[Zcash的秘密 ②] 隐藏交易同时防止双重支付

[区块媒体记者 韩志贤] 隐私币 Zcash（ZEC）受到华尔街关注的原因在于像JP摩根这样的强大合作伙伴，但其技术本身的吸引力也不可忽视。Zcash是一种可以隐藏交易内容的数字资产（虚拟资产）。在不公开谁向谁发送了多少的情况下，仍然可以确认交易是有效的。

这里有一个疑问。如果隐藏交易内容，是否可以偷偷进行同样的钱的双重支付（double spending）呢？Zcash通过结合多种密码技术来解决这个问题。关键在于隐藏资金的身份，但仍然能够确认这笔钱是否已经被使用，以及是否是伪造的资金。

Zcash的资金被存放在不公开的“笔记”中

首先，Zcash将资金以“笔记（note）”的形式表示。

在一般的区块链中，可以相对容易地确认数字资产的发行量和使用时间。相比之下，Zcash的所谓“保护（Shielded）交易”中，资金的金额和接收者等信息并不公开。

相反，Zcash并不直接展示笔记的内容，而是仅在区块链上留下一个称为“笔记承诺（note commitment）”的加密标记。笔记承诺可以比作一个“密封的盒子”。盒子里的内容是隐藏的，但一旦密封，就无法更改为其他内容，从而可以确认该信息保持在最初承诺的状态。

问题在于使用这笔钱的时候。

在一般的区块链中，由于特定资产的使用情况是公开的，因此如果再次使用同样的资产，很容易被发现。与此不同，如果Zcash公开使用了哪个笔记，就会使交易相互关联，从而削弱隐私。

对此的解决方案是“无效化器（nullifier）”。

当用户使用某个笔记时，不公开该笔记本身，而是公开从该笔记生成的唯一值。这就是无效化器。简单来说，就是在使用资金时生成一个“使用完成印章”并公开。隐藏使用了哪笔钱和所有者的信息，仅展示印章。如果尝试再次使用同样的钱，印章会再次出现，因此网络能够识别出这是双重支付的尝试。如果已经出现的无效化器再次出现，则该交易会被拒绝。

通过这种方式，Zcash在隐藏使用了哪笔钱的同时，防止了同样的钱被双重使用。

那么，另一个问题就出现了。如果不公开使用了哪个笔记，网络如何确认该用户确实拥有这笔钱呢？

这里使用了零知识证明（Zero-knowledge Proof）。

用户数学上证明自己确实拥有一个存在的笔记，并且有权使用该笔记，同时遵守交易规则。然而，金额是多少，是什么笔记等信息并不公开。用户只需证明自己有资格使用所拥有的资金即可。

如果有人偷偷将10 ZEC增加到20 ZEC呢？

虽然双重支付被阻止，但并不是所有问题都解决了。如果交易金额也被隐藏，那么有人可能在使用10 ZEC的同时偷偷制造出20 ZEC。

为了防止这种情况，Zcash使用了“价值承诺（value commitment）”和“绑定签名（binding signature）”。

价值承诺是一种在不显示实际金额的情况下，密码学上固定该金额的装置。这也可以比作一个信封。信封里写的数字是看不见的，但在不打开信封的情况下，可以确认多个信封的数字总和是否正确。

例如，如果持有10 ZEC并进行10 ZEC的交易，则计算是正确的。相反，如果只持有10 ZEC却试图制造并发送20 ZEC，则计算是不正确的。在不公开实际金额的情况下，确认交易前后的计算是否正确，从而防止有人在交易过程中制造出不存在的ZEC。

也就是说，隐藏金额的同时确认是否产生了超过进入价值的更多价值。

在这里，绑定签名将这种计算关系绑定到交易中，强制执行“不能制造出比输入更多的钱”的规则。由于价值承诺和绑定签名，如果计算不正确，则无法生成正常的签名，交易将被拒绝。

Zcash需要确认三件事

最终，Zcash的保护交易必须通过三个关卡。

• “这不是已经使用过的钱吗？（双重支付）” ➤ 无效化器
• “这确实是存在的钱，你有权使用吗？” ➤ 零知识证明
• “在交易过程中是否偷偷增加了资金？” ➤ 价值承诺·绑定签名

比特币通过公开的交易账本展示使用了哪笔钱，从而防止双重支付。相比之下，Zcash在隐藏了哪笔钱的同时，使用了证明是否已经使用过的钱的方式。

也就是说，Zcash技术的核心在于为了隐私而不放弃验证，而是公开验证所需的信息，隐藏其余信息。如果Zcash的核心技术验证系统本身存在漏洞，会发生什么呢？解决这个问题的方法将在系列第三篇文章中讨论。

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