概述

Web3的普及面臨許多挑戰，其中一個重要問題是如何幫助傳統Web2開發者在不深入瞭解加密技術的情況下順利過渡到區塊鏈應用開發。zkWASM（基於零知識證明的WebAssembly虛擬機）為這一問題提供了有效的解決方案。

zkWASM將零知識證明（ZK）與WebAssembly（WASM）相結合，旨在幫助Web2應用無縫遷移到Web3。

通過鏈下處理計算，鏈上僅保存計算證明，zkWASM使得開發者可以使用熟悉的編程語言（如Rust、C++、Go）構建去中心化應用，而無需深入掌握零知識證明技術，從而大大降低了開發門檻，解決了技術轉型的痛點。

來源：https://delphinuslab.com/tutorial/

核心概念

zkWASM 主要由以下兩個核心技術組成：

WebAssembly (WASM)：是一種高效的字節碼格式，支持 C、Rust 等語言在瀏覽器或區塊鏈虛擬機中運行。由谷歌、Mozilla、微軟和蘋果共同開發，WASM 提供出色的性能和可移植性，廣泛應用於高性能 Web 開發。

來源：@bhavani.indukuri2/webassembly-wasm-revolutionising-web-development-with-high-performance-and-portability-e4aef76391bb"">https://medium.com/@bhavani.indukuri2/webassembly-wasm-revolutionising-web-development-with-high-performance-and-portability-e4aef76391bb

零知識證明 (ZK)： ZK 允許證明者在不洩露計算細節的情況下，向驗證者證明某個計算的正確性。

zkWASM 結合了兩者的優勢，使得 WASM 代碼的執行結果可以通過零知識證明進行驗證，從而提高區塊鏈的隱私性和可擴展性。

工作原理

zkWASM的核心在於將WASM指令集與零知識證明（ZK）結合，從而實現高效且可驗證的計算。其工作流程主要包括以下幾個步驟：

1. WASM代碼執行：WASM執行智能合約或計算任務，併產生計算結果。
2. ZK證明生成：利用零知識證明技術，對WASM計算過程生成可驗證的證明。
3. 驗證計算正確性：驗證者（如區塊鏈網絡中的節點）僅需檢查ZK證明，而無需重新執行計算，確保計算結果的正確性與可信度。

zkWASM作為一個可移植的虛擬機，允許開發者使用熟悉的編程語言編寫隱私保護應用，並將其編譯為WASM格式。用戶可像使用普通應用一樣在瀏覽器中運行這些應用，無需額外硬件或軟件支持。

關鍵項目

Delphinus Lab

簡介：
Delphinus Lab是zkWasm生態中的核心貢獻者之一，專注於提供基於zkWasm的信任計算解決方案和開發者工具包（SDK）。其目標是通過zkWasm為Web2開發者提供簡潔的工具，將Web3的去中心化特性融入傳統應用。

主要工作：
開發zkWasm虛擬機，支持在鏈下執行復雜的Wasm應用程序，並通過零知識證明驗證結果。
提供多種語言支持（如C、C++、Rust、AssemblyScript）以編譯到Wasm字節碼。
推出了zkWasm Hub，一個託管雲服務，用於查找和共享zkWasm應用鏡像，支持自動化證明和批處理服務。

應用：
適用於隱私保護計算、去中心化應用（DApp）開發，以及構建定製化的Rollup協議。

來源：https://delphinuslab.com/?ref=blog.icme.io

ZKCROSS

簡介：
ZKCROSS是一個多鏈zkRollup執行層，利用zkWasm技術實現跨鏈互操作性和通用執行層。

主要工作：
解耦執行層和結算層，通過zkWasm提供一個可信任的多鏈執行環境。
支持多鏈原生產品的快速開發和部署，採用端到端ZKP協議確保安全性。

應用：
跨鏈資產轉移、鏈上游戲的跨鏈互動、跨鏈DeFi協議。

來源：https://www.zkcross.org/

Polygon與NEAR的zkWasm合作

簡介：
Polygon Labs和NEAR Foundation合作開發zkWasm Prover，旨在為基於Wasm的區塊鏈提供零知識證明支持。

主要工作：
NEAR Foundation成為Polygon Chain Development Kit（CDK）的核心貢獻者，允許開發者在構建ZK驅動的Layer 2鏈時選擇zkWasm Prover。
增強Wasm鏈與Ethereum生態的互操作性，提供更高的安全性和可擴展性。

