Vitalik 上海演讲：区块链需要新的密码学工具

作者 | Vitalik Buterin

编译 | 吴说区块链

本期内容来自以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 在上海第十二届区块链全球峰会上的公开演讲。Vitalik 回顾了过去 15 年区块链技术的发展，并指出行业正在从单纯依赖区块链，走向一个由区块链、零知识证明、可编程密码学及其他先进技术共同组成的更广泛技术栈。随着数据分析和 AI 能力不断增强，早期公有链所依赖的隐私假设已经不再充分，因此需要新的密码学工具来解决隐私、扩容和安全问题。

Vitalik 重点介绍了 SNARK、STARK、全同态加密（FHE）和形式化验证等技术。他认为，零知识证明正在从长期路线图进入实际协议，而可编程密码学可以让区块链系统从决定“谁可以发送什么”，进一步扩展到决定“谁可以看到什么”。在这一愿景下，区块链将逐渐演变为一个更广泛的网络，涵盖 L1、L2、链下计算、交易池、区块构建等多个组成部分。

他还认为，AI 可以加速复杂密码学系统的开发、验证和理解。随着零知识证明效率不断提高，以及形式化验证、抗量子密码学等技术持续发展，开发者将有机会构建在隐私、扩容和安全方面具有更强保障的去中心化应用。

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以下为演讲全文：

Vitalik Buterin：今天我想谈一个比较宏观的话题。我们讨论区块链、Crypto 和加密货币已经超过 15 年了，上海举办区块链相关活动也已经超过 10 年。比特币诞生于 2009 年。

表面上看，我们今天构建的工具和技术似乎和过去仍然很相似。但实际上，过去 15 年发生了非常多的变化，而且我认为这些变化非常重要。对于用户来说，今天能够获得的特性，以及为此需要付出的成本，都和 10 年、15 年前的设想有很大不同。甚至我们对于自己究竟想实现什么目标的理解，也发生了很大变化。

15 年前，区块链是我们拥有的主要工具。比特币结合了区块链、数字签名和工作量证明。以太坊又加入了智能合约，并在 2022 年转向权益证明。这些就是当时我们使用的主要工具。

使用区块链首先能够获得的特性是：任何人都可以自由、开放地参与。区块链是全球化的、可靠的、安全的，也是中立的。不存在一个中心化主体可以干预区块链、干预你的应用、阻止应用运行，或者让它给出错误的结果。

但公有链也是公开的。Zcash 创始人 Zooko 很喜欢用一句话来形容：“公有链就像你银行账户的 Twitter。”

2009 年，中本聪的白皮书对隐私问题给出了一个非常基础的答案：个人的真实姓名不会直接与交易绑定。在当时，这已经被认为是一种相当强的隐私保护。那个时候，这个答案或许还可以接受，但现在我们拥有极其强大的数据分析能力和 AI，这种隐私保护显然已经不够了。

与此同时，人们也希望用区块链做更多事情。大家希望获得更高的性能，也不再只对支付感兴趣。甚至对于支付本身，我们也希望它具备更强大的特性。因此，我们确实希望走得更远，而且在很多方面，我们也必须走得更远。

过去 10 年里，可能最重要的技术变化就是零知识证明的兴起。其中包括 SNARK，而 SNARK 的抗量子版本被称为 STARK。

这些技术可以让我们验证一项计算。一个人执行计算并生成证明，其他所有人再验证这个证明，而且验证过程比重新执行整个计算高效得多。同时，它甚至不需要公开计算所使用的全部信息。

区块链背后一个非常核心的技术问题，就是如何进行验证。我们希望建立一个所有人都可以参与的系统，并且每个人都能确信系统正在按照规则运行。

最初的方法是让所有人直接重新执行所有计算。因此，你牺牲了扩展性，也牺牲了隐私。

SNARK 和 STARK 同时改变了这两点。这是一个我已经讨论了十多年的话题，而每一年，它都离真正落地更近一步。

我认为今年最大的变化是，以太坊采用这些技术的计划已经不再属于遥远未来的路线图，而是已经变成了具体的 EIP。

比如 EIP-8288，我们希望它能够进入 H-Star，也就是可能在大约两年后发生的一次硬分叉 — — 当然，有了 AI，也许甚至可以更早。

另外还有 strawmap.org 上的 Straw Map。在接下来两次硬分叉之后，其中的所有内容都将广泛使用 STARK。这是一个很大的变化。

还有一些更强大的技术正在逐渐出现。比如全同态加密，也就是 FHE，现在已经有很多人在使用。还有混淆技术，也就是 iO。很长时间以来，人们都认为这些技术距离实际应用非常遥远，但现在看来，其中一些版本可能会比很多人预想的更快变得可行。

