zkTLS技术:打破Web3数据孤岛的新方向

近期,我一直在探索新的项目方向。在产品设计过程中,我接触到了一个之前未涉足的技术领域 - zkTLS。经过深入研究和学习,我想将心得与大家分享。

zkTLS是一种结合零知识证明(ZKP)和传输层安全协议(TLS)的新型技术。在Web3领域,它主要用于链上虚拟机环境,可以在无需信任第三方的情况下验证链下HTTPS数据的真实性。这里的真实性包括三个方面:数据源确实来自某个HTTPS资源、返回的数据未被篡改、数据的时效性得到保证。通过这种密码学实现机制,使链上智能合约获得可信访问链下Web2 HTTPS资源的能力,从而打破数据孤岛。

TLS协议简介

为了更深入理解zkTLS技术的价值,有必要对TLS协议做一个简要概述。TLS用于在网络通信中提供加密、认证和数据完整性,确保客户端(如浏览器)和服务器(如网站)之间数据传输的安全性。

非网络开发人员可能注意到,有些网站域名以https为前缀,有些则以http为前缀。访问后者时,主流浏览器通常会提示不安全。而访问前者时,可能会遇到"您的链接不是私密链接"或HTTPS证书错误的提示。这些提示与TLS协议的可用性有关。

HTTPS协议实际上是在HTTP协议基础上利用TLS协议保证了信息传输的隐私性和完整性,并使服务器端的真实性可验证。HTTP协议是一种明文传输的网络协议,且无法验证服务器端的真实性,这会导致几个安全问题:

1. 与服务器传输的信息可能被第三方监听,造成隐私泄露。
2. 无法验证服务器端的真实性,请求可能被恶意节点劫持并返回恶意信息。
3. 无法验证返回信息的完整性,可能因网络原因造成数据丢失。

TLS协议正是为解决这些问题而设计的。值得一提的是,TLS协议是基于SSL 3.1版本开发的,两者在某些语境下可以互换使用。

TLS协议解决上述问题的主要思路是:

1. 加密通信:使用对称加密(如AES、ChaCha20)保护数据,防止窃听。
2. 身份认证:通过第三方颁发给指定机构的数字证书(如X.509证书)验证服务器身份,防止中间人攻击。
3. 数据完整性:使用HMAC(哈希消息认证码)或AEAD(认证加密)确保数据未被篡改。

基于TLS协议的HTTPS协议在数据交互过程中分为两个阶段:握手阶段和数据传输阶段。具体过程包括四个步骤:

1. 客户端发送ClientHello
2. 服务器发送ServerHello
3. 客户端验证服务器
4. 开始加密通信

这种广泛应用于Web2网络的基础技术,却为Web3应用开发带来了挑战。特别是当链上智能合约需要访问链下数据时,由于数据可用性问题,链上虚拟机不会开放外部数据调用能力,以确保所有数据的可回溯性,进而保证共识机制的安全性。

然而,随着发展,开发者发现DApp对链外数据有需求。于是,预言机(Oracle)项目应运而生,如Chainlink和Pyth等。这些项目通过充当链上数据与链下数据的中继桥,打破数据孤岛现象。为保证中继数据的可用性,这些Oracle通常采用PoS共识机制,即让中继节点的作恶成本高于收益,从经济效益上防止向链上提供错误信息。

zkTLS的优势

然而,基于Oracle的数据获取方案存在两个问题:

1. 成本过高:为保证Oracle传递到链上的数据真实性,需要PoS共识机制,这带来了高昂的维护成本。通常,Oracle项目只会免费维护最主流的数据,如BTC等主流资产价格。对于专属需求则需付费,这阻碍了应用创新,特别是长尾、定制化需求。

2. 效率低下:PoS机制的共识需要时间,造成链上数据滞后,对高频访问场景不利。

zkTLS技术正是为解决这些问题而生。它通过引入ZKP零知识证明算法,让链上智能合约作为第三方直接验证某个节点提供的数据确实来自某个HTTPS资源且未经篡改,从而避免传统Oracle因共识算法导致的高昂使用成本。

zkTLS采用密码学保护,替代传统Oracle基于共识机制为数据带来可用性的高昂成本。具体而言,通过引入ZKP零知识证明,对链下中继节点请求HTTPS资源获得的数据、相关CA证书验证信息、时序证明以及基于HMAC或AEAD的数据完整性证明进行计算生成Proof,并在链上维护必要的验证信息和算法。这使得智能合约在不暴露关键信息的同时,可以验证数据的真实性、时效性及数据源的可靠性。

这种技术方案最大的优势是降低了Web2 HTTPS资源达成可用性的成本,激发了许多新需求。特别是在降低长尾资产的链上价格获取、利用Web2权威网站做链上KYC,从而优化DID、Web3 Game的技术架构设计等方面。

当然,zkTLS对现有Web3企业也带来了冲击,尤其是针对当前主流的预言机项目。为应对这种冲击,Chainlink、Pyth等行业巨头积极跟进相关方向研究,试图在技术迭代过程中保持主导地位,同时也催生了新的商业模式,如从按时间收费向按用量收费转换、Compute as a service等。主要难点与大多数ZK项目类似,在于如何降低计算成本,使之具有商业化价值。

综上所述,在产品设计时,关注zkTLS的发展动态并适当整合这一技术栈,可能会在业务创新和技术架构方面找到新的方向。