zkTLS技術解析及其在Web3中的應用前景

近期，我一直在探索新的項目方向。在進行產品設計時，我遇到了一個此前未接觸過的技術棧——zkTLS。爲此，我進行了深入研究，並將學習心得整理成文，希望與大家分享。

zkTLS是一種結合零知識證明（ZKP）和傳輸層安全協議（TLS）的新型技術。在Web3領域中，它主要用於鏈上虛擬機環境，能夠在無需信任第三方的情況下驗證所提供的鏈下HTTPS數據的真實性。這裏的真實性包括三個方面：數據源確實來自某個HTTPS資源、返回的數據未經篡改、數據的時效性得到保證。通過這種密碼學實現機制，使鏈上智能合約獲得了可信訪問鏈下Web2 HTTPS資源的能力，從而打破了數據孤島。

TLS協議簡介

爲了深入理解zkTLS技術的價值，有必要對TLS協議進行簡要概述。TLS協議用於在網路通信中提供加密、認證和數據完整性，確保客戶端（如瀏覽器）和服務器（如網站）之間的數據安全傳輸。

HTTPS協議實際上是在HTTP協議基礎上利用TLS協議保證了信息傳輸的隱私性和完整性，並使服務器端的真實性變得可驗證。相比之下，HTTP協議是一種明文傳輸的網路協議，且無法對服務器端的真實性進行驗證，這可能導致以下安全問題：

1. 信息可能被第三方監聽，造成隱私泄漏。
2. 無法驗證服務器端的真實性，請求可能被惡意節點劫持並返回惡意信息。
3. 無法驗證返回信息的完整性，可能因網路原因造成數據丟失。

TLS協議正是爲解決這些問題而設計的。它主要通過以下方式實現：

1. 加密通信：使用對稱加密（如AES、ChaCha20）保護數據，防止竊聽。
2. 身分認證：通過第三方頒發給指定機構的數字證書（如X.509證書）來驗證服務器的身分，防止中間人攻擊。
3. 數據完整性：使用HMAC（哈希消息認證碼）或AEAD（認證加密）確保數據未被篡改。

HTTPS數據交互過程

基於TLS協議的HTTPS協議在數據交互過程中分爲兩個階段：握手階段和數據傳輸階段。具體過程如下：

1. 客戶端發送ClientHello：包含支持的TLS版本、加密算法、隨機數等信息。

2. 服務器發送ServerHello：包含選擇的加密算法、服務器隨機數、服務器證書等信息。

3. 客戶端驗證服務器：驗證服務器證書，計算共享密鑰，發送Finished消息。

4. 開始加密通信：使用協商好的會話密鑰進行加密通信。

Web3中的數據訪問問題

雖然TLS協議在Web2網路中廣泛應用，但在Web3應用開發中卻造成了困擾。鏈上智能合約希望訪問某些鏈下數據時，由於數據可用性問題，鏈上虛擬機不會開放外部數據的調用能力，以確保所有數據的可回溯性，進而保證共識機制的安全性。

爲解決這一問題，一系列預言機項目應運而生，如Chainlink和Pyth等。這些項目通過充當鏈上數據與鏈下數據的中繼橋，打破數據孤島現象。然而，這種基於預言機的數據獲取方案存在兩個主要問題：

1. 成本過高：維護PoS共識機制需要大量質押資金，且數據交互存在冗餘，導致使用成本高昂。
2. 效率低下：PoS機制的共識需要一定時間，造成鏈上數據的滯後性，不利於高頻訪問場景。

zkTLS的解決方案

zkTLS技術通過引入零知識證明算法，使鏈上智能合約能夠直接驗證某個節點提供的數據確實來自某個HTTPS資源且未經篡改，從而避免了傳統預言機因共識算法導致的高昂使用成本。

具體來說，zkTLS通過以下方式實現：

1. 對鏈下中繼節點請求HTTPS資源得到的數據、相關CA證書驗證信息、時序證明以及數據完整性證明進行計算，生成Proof。
2. 在鏈上維護必要的驗證信息和驗證算法。
3. 使智能合約在不暴露關鍵信息的同時，能夠驗證數據的真實性、時效性及數據源的可靠性。

這種技術方案的最大優勢在於降低了Web2 HTTPS資源達成可用性的成本，從而激發了許多新需求，如降低長尾資產的鏈上價格獲取成本、利用Web2權威網站做鏈上KYC，優化DID和Web3遊戲的技術架構設計等。

zkTLS對Web3行業的影響

zkTLS技術的發展對現有Web3企業，特別是主流預言機項目造成了一定衝擊。爲應對這種挑戰，Chainlink、Pyth等行業巨頭正積極跟進相關研究，試圖在技術迭代過程中保持主導地位。同時，這也催生了新的商業模式，如從按時間收費向按用量收費轉換、Compute as a service等。

然而，與大多數ZK項目一樣，zkTLS面臨的主要難題仍然是如何降低計算成本，使其具有商業化價值。

總之，在進行產品設計時，關注zkTLS的發展動態並適時整合這一技術棧，可能會在業務創新和技術架構方面帶來新的突破。