應用：
適用於構建自定義的ZK驅動Layer 2鏈，支持EVM和Wasm生態的擴展。

來源：https://polygon.technology/blog/polygon-labs-and-near-foundation-collaborate-to-build-a-zkwasm-prover-as-a-component-for-polygon-cdk

zkWasm Hub

簡介：
由Delphinus Lab支持的雲服務平臺，專注於zkWasm應用的開發和分發。

主要工作：
提供zkWasm應用鏡像的存儲和訪問，支持通過REST接口訪問。
支持自動化編譯和更新服務，開發者可將GitHub項目直接部署到zkWasm Hub。
提供任務瀏覽器（Explorer）用於查看zkWasm任務狀態。

應用：
開發者工具、應用分發平臺、去中心化雲服務。

來源：https://zkwasmhub.com/

zkEVM和eWASM 和 zkWASM對比

zkEVM 側重以太坊的隱私和擴容，支持Solidity；zkWASM 聚焦Web2到Web3的過渡，支持多種傳統編程語言；eWASM 提升以太坊智能合約的執行效率，支持多語言。

三者的區別在於 zkEVM 專注於以太坊擴容，zkWASM 關注傳統開發者遷移，eWASM 聚焦智能合約性能。

來源：https://hyperoracle.medium.com/zkwasm-the-next-chapter-of-zk-and-zkvm-471038b1fba6

優勢

提高隱私性

zkWASM 允許用戶執行智能合約或計算任務，同時只暴露計算結果，而不會洩露具體的輸入數據。例如，用戶可以在鏈下進行復雜計算，並通過 ZK 證明其結果的正確性，而無需公開計算過程。

可驗證計算

傳統的智能合約執行依賴於所有節點重複計算，而 zkWASM 允許計算過程在鏈下執行，並生成 ZK 證明，使鏈上節點只需驗證證明即可確認計算的正確性。這種方法大大降低了鏈上計算成本。

兼容性強

由於 WASM 具有跨平臺特性，zkWASM 可以支持多種編程語言，如 Rust、C++ 和 Go，使得開發者可以使用熟悉的工具鏈構建 ZK 計算程序。

提高可擴展性

通過將計算過程移至鏈下並僅提交 ZK 證明，zkWASM 顯著降低了鏈上計算負擔，提高了區塊鏈的可擴展性。這對於 Rollup、Layer 2 解決方案等擴展方案尤為重要。

來源：https://delphinuslab.com/tutorial/

挑戰

儘管 zkWASM 具備 隱私保護、可擴展性、跨平臺兼容性 等諸多優勢，但在落地過程中仍然面臨一系列技術挑戰：

1. 計算開銷大，證明生成成本高

zkWASM 在執行 WASM 代碼的同時，需要將每一步計算 轉換為零知識證明電路，這會顯著增加計算複雜度。

問題：零知識證明（如 ZK-SNARK、ZK-STARK）通常涉及大量複雜數學運算（如多項式承諾、橢圓曲線運算），導致 證明生成時間較長，計算資源消耗大。

潛在優化：研究 更高效的 ZK 證明算法，利用 硬件加速（如 FPGA、GPU） 以降低計算開銷。

2. WASM 到零知識電路的映射覆雜

WASM 設計用於高效執行，但並未針對 零知識證明友好性 進行優化，因此直接轉換為 ZK 電路時可能存在瓶頸。

問題：WASM 指令集與零知識證明的 算術電路模型 之間並非一一對應，導致轉換過程低效。

潛在優化：開發 更高效的中間表示（IR），減少不必要的計算開銷，使 WASM 代碼更適用於 ZK 計算。

3. 兼容性與開發者生態建設

儘管 WASM 具備多語言支持，但 zkWASM 仍需 兼容現有的 ZK 生態工具，以降低開發者的學習成本。

問題：現有的 ZK 語言（如 Circom、ZoKrates）與 WASM 生態存在 技術棧差異，如何讓 zkWASM 無縫對接主流區塊鏈和 DApp 生態 是一大挑戰。

