Dekodowanie ZK-STARK vs ZK-SNARK: dogłębna analiza porównawcza

Dzisiejszy świat napędzany technologią oferuje natychmiastowe udogodnienia, ale ma to swoją cenę – naszą prywatność. Za pomocą kilku kliknięć udostępniamy poufne dane – lokalizację, historię transakcji i inne – narażając się na kradzież tożsamości i oszustwa. Nie jest to zjawisko typowe dla świata cyfrowego; nawet blockchainy, znane z transparentności, borykają się z wyzwaniami w zakresie prywatności. Kilka przypadków użycia inteligentnych kontraktów wymaga zachowania poufności ze względów prawnych lub biznesowych. Aby sprostać tej potrzebie prywatności w publicznych sieciach blockchain, dowody zerowej wiedzy (wykorzystywane głównie przez mechanizmy ZK-rollup ) okazują się potężnym rozwiązaniem.

Technologie odporne na zerową wiedzę, takie jak ZK-STARK i ZK-SNARK, odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu prywatności w blockchainie. Ten wpis na blogu będzie poświęcony dowodowi zerowej wiedzy i szczegółowemu porównaniu ZK-STARK i ZK-SNARK. 

Czym jest dowód zerowej wiedzy?

Dowód zerowej wiedzy to mechanizm, który umożliwia jednej stronie (dowodzącemu) potwierdzenie prawdziwości twierdzenia drugiej stronie (weryfikującemu) bez ujawniania samego twierdzenia. „Dowodzący” to strona próbująca udowodnić twierdzenie, natomiast „weryfikujący” to osoba, która je weryfikuje. 

Na przestrzeni lat poczyniono szereg udoskonaleń w zakresie dowodów zerowej wiedzy, które obecnie wykorzystuje się do różnych celów, takich jak uwierzytelnianie, anonimowe płatności, ochrona tożsamości, weryfikowalne obliczenia i inne. 

Kluczowe korzyści z dowodów zerowej wiedzy 

• Polityka prywatności:ZKP pozwala osobie dowodzącej udowodnić weryfikatorowi prawdziwość stwierdzenia bez ujawniania dodatkowych informacji. Zapewnia to prywatność danych wrażliwych. 
• Skalowalność:Blok, którego weryfikacja wymaga wielu lat, może być po prostu wykonany przez jedną osobę. Może ona wykonać obliczenia i wygenerować dowody, takie jak ZK-STARK, podczas gdy inni uczestnicy sieci po prostu weryfikują dostarczony dowód.
• Prostota:Obsługa ZKP nie wymaga żadnej wiedzy technicznej, a jest to jedna z najbardziej cenionych przez użytkowników cech tego urządzenia.

Zrozumienie ZK-SNARKów i ZK-STARKów 

ZK-SNARK i ZK-STARK to dwie najpotężniejsze techniki kryptograficzne dostępne obecnie na rynku, wykorzystywane do tworzenia dowodów zerowej wiedzy. Oto wyjaśnienie każdej z nich.

ZK-SNARK

ZK-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) to dowód kryptograficzny, który umożliwia jednej ze stron weryfikację określonych informacji bez konieczności wielokrotnego wykonywania długotrwałych obliczeń i ujawniania tych informacji. Wiele kryptowalut charakteryzuje się postrzeganym brakiem prywatności, a implementacja ZK-SNARK skutecznie rozwiązuje ten problem.

Jedna z najpopularniejszych kryptowalut, ZCash, oparta na zasadach prywatności ZK-SNARK, weryfikuje własność transakcji i monet w sposób bardziej anonimowy niż Bitcoin i zapewnia użytkownikom większe bezpieczeństwo. 

Działanie ZK-SNARK

• ustawienie:Na początku następuje faza konfiguracji, podczas której generowany jest CRS, czyli wspólny ciąg referencyjny, z którego korzystają zarówno osoba dowodząca, jak i weryfikująca.
• Reprezentacja obwodu:Problem, który należy udowodnić, przedstawiono jako obwód, w którym każda bramka obwodu odpowiada określonej operacji.
• Generowanie dowodów:Weryfikator tworzy dowód, wykonując serię obliczeń na wejściach obwodu. Obliczenia te są zaprojektowane w taki sposób, aby uzyskany dowód przekonał weryfikatora, że ​​weryfikator wykonał obliczenia poprawnie, nie ujawniając żadnych informacji o wejściach.
• WeryfikacjaWeryfikator może następnie sprawdzić poprawność dowodu względem wspólnego ciągu referencyjnego (CCR). Proces weryfikacji jest zwięzły i wymaga bardzo niewielkiego nakładu obliczeniowego w porównaniu z rozmiarem układu.

Jedną z istotnych wad implementacji ZK-SNARK jest konieczność przeprowadzenia fazy zaufanej konfiguracji. Podczas tej fazy generowany jest Wspólny Ciąg Referencyjny (CCR), który może zagrozić bezpieczeństwu systemu, jeśli nie zostanie wykonany prawidłowo. Podejmowane są jednak działania mające na celu złagodzenie tego problemu, na przykład poprzez wykorzystanie obliczeń wielostronnych w celu rozłożenia zaufania między wiele stron.

