。
• 规模化优势: 随着越来越多项目使用, 参与的人数也越来越多, 安全性也会随着参与人数的增加而增加.

挑战：信任的难题如何解？

通用可信设置的核心挑战在于：如何在没有完全可信第三方的情况下，生成一个可信的、可验证的设置？这听起来似乎自相矛盾，但密码学家们已经提出了一些巧妙的解决方案，其中最主要的是：

• 多方计算（MPC）： 这是目前最主流的方法。它允许多个参与者共同生成设置参数，而无需任何一方知道完整的秘密信息。即使其中一部分参与者合谋，也无法破坏整个设置的安全性。这种方法有点像“拼图”，每个参与者只掌握一块拼图，只有所有拼图合在一起才能看到完整的图像。 常见的MPC仪式有: Perpetual Powers of Tau, Zcash Ceremony, Filecoin Ceremony.

  • Perpetual Powers of Tau: 这是以太坊社区主导的一个长期运行的MPC仪式，旨在为各种基于zk-SNARKs的项目提供通用可信设置。它的特点是“永久”运行，任何人都可以随时加入，贡献自己的随机性，进一步增强设置的安全性。
  • Zcash Ceremony: Zcash是第一个广泛应用zk-SNARKs技术的加密货币。为了确保其匿名性，Zcash团队组织了多次MPC仪式来生成可信设置。这些仪式以其高度的透明性和安全性而闻名。
  • Filecoin Ceremony: Filecoin是一个去中心化存储网络，也使用了zk-SNARKs技术来证明存储提供商确实存储了用户的数据。Filecoin也进行了自己的MPC仪式，以确保其系统的安全性。

• 基于硬件的可信执行环境（TEE）： 例如Intel SGX等技术，可以在硬件层面创建一个隔离的执行环境，即使操作系统被攻破，TEE内部的代码和数据也能得到保护。这种方法可以用于生成可信设置，但其安全性依赖于硬件厂商的信誉和TEE本身的安全性。

• 透明的、可审计的设置过程： 即使采用MPC等技术，也需要确保整个设置过程是透明的、可审计的，以便公众可以验证其正确性。这通常包括公开代码、公布参与者名单、记录每一步操作等。

风险与争议：没有银弹

尽管通用可信设置在不断发展，但仍然存在一些风险和争议：

• MPC仪式的复杂性： MPC仪式的参与者可能需要执行复杂的计算和通信操作，这可能导致一些错误或漏洞。此外，大规模的MPC仪式组织起来也相当困难。
• TEE的安全性： 虽然TEE提供了一定程度的保护，但它们并非绝对安全。历史上已经发生过多起针对TEE的攻击事件，这使得人们对基于TEE的可信设置产生了一些担忧。
• “信任假设”的转移： 通用可信设置并没有完全消除“信任假设”，只是将其从对单一第三方的信任，转移到了对MPC仪式参与者或TEE厂商的信任。我们需要仔细评估这些新的信任假设是否合理。
• 中心化风险: 虽然MPC旨在去中心化, 但是如果参与者不够分散, 或者有少数参与者拥有过大的权力, 仍然可能存在中心化风险.

当前研究进展：不断探索

通用可信设置领域的研究非常活跃，不断有新的方案和技术涌现。以下是一些值得关注的研究方向：

• 更高效的MPC协议： 研究人员正在努力设计更高效、更安全的MPC协议，以降低通用可信设置的成本和复杂性。
• 后量子安全的可信设置： 随着量子计算的发展，传统的密码学算法面临被破解的风险。因此，研究后量子安全的可信设置变得越来越重要。
• 形式化验证： 为了确保可信设置的正确性，研究人员正在使用形式化验证方法来证明其安全性。
• 去中心化自治组织（DAO）治理： 一些项目正在探索使用DAO来管理通用可信设置，以提高其透明度和社区参与度。
• 基于区块链的MPC： 利用区块链的不可篡改性和透明性，可以构建更加安全、可信的MPC仪式。

总结：未来可期，但仍需谨慎

通用可信设置是零知识证明技术走向大规模应用的关键一步。它在提高安全性、效率和互操作性方面具有巨大潜力。然而，通用可信设置并非完美无缺，仍然存在一些挑战和风险。我们需要保持谨慎，持续关注这一领域的研究进展，并在实践中不断探索和完善。

总的来说, 我们可以将通用可信设置理解为一种社会契约, 它建立在密码学、分布式计算和社区治理的基础上, 旨在为零知识证明应用提供一个可信的基础设施. 随着技术的不断进步和社区的共同努力, 相信通用可信设置将会在未来的Web3世界中发挥越来越重要的作用。

就像那句老话说的，“没有绝对的安全，只有相对的安全”。在通用可信设置的世界里，也是如此。但通过不断的技术创新和社区协作，我们可以让这个世界变得更加安全、可信、高效。