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零知识证明协议中嵌入式设备的VERIFIER构造策略与性能评估1

零知识证明协议中嵌入式设备的Verifier构造策略与性能

评估

1.零知识证明协议概述

1.1基本原理

零知识证明协议是一种密码学技术，允许一方（证明者）向另一方（验证者）证明

某个陈述的真实性，而无需透露任何关于陈述本身的信息。其核心原理基于交互式证明

系统，证明者通过一系列的挑战和响应来向验证者证明其知识，而验证者则通过验证这

些响应的有效性来确信证明者的陈述是真实的。例如，在一个简单的零知识证明场景

中，证明者可以证明自己知道一个秘密密码，而无需向验证者透露密码本身。零知识证

明协议具有三个基本性质：完备性、可靠性和零知识性。完备性意味着如果证明者知道

正确的陈述，验证者将接受证明；可靠性意味着如果证明者不知道正确的陈述，验证者

将拒绝证明；零知识性则确保验证者在验证过程中无法获取任何额外信息。

1.2应用场景

零知识证明协议在多个领域具有广泛的应用前景，尤其是在需要保护隐私和安全

的场景中。在区块链技术中，零知识证明被用于实现隐私保护的交易，例如在Zcash等

加密货币中，用户可以通过零知识证明在不透露交易金额和交易双方身份的情况下完

成交易。在身份认证领域，零知识证明可以用于实现无需泄露密码的登录验证，提高系

统的安全性。在物联网（IoT）中，零知识证明可以用于设备之间的安全通信和认证，确

保设备在不泄露敏感信息的情况下进行交互。此外，在电子投票系统中，零知识证明可

以用于验证选民的身份和投票的有效性，同时保护选民的隐私。这些应用场景表明，零

知识证明协议在保护隐私和安全方面具有重要的价值和潜力。

2.嵌入式设备特性

2.1硬件资源限制

嵌入式设备通常具有有限的硬件资源，这对其在零知识证明协议中的应用产生了

显著影响。

•计算能力有限：许多嵌入式设备的处理器性能较低，例如在一些低功耗的物联网

传感器节点中，处理器的主频可能只有几十MHz。这种有限的计算能力使得复杂

2.嵌入式设备特性2

的零知识证明算法难以直接在设备上高效运行。例如，一些基于椭圆曲线密码学

的零知识证明算法需要大量的模数运算，而嵌入式设备的处理器在执行这些运算

时速度较慢，可能会导致验证过程耗时过长。

•存储容量不足：嵌入式设备的存储空间通常较小，一般只有几KB到几十KB的

RAM和几十KB到几百KB的ROM。这使得设备难以存储大量的零知识证明协

议所需的参数和中间数据。例如，在某些零知识证明协议中，需要存储大量的随

机数和密钥材料，而嵌入式设备的有限存储空间可能会限制这些数据的存储，从

而影响协议的完整性和安全性。

•能源供应受限：嵌入式设备通常依赖电池供电，能源供应有限。在执行零知识证

明协议时，计算和通信过程会消耗大量的能量。例如，一个典型的嵌入式设备在

执行一次复杂的零知识证明验证时，可能会消耗其电池电量的10%到20%。因

此，在设计嵌入式设备的零知识证明协议时，需要考虑如何优化算法以降低能耗，

延长设备的使用寿命。

2.2安全需求特点

嵌入式设备在零知识证明协议中的应用需要满足特定的安全需求，这些需求与设

备的使用环境和应用场景密切相关。

•身份认证需求：在物联网环境中，嵌入式设备需要能够安全地识别和认证其他设

备的身份，以防止未经授权的访问和攻击。例如，在智能家居系统中，智能门锁

需要验证用户的手机是否为合法设备，而零知识证明协议可以提供一种无需泄露

用户身份信息的安全认证方式。通过零知识证明，用户手机可以向智能门锁证明

其拥有合法的访问权限，而无需发送任何可能被窃取的敏感信息。

•数据完整性保护：嵌入式设备在传输和处理数据时，需要确保数据的完整性和真

实性。在工业物联网场景中，传感器设备采集的数据用于监控和控制生产过程，

这些数据的准确性至关重要。零知识证明协议可以用于验证数据的来源和