我们拥有了更强大的技术，而这些技术也给我们带来了很多新的可能。

其中一个例子是，我们可以让区块链实现并行化，而且这种并行处理甚至可以在交易被打包进区块之前就开始。

FOCIL 是计划进入 H-Star 的一个 EIP。它是以太坊首次实现多参与者区块构建的机制。区块不再只由一个参与者创建，而是由 16 个 inclusion list 创建者参与，最后再由一个 builder 完成最终构建。

它的目标是提供更强的保证：如果你发送了一笔交易，这笔交易就能够被包含进下一个 slot，而不会存在某一个参与者可以单方面延迟它。

除了 FOCIL，还有 EIP-8288。EIP-8288 的基本思路是：我们有一些体积非常大的证明，这些对象非常庞大，而且处理成本很高，但其实没有必要把它们全部直接放进区块。

相反，我们可以通过一个大型并行流程，在链下验证所有这些证明。这个过程发生在 mempool，也就是从用户发出交易，到交易真正上链之间的这段空间。

在这个过程中，原本大量复杂的对象可以被替换成一个证明，由这个证明来验证它们全部存在。

技术层面正在发生很多这样的变化，但我认为真正重要的是，这些变化让我们可以重新思考这类系统究竟应该实现什么目标。

首先，一个很大的问题是：我们究竟在保护什么？

比特币的答案是，我们保护一种数字资产，也就是比特币这种货币。以太坊进一步说，你可以发行自己的数字资产，而我们也可以保护这些资产。

有了现代密码学以后，我们保护的不再只是数字资产，还包括信息。

在比特币和以太坊中，密码学和代码主要回答一个问题：谁可以发送什么？哪个资产属于谁？谁可以在什么时候发送哪一种资产？

现在，我们正在进入可编程密码学的时代，代码开始决定“谁可以看到什么”。

谁有权看到哪些信息？系统不再只是决定谁可以发送资产，也开始决定谁可以看到信息。这件事情正在变得可编程。

那么，计算究竟发生在哪里？

15 年前，区块链就是区块链。但在未来五年 — — 事实上很大程度上现在已经如此 — — 我们的视角正在从单独的一条区块链，转变为一整套流水线，也就是一个大型密码学网络。

在这套完整的流程中，用户首先会在本地执行大量计算。很多工作甚至在任何数据离开用户设备之前就已经完成。

然后，交易进入 mempool。mempool 有多种不同类型，也具备不同的隐私属性。之后，交易会被聚合。区块构建过程中又会有多种不同类型的参与者，最后交易才真正进入链上。

接下来是执行机制。在比特币中，同一批交易需要由每个节点重新处理。而在以太坊中，一个证明可以被验证很多次。

最后一个问题是：我们究竟牺牲了什么？

我认为，比特币和以太坊都在扩展性方面作出了巨大的牺牲，同时也牺牲了延迟。

一个中心化系统有时可以实现 100 毫秒的延迟；即使是全球系统，也可能做到 300 毫秒。比特币的延迟大约是 600 秒，也就是 10 分钟。以太坊目前每 12 秒出一个区块，而达到最终确定性大约需要 16 分钟。

但未来，以太坊的区块时间预计可以降到 4 至 8 秒，最终确定性则可以降到 8 至 32 秒。

在扩展性方面，最大的变化是：未来的区块链架构不再必然需要牺牲如此多的扩展性。

真正牺牲的将不是扩展性，而是“可扩展的通用性”（scalable generality）。

也就是说，如果你完全不给系统设定任何限制，也不给它任何关于计算行为的保证，那么你就无法获得极高的计算扩展性。

但如果你可以把计算拆分成不同部分，让它们分别执行、分别验证，并且在任何东西真正进入链上之前就完成处理，那么极高的扩展性实际上是可以实现的。

如果把区块链理解为一个包含 L1、L2 和 mempool 的完整系统，那么 mempool、L2 以及其他这些系统，就会共同形成一个非常复杂的中间层。你或者你的代理可以自行判断应该通过其中哪些部分，而大量的扩展能力都可以在这个中间层实现。

