零知识证明（ZKP）是一种强大的密码学工具，它可以在验证计算的正确性的同时，保护输入数据的隐私。作为这一关键基础设施的组成部分，领域特定语言（DSL）发挥了至关重要的作用，简化了 ZKP 电路的开发和验证过程。它们在将抽象概念与证明系统所需的**电路表示之间扮演了重要的角色，充当了两者之间重要的桥梁。
证明系统面临的关键挑战之一是将抽象的高层概念转化为实际电路。然而，DSL 的出现解决了这一难题，通过促进将这些抽象概念以更具体和可实现的方式结构化表达，从而应对这一挑战。
在过去的十年里，我们目睹了 DSL 在数量和多样性方面都取得了显著增长。这一领域的活跃表现在多种电路语言的发展中，包括 Noir、Leo、Zinc 等。无论您需要通用性的选项，比如 Circom，还是为特定平台定制的解决方案，比如 Cairo，您都可以选择从众多语言和框架中挑选，以编写ZKP 电路。
在本文中，我们将探讨开发者们正在积极利用的主要 ZK编程语言，并分析每种语言的**特点。
Cairo，是支持 STARK 证明的通用计算程序的核心语言，在 StarkNet 和 StarkEx 的成功中扮演了关键角色，推动了以太坊主网上应用的可扩展性。值得一提的是，Cairo 在支持各种应用方面发挥了重要作用，包括 dYdX、Sorare、Immutable X 等。"Cairo" 这个名字来源于 "CPU代数中间表示"的缩写。在零知识证明领域，它扮演了类似汇编语言的角色，使熟悉 C、C 或 Solidity等低级编程语言的开发人员能够更轻松地上手。
受 Rust 的启发，Cairo 赋予了开发者创建 Starknet 智能合约的能力，着重关注安全性和用户友好的开发。Cairo 具有强大的语法，简化了 ZK 电路的创建，使用户能够在 Cairo 程序中执行各种任务。此外，Cairo 的一个显著优势在于其可扩展性，允许灵活地引入新功能和功能。
在 ZK 系统中，效率和可扩展性是至关重要的因素，而Cairo通过强调这两个方面来满足这一要求。该语言集成了优化策略，包括约束减少和循环**，以减轻通常与 ZK 电路相关的计算负担。Cairo 对电路设计的优化导致更快的证明生成和验证，使其成为需要高吞吐量和**延迟的应用的理想选择。
Cairo 的扩张发展是非常的令人瞩目，在过去两年里，全职开发者数量出现了非凡的激增。这一激增凸显了 Cairo 的适应性，因为 Cairo 的用途不仅局限于区块链，而是在**需要进行计算验证的情境中都具有重要意义。因此，我们可以预见开发者对 Cairo 的采用将进一步迎来显著增长。
2023年9月28日，Starknet 推出了其编程语言 Cairo v2.3.0 的重要升级。这个版本标志着合约更模块化的重大进步，通过引入新功能、存储选项和事件管理，提升了智能合约的潜力。这些组件的整合提供了一种灵活的方式，用于扩展合约功能，使第三方模块能够增强合约的功能性。
Zinc 是一种专为在 zkSync 平台上创建智能合约和 SNARK 电路而设计的编程语言。它采用了Rust 语法，融合了 Solidity 的元素，并提供了独特的功能。
Zinc 的独特之处在于它的用户友**。您无需深入了解一阶约束系统（R1CS）的所有复杂细节就能编写安全的代码。Zinc 强调不可变性，使其天生具备函数式特性。这意味着它优先考虑不可变数据和函数评估，从而减少副作用，促进编写更干净、更少出错的智能合约代码。
此外，Zinc 还包括安全的数学操作，以防止潜在的溢出，确保所有操作的安全性。尽管它有一些限制，比如没有**循环和递归，但 Zinc 通过控制台日志跟踪简化了调试过程。这些跟踪可简化在测试网络或主网络上跟踪和解决问题的交易过程，从而提升了调试体验。
Noir 是由 Aztec 开发的开源 DSL，基于 Rust，旨在简化 ZK 电路和 ZK 程序的创建，无需深入了解加密学知识。它被认为是最易入门的语言之一，适用于编写与**证明系统兼容的 ZK 应用程序。Noir 注重安全性、简洁性和性能。它提供了类似 Rust 的**语法，将加密安全性抽象化，简化了加密基本原语的使用，同时保持高性能。
