[论文解读] zkFi: Privacy-Preserving and Regulation Compliant Transactions using Zero Knowledge Proofs

Chaudhary, Amit|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2023

Privacy, Security, and Data ProtectionSocial Sciences被引用 3

一句话总结

该论文提出 zkFi，一种中间件解决方案，通过零知识证明（ZKP）实现跨多链 DeFi 和 web3 应用的隐私保护且符合监管要求的交易。它通过即插即用的 SDK 抽象了 ZKP 的复杂性，支持通过 MetaMask Snaps 实现的账户抽象，并通过选择性去匿名化实现内置的反洗钱（AML）合规性，使开发者能够专注于核心功能，而无需深入掌握 ZKP 专业知识。

ABSTRACT

We propose a middleware solution designed to facilitate seamless integration of privacy using zero-knowledge proofs within various multi-chain protocols, encompassing domains such as DeFi, gaming, social networks, DAOs, e-commerce, and the metaverse. Our design achieves two divergent goals. zkFi aims to preserve consumer privacy while achieving regulation compliance through zero-knowledge proofs. These ends are simultaneously achievable. zkFi protocol is designed to function as a plug-and-play solution, offering developers the flexibility to handle transactional assets while abstracting away the complexities associated with zero-knowledge proofs. Notably, specific expertise in zero-knowledge proofs (ZKP) is optional, attributed to zkFi's modular approach and software development kit (SDK) availability.

研究动机与目标

• 解决区块链应用中用户隐私与监管合规之间的双重挑战。
• 降低开发者在多链 EVM 协议上集成零知识证明（ZKP）的复杂性。
• 在不牺牲用户体验或开发者灵活性的前提下，实现隐私与合规的无缝集成。
• 提供一种模块化、可组合的中间件解决方案，抽象低层级的 ZKP 实现细节。
• 通过提供安全、合规且用户友好的隐私基础设施，推动区块链的主流采用。

提出的方法

• 该系统使用 zkSNARKs，特别是 Groth16，生成简洁、非交互式的知识证明，而无需暴露敏感数据。
• 它采用默克尔树数据结构来提交并验证用户资产余额，实现高效的包含证明，同时不暴露索引或原始值。
• 通过受信任的设置仪式（powers-of-tau）生成 ZKP 正确性所需的加密参数，且在设置完成后销毁秘密，以防止操纵。
• 该协议支持账户抽象，并与 MetaMask Snaps 集成，以提升用户体验和钱包互操作性。
• 通过合规模块实现选择性去匿名化，允许监管机构在必要时追踪非法活动，确保 AML 合规性。
• SDK 抽象了 ZKP 逻辑，使开发者能够无需掌握零知识密码学专业知识即可集成隐私功能。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否构建一个同时满足用户隐私与监管合规要求的隐私保护区块链解决方案？
• RQ2 如何将零知识证明抽象为面向开发者的中间件，以实现跨多链 DeFi 和 web3 应用的便捷集成？
• RQ3 哪些架构模式可以在保障强隐私的同时实现可追溯性，以满足反洗钱（AML）合规要求？
• RQ4 如何在不牺牲安全性或去中心化特性的情况下，保持隐私保护应用的用户体验？
• RQ5 即插即用的 SDK 是否能够降低开发者在无需深入密码学知识的前提下实现基于 ZKP 的隐私功能的门槛？

主要发现

• zkFi 中间件使开发者能够通过极少的代码更改将隐私与合规性集成到其应用中，同时抽象了复杂的 ZKP 逻辑。
• 该系统通过使用 zkSNARKs 证明交易有效性，而无需暴露发送方、接收方、金额或智能合约数据，实现端到端隐私保护。
• 通过选择性去匿名化的内置合规机制，授权实体可在必要时追踪恶意行为者，同时为合法用户保留隐私。
• 使用带承诺哈希的默克尔树可确保用户资产状态的高效且安全验证，同时不暴露索引或原始值。
• 与 MetaMask Snaps 及账户抽象的集成改善了用户体验，使隐私功能对非技术用户也易于使用。
• 基于 SDK 的方法降低了开发开销，并实现了在以太坊、Polygon、Optimism 和 Arbitrum 等 EVM 兼容区块链上快速部署隐私功能。