[Zcash的秘密 ②] 隱藏交易同時防止雙重支付

[區塊媒體記者 함지현] 隱私幣 Zcash (ZEC) 受到華爾街的關注，原因在於像JP摩根這樣的堅實夥伴，但其技術本身的吸引力也不容忽視。Zcash是一種可以隱藏交易內容的數位資產（虛擬資產）。在不公開誰向誰發送了多少的情況下，仍然可以確認交易是正常的。

這裡引發了一個疑問。如果隱藏交易內容，是否可以偷偷進行同樣的資金兩次使用，即所謂的「雙重支付（double spending）」？Zcash通過多種加密技術來解決這個問題。其核心在於隱藏資金的身份，但仍然能確認資金是否已被使用或是偽造的資金。

Zcash的資金被存放在不公開的「筆記」中

首先，Zcash將資金表達為「筆記（note）」的形式。

在一般的區塊鏈中，數位資產的發行量和使用時間相對容易確認。相比之下，Zcash所謂的「盾牌（Shielded）交易」中，資金的金額和接收者等信息並不公開。

相反，Zcash不會直接顯示筆記的內容，而是僅在區塊鏈上留下「筆記承諾（note commitment）」這一加密標記。筆記承諾可以比喻為「封閉的箱子」。箱子裡的內容是隱藏的，但一旦封閉後，無法更改為其他內容，因此可以確認該信息保持在最初約定的狀態。

問題出現在使用這筆資金的時候。

在一般的區塊鏈中，由於特定資產的使用情況是公開的，因此再次使用同一資產會很容易被發現。與此不同，如果Zcash公開使用了哪個筆記，則交易之間可以相互連接，隱私性會受到削弱。

對此的解決方案是「無效化器（nullifier）」。

當用戶使用某個筆記時，並不公開該筆記本身，而是公開從該筆記生成的一個獨特值。這就是無效化器。簡單來說，就是在使用資金時創建一個「使用完成印章」並公開。隱藏使用了哪筆資金和所有者的信息，只顯示印章。如果試圖再次使用同一筆資金，則相同的印章會再次出現，因此網絡可以識別出這是雙重支付的嘗試。如果已經出現的無效化器再次出現，該交易將被拒絕。

這樣，Zcash在隱藏使用了哪筆資金的同時，也防止了同一筆資金的雙重使用。

那麼，還會出現另一個問題。如果不公開使用了哪個筆記，網絡如何確認該用戶真的擁有這筆資金呢？

這裡使用了零知識證明（Zero-knowledge Proof）。

用戶數學上證明自己擁有實際存在的筆記，並且有權使用該筆記，並遵守交易規則。同時不公開金額是多少，或是哪個筆記。用戶只需證明自己有權使用擁有的資金即可。

如果有人偷偷將10 ZEC增加到20 ZEC呢？

雖然已經防止了雙重支付，但如果交易金額也被隱藏，則有人可能在使用10 ZEC的同時偷偷創造出20 ZEC。

為了防止這種情況，Zcash使用了「價值承諾（value commitment）」和「綁定簽名（binding signature）」。

價值承諾是一種在不顯示實際金額的情況下，將該金額進行加密固定的裝置。這也可以比喻為信封。信封裡寫的數字是看不見的，但在不打開信封的情況下，可以確認多個信封的數字總和是否正確。

例如，如果擁有10 ZEC並進行10 ZEC的交易，則計算是正確的。相反，如果只有10 ZEC卻試圖創造並發送20 ZEC，則計算是不正確的。在不公開實際金額的情況下，確認交易前後的計算是否正確，以防止有人在交易過程中創造出不存在的ZEC。

也就是說，隱藏金額的同時，確認是否產生了超過進來的價值。

綁定簽名則將這種計算關係綁定到交易中，強制執行「不能創造比輸入更多的資金」的規則。由於價值承諾和綁定簽名的存在，如果計算不正確，則無法生成正常的簽名，交易將被拒絕。

Zcash確認三個方面

最終，Zcash的盾牌交易必須通過三個關卡。

• 「這不是已經使用過的資金嗎？（雙重支付）」 ➤ 無效化器
• 「這筆資金是真實存在的，你有權使用它嗎？」 ➤ 零知識證明
• 「在交易過程中是否偷偷增加了資金？」 ➤ 價值承諾·綁定簽名

比特幣通過公開的交易帳本顯示使用了哪筆資金，從而防止雙重支付。相比之下，Zcash在隱藏資金的同時，使用證明來確認該資金是否已被使用。

也就是說，Zcash技術的核心在於不放棄驗證，而是公開必要的驗證信息，隱藏其餘信息。如果Zcash的核心技術驗證系統本身存在漏洞，那麼會發生什麼呢？解決這個問題的方法將在系列第三篇文章中討論。