Noir 在扩展可以利用 ZKP 提供的隐私保护能力的应用范围方面具有显著优势，从而增强了隐私和验证效率。Noir 编译成一种称为 Abstract Circuit Intermediate Representation（Acer）的中间表示，然后可以进一步编译成 R1CS。将后端证明系统与语言本身分离使 Noir 能够支持各种证明系统，包括 Aztec Brettenberg、Turbo Plonk 以及潜在的未来集成，如 Groth16和Halo2。
该语言提供了一个标准库，包括**的功能，如 SHA-256（一个生成固定大小输出的加密哈希函数）和 Pedersen-Merkle 检查（一种使用 Pedersen 承诺和 Merkle 树确保数据完整性和一致性的加密验证技术）。Noir 的设计类似于 Rust，包括应用程序开发人员熟悉的特性，如函数、子模块、用户定义类型（结构体）、条件语句、循环和全局常量。此外，还在不断努力开发泛型和一等函数，进一步增强 Noir 的表达能力。
需要注意的是，Noir 仍在不断完善中，可能存在一些限制和潜在的错误。但开发团队致力于持续改进和优化该语言。
o1js，前身为 SnarkyJS，是由 0(1)Labs 开发的 TypeScript 库，用于使用 SNARK 编程语言创建智能合约。它充分利用了已经建立的技术，如 Node.js 和浏览器兼容性，以确保开发者能够轻松获取和方便使用。
o1js 能够与 JavaScript 和 TypeScript 库和工具无缝集成，为开发者提供了强大的生态系统和广泛的社区支持。这种集成简化了开发流程，减少了采用新开发环境所带来的学习曲线。此外，它**支持 Visual Studio Code（VS Code），这是一款广泛使用的代码编辑器，可让开发者充分利用功能，如代码补全、语法高亮和调试，提升开发体验。
o1js 本质上是一个多功能的 ZK 框架，为您提供了创建zk证明所需的关键工具。它支持创建多样化的ZK程序，涵盖了各种内置的可证明操作，包括基本算术、哈希、签名、布尔操作、比较等等。借助o1js框架，您可以在 Mina Protocol 上构建 zkApps，这些智能合约在客户端执行，具有私有输入。
值得一提的是，在2023年9月初，0(1)Labs 团队宣布将从 SnarkyJS 过渡到 o1js，并强调了他们改进性能的承诺。特别值得注意的是，他们实现了库加载时间的3-4倍减少，这指的是导入 o1js 所需的时间，这个过程可能会阻塞主线程。对于Web应用程序而言，加载时间对 JavaScript 执行时机和整个页面渲染都具有重要意义。此外，该团队还更新了 Mina zkApp CLI，提升了用户界面构建体验，并宣布将进一步改进 Archive Node Api，以增强其可靠性和清晰性。
Aleo 区块链在智能合约领域独树一帜，强调隐私保护。其核心是 Leo 编程语言，这是一种受 Rust 启发的静态类型语言。Leo 专为开发私有应用而设计，为那些希望建立安全和保密的分散生态系统的创作者提供了支持。Leo真正独特之处在于，它在引入通用零知识应用的**工具包方面发挥了开创性作用。这个工具包包括测试框架、包注册表、导入解析器、远程编译器和定理生成器。
Leo 的构想来自一支由 Howard Wu 领导的开发团队，他们设想了一种可以赋予开发人员能力，以构建优先考虑隐私和安全性的分散式应用程序。Leo的设计汲取了Rust的原则，同时融入了一些类似JavaScript的元素，以促进开发过程中的熟悉感和便捷性。此外，Leo旨在通过提供集成的测试平台、包注册表和导入转换器来加速开发，简化开发流程。这种集成使开发人员能够专注于其应用程序的核心逻辑，而不会被基础设施问题拖累。