过去，我们讨论的是一个账本。现在，我们讨论的是密码学安全计算。

我们正在把计算本身带入密码学体系，真正创造一台“密码学世界计算机” — — 建立一个让交易通过各种密码学扩展机制完成处理的系统。

最终，链本身当然仍然存在，但链的角色会被尽可能缩小。链不再负责处理所有事情。

真正需要所有节点依次处理的业务逻辑会大幅减少，因为其他绝大多数工作都可以在链外完成。

所有这些变化实际上都离不开 AI。我认为，我们必须承认 AI 对这些进展作出了很大贡献。

甚至我的幻灯片现在没有那么难看，也是因为 AI。Qwen 帮我把它们做得漂亮了很多，所以也要谢谢它。

基本上，整个工作流程的每一个环节都正在被 AI 加速。

在 AI 出现之前，我们已经有了零知识证明，但只能构建相对简单的密码学应用。其中一个原因是，一旦代码量超过大约 100 行，甚至 1,000 行，里面几乎一定会出现 Bug。

有了 AI，我们可以使用形式化验证，也可以采用不同类型的冗余测试、规范和分析，从而让规模更大、复杂程度更高的系统也能够保持安全。

进入 AI 时代以后，我们可以把更多工作放进密码学系统。

过去我们使用的算法也存在非常高的额外开销。现在，100 倍甚至更低的开销已经经常可以实现。对于 ZK-SNARK，我们在 AI 推理上的额外开销已经低于 10 倍；某些类型的哈希运算也已经低于 10 倍。FHE 目前大约是 250 倍，但这个数字正在非常快速地下降。

过去，验证这些东西需要人工完成。现在，我们有了形式化验证。

还有一个很大的实际瓶颈 — — 我认为这也是到目前为止 L2 没有充分发挥潜力的重要原因之一 — — 就是过去能够为 L2 提供的安全保障存在上限。

你需要冗余，需要多个证明系统，还需要安全委员会。

现在新的方法是形式化验证。

如果有需要，你甚至可以使用多个规范和一个实现。可以让不同的人、不同的 AI Agent、不同的团队，用不同方式描述系统正在完成的工作，然后自动通过数学证明，确认它们表达的是同一件事情。

如果它们最终给出了不同的结果，那么需要所有人共同检查的基础范围就会小很多，也就更容易判断究竟哪一方是正确的。

目前，以太坊生态正在取得大量进展，无论是在协议层还是应用层都是如此。我建议大家去看看以太坊协议的路线图。

如果你仔细看，就会发现 H-Star 之后的每一次硬分叉 — — 也就是从大约一年以后开始的所有硬分叉 — — 都会涉及非常先进的密码学功能：把所有东西放进 STARK，把所有东西放进虚拟机，聚合 STARK，对所有内容进行形式化验证，以及采用抗量子签名算法。

这些技术结合起来，正在让以太坊从一条单纯的区块链，转变为一个包含不同层次、更庞大的网络。

AI 的好处之一，不只是帮助我们更快地构建这些东西，也不只是让我们能够更安全地构建它们 — — 当然，前提是我们确实把安全当成重要目标，而以太坊确实如此。

AI 还让这里的每一个人都更容易理解这些技术。

如果你是一名开发者或者研究人员，我非常建议你尝试理解目前正在构建的不同部分：理解各个组件，理解它们分别具有什么特性，并思考其中是否有某一个具体领域是你希望参与贡献的。

参与这种前沿技术和生态的门槛正在迅速降低。只要你愿意学习、愿意思考，也愿意投入精力参与研究和建设，就越来越有机会真正参与其中。

现在甚至已经有一些公开竞赛，专门用于改进各种算法，以及对算法改进进行形式化验证。

现在也是一个很好的时机，让我们重新思考过去一直在开发的应用，并构建新的应用。

五年前、十年前甚至十五年前，以太坊上的很多应用在开发时，并没有设想过今天这些新技术会成为可能 — — 比如隐私可以变成可编程的，又比如即使是一段非常复杂的代码，它的安全性也可以得到严格保证。

现在，这些事情已经开始成为可能。

所以，我鼓励大家重新投入应用开发和建设，把以太坊、其他去中心化网络，以及现实世界中的其他事物结合起来。