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零知识证明专题第1期：证明系统的选型地图：从 Groth16 到折叠方案的架构演进

零知识证明（ZKP）系统在过去十年经历了从学术论文到工程基础设施的跨越。Groth16 以 192 字节的恒定证明大小和约 230K Gas 的验证成本成为链上验证的黄金标准，但其每个电路需要独立可信设置的代价限制了快速迭代场景的适用性。PLONK 通过通用结构化参考串打破了这一局限，却以更大的证明尺寸（约 576 字节）和更高的验证 Gas（约 320K）为代价。STARK 完全消除了可信设置并提供了后量子安全性，但 42 KB 的原始证明在以太坊 L1 上直接验证需要约 2.5M Gas——超 Groth16 10 倍以上。折叠方案（Nova、SuperNova、Protostar）的登场重构了增量可验证计算（IVC）的效率边界：在 zkEVM 逐块证明等高深度递归场景下，折叠方案比传统递归 SNARK 降低了 10–100 倍的端到端证明开销。与此同时，Plonky3 的模块化密码学工具箱在 Proof Arena 基准中以验证吞吐量 5,413 proofs/sec 追平了配对联算系统（来源：Polygon, 2024）；Expander 以 16,700 proofs/sec 的证明生成吞吐量登顶（来源：Polyhedra/Proof Arena, 2025）；Binius 在二进制域上的 FRI-Binius 改进将证据大小从 STARK 的 42 KB 压缩至接近 PLONK 的数百字节级别（来源：Irreducible, 2024）。本文建立了一个四维分析框架——密码学假设、算术化方案、多项式承诺方案、工程权衡——并给出针对 L1 Rollup、zkEVM、跨链桥、通用 zkVM、隐私身份凭证等典型场景的具体选型路径。