潛在優化：推動 zkWASM 與 Solidity、Rust、C++ 等主流語言的深度集成，並提供 易用的 SDK 和開發框架。

4. 證明驗證成本與鏈上可擴展性

在區塊鏈環境中，zkWASM 生成的 ZK 證明需要 在鏈上進行驗證，但鏈上計算資源有限，如何優化驗證成本是關鍵。

問題：儘管驗證 ZK 證明的計算成本遠低於重新執行計算，但在公鏈（如以太坊）上仍可能造成較高的 Gas 費用。

潛在優化：研究 更高效的驗證算法（如聚合證明、遞歸證明），以及 Layer 2 方案優化鏈上驗證流程，減少 Gas 開銷。

5. 生態系統建設與標準化

zkWASM 作為新興技術，需要建立 開發工具、社區支持、行業標準，推動更廣泛的應用落地。

問題：目前 zkWASM 仍處於早期階段，缺乏統一的 API 規範、開發者工具鏈、審計標準，影響了其推廣速度。

潛在優化：建立 開源 SDK、測試工具、智能合約庫，鼓勵更多開發者參與 zkWASM 生態建設，並推動其成為 Web3 領域的通用隱私計算方案。

zkWASM 作為 WASM 與零知識證明結合的創新方案，在 隱私計算、Layer 2 擴展、AI 計算驗證 等領域具有廣闊前景。然而，要真正落地並大規模應用，仍需克服 計算開銷、兼容性、驗證成本、生態建設 等關鍵挑戰。未來，隨著 ZK 證明技術的優化、硬件加速的發展、開發工具鏈的完善，zkWASM 有望成為 區塊鏈隱私計算的核心技術之一。

未來展望和應用場景

zkWASM 的創新架構賦予其在去中心化應用中的巨大潛力。隨著零知識證明與 WebAssembly 技術的發展，zkWASM 有望成為 Web3 生態的重要基石，為各行業提供隱私保護、安全性和可擴展性解決方案。

未來，隨著技術優化和開發工具鏈的成熟，zkWASM 將為開發者提供更友好的環境，並在 Web3、DeFi、AI、物聯網等領域拓展應用，推動區塊鏈技術的廣泛普及。

1. DeFi（去中心化金融）

高效交易處理：通過鏈下計算和零知識證明，zkWasm可以大幅減少鏈上交易的成本和延遲，適用於去中心化交易所（DEX）、自動化做市商（AMM）等。

隱私保護：利用ZKP技術，zkWasm能夠實現隱私交易，用戶可以在不暴露交易細節的情況下完成資金轉移或智能合約執行。

跨鏈互操作：結合ZKCROSS等跨鏈方案，支持不同區塊鏈之間的資產轉移和流動性聚合。

用戶場景：用戶 A 想匿名將 ETH 換成 USDT，zkSwap 在鏈下完成匹配，鏈上僅記錄交易完成狀態，保護隱私且成本低。

來源：https://app.uniswap.org/?lng=en-US

2. GameFi（遊戲金融）

複雜遊戲邏輯：zkWasm支持鏈下執行復雜的遊戲邏輯（如多人在線遊戲的實時計算），並通過零知識證明驗證結果，確保公平性。

NFT交易與管理：GameFi中的NFT資產（如遊戲道具、皮膚等）可以在zkWasm的高效Rollup層上進行低成本交易。

可擴展性：通過L3/L4層應用特定Rollup，GameFi應用能夠支持大規模用戶併發，解決傳統鏈上游戲的性能瓶頸。

用戶場景：玩家 A 與玩家 B 對戰，鏈下計算戰鬥結果，zkWasm 驗證 A 勝利，鏈上記錄 A 獲得稀有 NFT 卡牌，交易費用低廉。

來源：https://axieinfinity.com/

3. SocialFi（社交金融）

去中心化社交網絡：zkWasm可以支持去中心化的社交平臺，用戶數據通過ZKP技術加密存儲，確保隱私和所有權。

經濟激勵模型：SocialFi平臺可以通過代幣激勵內容創作者和用戶，zkWasm的高吞吐量和低成本特性使其適合處理大規模微交易。

內容驗證：利用零知識證明，zkWasm可以驗證內容的真實性或版權歸屬，同時保護用戶隱私。

用戶場景：用戶 A 發佈一篇加密文章，zkVoice 驗證原創性並記錄獲贊 100 次，鏈上分配代幣獎勵，用戶隱私全程保護。

來源：https://www.thetatoken.org/

4. AI（人工智能）

鏈上機器學習：zkWasm支持鏈下執行復雜的AI模型推理或訓練（如神經網絡計算），並通過零知識證明將結果上鍊，適用於去中心化的AI應用。

隱私保護計算：在醫療、金融等領域，zkWasm可以實現隱私保護的AI模型推理，用戶數據無需暴露即可參與計算。

代幣化AI生態：探索AI模型的代幣化激勵和去中心化治理。

用戶場景案例：患者上傳加密的血液檢測數據，BioPassport 預測糖尿病風險，生成“高風險”證明提交到鏈上，醫生參考結果，患者數據不暴露。

來源：https://biopassport.io/

5. Web2到Web3的複雜應用遷移

傳統Web2應用：zkWasm的通用性使其能夠運行Web2的複雜邏輯（如社交媒體平臺、內容管理系統、電子商務系統等），並通過零知識證明和Rollup技術將其遷移到Web3。