Leo 的一个引人注目的特点是其编译器，该编译器将程序转换为低级的 R1CS 证明格式。Leo 编译器的独特之处在于其严格的正式验证过程。这种验证至关重要，因为漏洞可能在多个阶段出现，从初始编程到审计和编译。通过进行严格的数学检查，以确保编译器与程序员的意图一致，Leo 旨在**未被察觉的错误或潜在的漏洞风险，尤其是在 L2 上下文、ZK-rollups 或 Leo 平台上的私有程序中。
Circom，一种专为 ZK 电路开发精心设计的 DSL，是由 Jordi Baylina 和 iden3 团队共同打造的成果。Circom 编译器采用 Rust 编写，其主要任务是编译使用 Circom 语言编写的电路。值得一提的是，Circom 已成为现实世界中杰出的 ZK 应用程序的**选择，例如 Dark Forest 和 Tornado Cash。它之所以备受欢迎，归功于其出色的性能表现，包括通过优化的 WASM 证明实现快速的浏览器证明时间，通过 rapidsnark 实现**的服务器端证明，以及**的链上验证。
然而，需要认识到 Circom 的功能主要专注于 ZK 电路开发，这可能使其在处理更广泛的计算任务时不太适用。寻求更多功能、能够满足更广泛开发需求的开发者可能会觉得 Circom 的能力受到**限制。在这种情况下，开发者可能需要结合其他编程语言或框架来满足更广泛的开发需求。
Circom 的兼容性主要集中在广泛使用的 ZKP 系统，如 snarkjs 和 libsnark。虽然这种兼容性确保了与这些广泛使用的系统的无缝集成，但也意味着 Circom 电路继承了与这些依赖关系相关的特定功能和限制。那些偏好或需要替代 ZKP 系统的开发者可能会面临兼容性挑战，或需要投入额外的工作来适应和将 Circom 生成的电路集成到他们**的系统中。
Lurk 是一种受到 Scheme 和 Common Lisp 影响的静态作用域 Lisp 方言，具有独特的特点：它允许使用 zk-SNARKs 直接证明程序执行的正确性，从而实现了紧凑**的验证。
Lurk 的主要用途包括：
可验证计算：Lurk 允许您在零知识条件下证明其表达式的正确性，增强了对计算结果的信任。
零知识：用户可以证明知识，而无需透露除公共输入之外的具体信息，从而保护隐私。
内容寻址数据：每个 Lurk 程序都配备有一个**的内容标识符（CID），使其与 IPFS 和 IPLD 兼容。
图灵**性：Lurk 支持创建和证明任意计算声明。
高阶函数：Lurk 函数可以接受和返回函数，实现了富有表现力的函数式编程。
处理私有数据的计算：Lurk 使得可以处理私有数据，同时确保可以证明的正确输出，而不会泄露隐私。
在构建通用电路时，Lurk 充分利用了 Lisp 的 “cons” 内存分配器。该分配器合并表达式并生成引用通过散列。关键在于证明两个表达式确实散列成相同的引用。这种验证使得 Lurk 能够在 snark电路内执行计算。
Lurk 的功能非常丰富，包括支持**递归、循环、条件控制流以及多个后端证明系统，如Groth16 与 SnarkPack 和 Nova。这种多功能性为各种应用打开了大门，包括验证计算、私有数据处理，以及在 snark 电路内执行图灵**程序。
随着 ZK 应用多样性的增加，DSL 在 ZK 领域的发展前景广阔。DSL 成功的关键在于建立蓬勃发展的社群和丰富的库，以丰富开发者的体验。那些将与现有库兼容性置于优先位置的 DSL 可以充分利用更广泛的开发者社群的知识和资源。这种方法有助于更顺畅地集成，加速开发，并在实施ZK应用程序时提供更大的灵活性。这种合作努力对于培育 DSL 周围更为健全的生态系统至关重要，为开发者提供切实的好处，并将进一步推动 ZK 技术的采用和有效性。
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