虚拟货币Zcash（零币/Z币）的特色和原理

作者: NABA   

Zcash的发布可算是虚拟货币和区块链领域在2016年的一颗重磅炸弹，前三天高企的交易价格反应了全球虚拟货币用户对这种全匿名货币的热捧和期待。很少有发布及超越比特币的特色货币，不同于一般粗制滥造的山寨币，与以太币一起，Zcash一下子走上了正规军、王牌币的道路，并且大有币值长期盖过以太币的趋势。那么Zcash背后的基本原理和渊源又如何呢？它为何会受到行家的热捧呢？支撑着Zcash的依据又将会是什么市场或者商业行为呢？本文将从技术角度，以尽量浅显的道理带领对此有兴趣的读者一窥究竟。 

首先要说说Zcash的渊源。Zcash的起源源自创始人早期的zerocoin，而后做了基本原理的改动。其特色零知识证明技术，是源于美国麻省理工学院上世纪80年代的密码学技术，曾一度用于军事目的而成为绝密禁止出口技术。放到民用上来，百度和维基百科都给出了比较具体的例子，有兴趣的朋友可以看看。Zcash创始人Zooko可算是密码学届和黑客领域一位资深老朋克，他创建的Zcash，基本单位是ZEC，吸收了零知识证明的原理，运用到Zcash的代码中，具体实现部分依赖的libsnark库更是经过学术界研究、把关过的，其理论依据的论文是Succinct Non-Interactive Zero Knowledge for a von Neumann Architecture (简洁非交互式零知识证明的冯诺伊曼体系结构)。该论文作者来自以色列理工，麻省理工和特拉维夫大学，都是Zcash团队成员，负责理论和安全审计部分。零知识证明在Zcash中应用到完全匿名性而和挖矿直接相关的pow(计算工作量证明)部分，又是由卢森堡大学的两位博士提出的equihash理论坐镇，目标就是设计一种算法从经济上反制asic，弱化显卡优势，强化内存带宽为pow的瓶颈。虽然这一目标在Zcash上线横枪跃马的各大GPU Miner(挖矿软件)竞争下没有完全实现，但是其根本原理-内存带宽作为瓶颈-依旧成立，使得同等身价水平的CPU和一块显卡是一个数量级，甚至相等的算力水平。这个原理为将来大众挖矿将打下很好的基础，我们随后的文章会深入分析这块。顺便提一句equihash其实是求解Generalized Birthday Problem - GBP (一般生日问题)的一个密码学版本，而GBP又可归约为NP问题(“可归约为”是计算理论词汇，简单讲变形为或者说等价为)，要想投机取巧这个，比如作弊挖矿软件，可是要考虑这是要破解世界千禧7大数学难题！注释1

说完了Zcash原理部分，就不得不提Zcash的实现部分了。Zcash的代码是从比特币代码版本11下fork(代码分支)出来的(这个是代码fork哦，不是硬分叉那个fork哦)，所以有兴趣深入了的的读者会从它的代码部分看到大量比特币的身影，什么rpc命令格式啊，conf配置文件啊，都很像。所以说Zcash的代码基因就是比特币一点不为过。加上Zcash自身的特色，它简直就是一个升级加强版的比特币！同时Zcash试图克服比特币不那么成功甚至可以说比较失败的教训，比如区块容量这颗定时炸弹。

币圈对Zcash追捧，主要来自于：

0. 零知识证明彻底解决了比特币半匿名性的问题，使得即使像CIA之类的机构也难以追踪金融交易的私密性。

1. 对Zcash豪华梦幻团队是很认可的，各大顶级理工学院的密码学大师，做过Java虚拟机安全漏洞的Daira和I2P的Jack等等。

2. 源于比特币，总发行数量固定的货币。

3. 对以后公平挖矿的憧憬，挖矿可能不再是局限在一小撮程序员和技术极客人群，equihash使得物联网和手机设备挖矿存在可能。

当然，这里面自然不会少了投机炒作之人，比如在慢挖矿阶段，发布日的币价虚高达到成上千比特币兑换一ZEC，相当于数十万人民币！而平稳一周后，又出现因为1.0版本没有做好最有噱头的匿名地址而大幅做空。

那么支持Zcash初期价格的很大一部分真金白银的购买来自于暗网的洗币交易。比如2016年的两大丢币事件DAO和Bitfinex都是丢失了价值上亿美元的比特币，这些黑客如果用Zcash洗白，将做到没有痕迹，哪怕是美国的顶级情报部门，也很难抓到盗取者。另外一大部分就是投机炒作，上下翻飞的市场波动给交易员施展的空间。长远来看，比特币越来越受到监管政策的“特殊照顾”，特别是最近中国央行开始注意到比特币突破外管额度的换汇渠道，Zcash很可能在今后慢慢替代比特币现在的位置。比特币的交易记录对美国的CIA来说根本就不太有匿名作用，FBI也曾追踪比特币交易端掉丝绸之路，就连大名鼎鼎的TOR，其实也是早已被美国政府部门研究很久的东西，隐私和隐蔽性是没有宣传的那么强的，甚至说远远没有。这个背景下，Zcash很可能和其协议一道，扛起匿名反审查的大旗，与监管规则的纠缠就像如今比特币一样，会是常态。

另外格外要提到的一点是pow部分的equihash，它开启了一扇大门，就是非专业挖矿的大众用户，也有可能进来获取挖矿的乐趣。大幅削减专业矿机对传统PC和移动设备的经济优势，将有利于普惠大众对区块链的认知。如果每个一般用户对挖矿加密有了切身的体会，受到小额的利润而且被教育到加密挖矿的伟大金融意义，他们也许会是颠覆银行最强的声音！

最后，本文不得不提到Zcash面临的技术问题：

1. 官方挖款软件的支援能力需要提升，由于民间高手们都太猛了，而且对Zcash表现了极大的热情，导致挖矿软件的副厂软件远远快于官方。

2. 写出GPU挖矿解算器的Tromp博士提出过内存带宽和未来显卡的高带宽趋势，可能使得Zcash普惠大众的挖矿愿望和反制专业矿机的理想搁浅，他自己的CC算法作为pow，吃定内存延迟作为pow计算的瓶颈也是相当有特色的；Zcash创始人Zooko其实一度曾考虑用CC，虽然最终决定了用equihash。

3. 在前有比特币竞争的情况下，如何脱颖而出，进入常规人可以应用的领域，而不是昙花一现。

那么Zcash的挖矿软件秘密在哪里呢？目前官方设置的N=200和K=9是什么意思呢？pow的9轮排序到底在干什么呢？各个版本的equihash求解器优劣如何？开源GPU大赛的挖矿软件大都源自Tromp博士和SilientArmy(寂静军队)的实现，Tromp博士和SilentArmy技巧在哪里？做了什么特殊处理使得GPU速度迅速提升呢？注释2 我们将在以后的技术文章中一一探讨解答，静待后问分解:)

注释1

千禧7大数学难题：

            •P/NP问题（P versus NP）

            •霍奇猜想（The Hodge Conjecture）

            •庞加莱猜想（The Poincaré Conjecture），此猜想已获得证实。

            •黎曼猜想（The Riemann Hypothesis）

            •杨-米尔斯存在性与质量间隙（Yang-Mills Existence and Mass Gap）

            •纳维-斯托克斯存在性与光滑性（Navier-Stokes existence and smoothness）

            •贝赫和斯维讷通-戴尔猜想（The Birch and Swinnerton-Dyer Conjecture）

来源：NABA北美区块链协会

原创：陳子無衣

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