全面比較：什麼是 zk-SNARKs 和 zk-STARKs？

來源：鏈登社區

什麼是 zk-SNARKs 和 zk-STARKs？它們都是零知識證明，但它們的特性是什麼，彼此之間如何比較。

零知識證明（ZKP）是加密協議，允許一方（證明者）在不透露任何超出聲明本身有效性的信息的情況下，使另一方（驗證者）相信某個聲明是真實的。ZKP 是區塊鏈生態系統的革命性技術，能夠通過二層解決方案實現區塊鏈的可擴展性，並構建隱私保護應用程序。兩種最突出的 ZKP 類型是 zk-SNARKs 和 zk-STARKs，它們各自具有不同的特性和用例。

在本文中，我們將討論 zk-SNARKs 和 zk-STARKs，它們的關鍵特性，以及它們之間的比較。

前提條件

理解 ZKPs: 你需要知道電路、約束、見證、驗證者和證明者是什麼。

什麼是 zk-SNARK（簡潔非交互知識論證）

Zk-SNARKs 是一類廣泛的 ZKP 系統，它們是非交互的，這意味著在初始證明生成後，證明者和驗證者之間沒有來回通信。它們以高效著稱，提供短小的證明大小和快速的驗證時間，無論複雜性如何，這些都保持不變。

zk-SNARKs 的關鍵特性

• 可信設置：SNARKs 需要一個可信的設置階段，其中生成一組初始參數，通常稱為結構化參考字符串（SRS）。這個設置階段使用一個祕密，如果暴露，將會破壞所有使用該設置創建的後續證明的安全性。這個設置數據通常被稱為“有毒廢物”。可信設置通常被視為一個缺點，因為它們引入了潛在的信任問題：用戶必須相信設置是正確執行的，並且祕密在之後被銷燬。
• 橢圓曲線加密（ECC）：許多 SNARK 構造依賴於橢圓曲線加密，這取決於離散對數問題（DLP）的難度。雖然這對經典計算機提供了強大的安全性，但它使 SNARKs 可能容易受到未來量子計算機的攻擊，因為量子計算機可以高效地解決 DLP。

流行的 zk-SNARK 協議

• Groth16：Groth16 是最廣泛使用的 SNARK 協議之一。它需要特定電路的可信設置，並且非常高效，生成非常小的證明和快速的驗證時間。由於其緊湊的證明大小，它通常用於區塊鏈項目，如 Zcash。
• PLONK（基於拉格朗日基的普世非交互知識論證的置換論證）：PLONK 是一個更靈活的 SNARK 協議，使用通用和可更新的 SRS，這意味著它可以用於任何電路，並且可以修改以支持更大的電路。與 Groth16 不同，PLONK 的設置不是特定於任何特定電路的，可以重複使用多個電路。這減少了重複可信設置的需求，並且可以更容易地添加新程序或電路而無需重新進行整個設置。

zk-SNARKs 的特性

• 證明大小：小，這使得 SNARKs 適用於帶寬和存儲有限的應用。
• 後量子安全性：有限，由於依賴於 ECC。SNARKs 不是量子抗性的，因為足夠強大的量子計算機可能會解決 DLP。
• 可信設置：這是必需的（ 在大多數 SNARKs 中 ）。設置階段引入了一個信任假設，如果管理不當，可能會帶來潛在的安全風險。
• 可擴展性：對於需要緊湊證明和快速驗證的應用程序非常高效，儘管需要可信設置在高度動態的環境中可能是一個限制。

什麼是 zk-STARK（可擴展透明知識論證）

Zk-STARKs 是另一類 ZKP，旨在解決 zk-SNARKs 的缺點。它們被設計為可擴展和“透明”的，這意味著它們不需要可信的設置階段。相反，zk-STARKs 使用哈希函數和公開已知的隨機性來構建證明，從而增強了它們的安全性和可擴展性。

zk-STARKs 的關鍵特性

• 透明設置：STARKs 不依賴於祕密參數。相反，它們的證明是使用公開隨機性生成的，這意味著它們沒有可能破壞系統的“有毒廢物”，並且不需要可信設置。
• 基於哈希的安全性：STARKs 依賴於哈希函數 ，如 SHA-256，而不是橢圓曲線加密。這使得它們對量子攻擊具有抵抗力，因為在當前的加密假設下，哈希函數被認為在量子計算機面前是安全的。

STARKs 的特性

• 證明大小：STARK 證明可能比 SNARK 證明大幾倍，這增加了驗證時間，並且在帶寬或存儲有限的環境中是一個缺點。這是由於它們的透明性、使用多項式承諾以及實現可擴展性的方法。
• 後量子安全性：強。由於 STARKs 使用哈希函數而不是橢圓曲線加密，它們在當前的加密假設下不易受到量子攻擊。
• 可信設置：不需要。STARKs 使用透明設置，消除了設置階段的信任需求，增強了安全性。
• 可擴展性：高度可擴展，特別是對於大型計算，它們在複雜性增加時表現出更明顯的性能優勢。由於不需要可信設置，它們更加靈活，因為設置不需要為每個新應用或用例重新進行。

zk-SNARKs 與 zk-STARKs 的比較

總結

Zk-SNARKs 是零知識證明系統。它們提供高效的證明大小和快速的驗證時間，但需要可信設置，並使用橢圓曲線加密，使其易受量子攻擊。

Zk-STARKs 則不需要可信設置。相反，它們依賴於哈希函數進行安全性（使其具有量子抗性），並且對於大型計算更具可擴展性。然而，它們的證明大小較大，對於較小的計算驗證速度較慢。

這兩種主要的 ZKP 對於在區塊鏈生態系統中構建 ZK 協議至關重要，能夠通過二層解決方案實現區塊鏈的可擴展性，並構建隱私保護應用程序。