ZK-STARK

ZK-STARK, czyli Zero Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge, jest podobny do ZK-SNARK, z tą różnicą, że oferuje wiele zalet, takich jak zwiększona skalowalność i przejrzystość oraz bardziej niezawodna obrona przed zagrożeniami bezpieczeństwa przy jednoczesnym zachowaniu integralności obliczeniowej. 

Działanie ZK-STARK

Oto uproszczone wyjaśnienie działania ZK-STARK:

• Reprezentacja algebraicznaZamiast przedstawiać problem jako obwód, ZK-STARK-y przedstawiają go algebraicznie, używając równań wielomianowych.
• Generowanie dowodu: Dowodzący generuje dowód, konstruując wielomian spełniający określone własności związane ze stwierdzeniem problemu. Wielomian ten jest skonstruowany w taki sposób, że jego ocena w określonych punktach służy jako dowód prawdziwości stwierdzenia bez ujawniania żadnych dodatkowych informacji.
• Weryfikacja:Weryfikator sprawdza poprawność dowodu, oceniając wielomian w określonych punktach i porównując wyniki z pewnymi ograniczeniami.

Jedną z głównych zalet protokołu ZK-STARK jest to, że nie wymaga on fazy konfiguracji, co sprawia, że ​​jest bardziej przejrzysty i łatwiejszy do wdrożenia w praktyce.

Porównanie ZK-SNARKów i ZK-STARKów

• Ochrona

W ZK-SNARK wymagana jest zaufana faza konfiguracji, obejmująca opracowanie wspólnego ciągu referencyjnego (CRS). Jeśli jacyś złośliwi aktorzy lub hakerzy uzyskają dostęp do tych danych konfiguracyjnych, mogą naruszyć bezpieczeństwo systemu, generując fałszywe dowody. Z drugiej strony, implementacja ZK-STARK nie wymaga takiej zaufanej fazy konfiguracji, co czyni ją odporną na ataki kwantowe i odporną na zagrożenia bezpieczeństwa.

• Przejrzystość

ZK-STARK opiera się na publicznej losowości w celu ustalenia parametrów. Umożliwia to otwartą i niezaufaną weryfikację oraz czyni ją bardziej transparentną niż zaufana konfiguracja ZK-SNARK, która opiera się na CRS i wymaga od uczestników uczciwego działania. 

• Dostępność danych

ZK-SNARK jest uważany za bardziej popularny dowód ZK, zwłaszcza w przypadku zestawień warstwy 1 ze względu na jego zaletę w postaci dostępności danych. 

• Skalowalność

Chociaż obie techniki kryptograficzne oferują wyższą skalowalność dla blockchaina, ZK-STARKS przewyższa pod tym względem ZK-SNARK. ZK-STARK charakteryzuje się większym rozmiarem dowodu, co czyni go idealnym do rozległych obliczeń. Nie wymaga również większej mocy obliczeniowej w przypadku złożonych dowodów, co wskazuje na lepszą skalowalność. Z drugiej strony, rozmiar dowodu ZK-SNARK rośnie proporcjonalnie do wzrostu złożoności obliczeń. 

• Przypadków użycia

Implementacja ZK-SNARK jest popularna ze względu na spójny czas weryfikacji i kompaktowe rozmiary dowodów, co czyni ją idealną do różnych zastosowań, takich jak weryfikacja tożsamości, kryptowaluty zapewniające prywatność oraz zdecentralizowane finanse (DeFi). Z kolei ZK-STARK są wykorzystywane w rozwiązaniach warstwy 2 ze względu na ich nieodłączne zalety w zakresie przejrzystości i skalowalności.

Wniosek

ZK-SNARK cieszy się już dużą popularnością w świecie kryptowalut ze względu na swoje wyjątkowe funkcje i korzyści. Z-cash to jedna z kryptowalut, która wykorzystuje ZK-SNARK dla zapewnienia maksymalnej prywatności i przyczynia się do jego powszechnego stosowania. Jednak obawy dotyczące zaufanego procesu konfiguracji i potencjalnych luk w zabezpieczeniach utorowały drogę alternatywnym rozwiązaniom, takim jak ZK-STARK. Różnica między ZK-SNARK a ZK-STARK ułatwiłaby użytkownikom wybór idealnej kryptowaluty dla ich projektu.

Ogólnie rzecz biorąc, rozwój i udoskonalanie algorytmów ZK-SNARK i ZK-STARK stanowi znaczący postęp w dziedzinie dowodów zerowej wiedzy. Antier rozumie, że przyszłość kryptografii rysuje się obiecująco, a prywatność, bezpieczeństwo i skalowalność są priorytetem innowacji. Dlatego jesteśmy zawsze gotowi zapewnić naszym klientom najlepsze wsparcie w zakresie kryptografii i rozwoju rozwiązań warstwy 2, na jakie zasługują. Skontaktuj się z naszym zespołem, aby dowiedzieć się więcej o nas i naszych usługach.