高性能計算：鏈下執行結合鏈上驗證，zkWasm可以支持Web2應用的高性能需求，同時保持去中心化和安全性。

開發者友好：WebAssembly的廣泛支持降低了開發者從Web2到Web3的遷移門檻。

用戶場景案例：用戶 A 購買手機， 在鏈下匹配訂單，zkWasm 驗證庫存和支付，鏈上記錄交易完成，物流信息加密存儲在 IPFS。

來源：https://www.amazon.com/s?k=cell+phone&crid=2J18MS8O3AMA8&sprefix=cell+phone%2Caps%2C603&ref=nb_sb_noss_1

6. 隱私保護的身份與認證系統

去中心化身份（DID）：zkWasm可以用於構建隱私保護的身份系統，用戶可以在不暴露個人信息的情況下證明身份或資質。

零知識認證：如在KYC（瞭解你的客戶）流程中，用戶可以通過ZKP證明符合條件，而無需公開具體數據。

用戶場景案例：用戶申請貸款，上傳加密護照信息，驗證年齡超過 18 歲，鏈上記錄“符合條件”證明，平臺無需查看具體數據。

來源：https://getaverses.com/

7. 供應鏈與溯源

數據隱私溯源：在供應鏈管理中，zkWasm可以驗證產品來源、運輸記錄等信息，同時保護商業敏感數據。

高效結算：通過Rollup技術，供應鏈中的多方交易和記錄可以在鏈下高效處理，僅將最終證明提交到鏈上。

用戶場景案例：消費者掃描牛奶包裝二維碼，zkTrace 顯示“產自 A 農場，已通過檢測”證明，具體生產數據加密保護。

來源：https://ethglobal.com/showcase/zktrace-imqfh

8. 去中心化雲計算

分佈式計算任務：zkWasm支持將複雜的計算任務分發到鏈下節點執行，並通過零知識證明驗證結果，適用於去中心化的雲計算平臺。

資源優化：通過分層擴展（L3/L4 Rollup），zkWasm能夠高效分配計算資源，降低成本。

用戶場景：研究者提交蛋白質摺疊任務，鏈下節點完成計算，zkWasm 驗證結果，鏈上記錄並支付代幣獎勵。

9. 物聯網（IoT）與智能設備

設備間隱私通信：zkWasm可以實現物聯網設備之間的隱私保護通信，數據通過ZKP驗證，確保安全性和真實性。

微交易：支持智能設備之間的小額支付（如能源交易、數據共享），通過Rollup實現低成本高吞吐量。

用戶場景：家庭 A 的太陽能板向家庭 B 出售電力，鏈下計算交易，zkWasm 驗證，鏈上記錄支付，成本極低。

來源：https://bloxmove.com/

10. 其他潛在應用

投票與治理：基於ZKP的匿名投票系統，確保投票隱私和結果可驗證。

醫療數據管理：保護患者隱私的同時實現數據共享和分析。

教育與證書：去中心化的學歷或技能證書頒發，防篡改且可驗證。

結語

zkWASM旨在解決Web2應用向Web3遷移時遇到的技術壁壘，推動Web3的更廣泛應用。它結合了傳統編程語言和零知識證明技術，提供更強的安全性、隱私保護和互操作性，幫助Web2應用順利遷移到Web3平臺。開發者可以使用熟悉的編程語言（如Rust、C++、Go）來構建去中心化應用，而不需要深入學習複雜的區塊鏈技術，從而大大降低了開發門檻。

zkWASM的應用場景非常廣泛，涵蓋DeFi、GameFi、SocialFi、AI、Web2遷移、隱私保護、供應鏈溯源、去中心化雲計算、物聯網等領域。它通過零知識證明和Rollup技術，提供高性能、隱私保護和可擴展性，為Web3的發展提供技術支持。

雖然zkWASM在計算開銷、開發生態和驗證成本上仍然面臨一些挑戰，但隨著技術的不斷優化和硬件加速的引入，它的潛力正在不斷被挖掘。未來，zkWASM有望成為去中心化計算的關鍵技術，推動Web3生態向更加高效、安全和普惠的方向發展。