zk-SNARKs en zk-STARKs: belangrijke verschillen die u moet weten

Als je al een tijdje met blockchain bezig bent, ben je waarschijnlijk termen als zk-SNARKs en zk-STARKs tegengekomen. Ze klinken misschien verwarrend, maar deze technologieën bepalen hoe privacy werkt in cryptovaluta en daarbuiten. 

zk-SNARK's en zk-STARK's maken deel uit van zogenaamde zero-knowledge-bewijzen, en stellen je in staat om te bewijzen dat iets waar is zonder extra informatie prijs te geven. Maar hier wordt het interessant: deze twee methoden werken op heel verschillende manieren. 

Wist je dat de Ethereum Development Conference (EDCON) een video tweette waarin Vitalik Buterin, medeoprichter van Ethereum, voorspelde dat zK-SNARKs over 10 jaar net zo belangrijk zullen zijn als blockchains? Dat is een gewaagde uitspraak, maar het zorgt momenteel voor veel discussie.

Dus, wat onderscheidt deze twee technologieën van elkaar? Laten we dit op een begrijpelijke manier analyseren en dieper ingaan op hoe zk-SNARKs en zk-STARKs onze kijk op blockchainbeveiliging kunnen veranderen. Lees verder – je zult verrast zijn hoe verschillend ze werkelijk zijn.

Key Takeaways

• ZK-SNARKs en ZK-STARKs zijn beide zero-knowledge-proof technologieën, maar verschillen in cryptografische basis en prestaties.
• ZK-SNARKs bieden compacte bewijsformaten en snelle verificatie, maar vereisen een betrouwbare opstelling, waardoor ze ideaal zijn voor privacyoplossingen.
• ZK-STARK's bieden betere schaalbaarheid en beveiliging zonder een vertrouwde configuratie, hoewel hun bewijsgroottes groter en rekenintensiever zijn.
• Beide technologieën spelen een cruciale rol in ZK-EVM's, DeFi en blockchain-schaling, en blinken beide uit in verschillende toepassingsgevallen.

Wat zijn Zero-Knowledge Proofs (ZKP's)?

Bron: LinkedIn

Zero-knowledge proofs (ZKP's) zijn een cryptografische methode waarmee een partij de geldigheid van een bewering kan bewijzen zonder enige informatie over de bewering zelf prijs te geven. Dit is een van de meest opwindende innovaties in de cryptografie.

Met ZKP's kan één persoon (de "bewijzer") iets bewijzen aan een andere persoon (de "verificateur") zonder dat er extra details hoeven te worden getoond.

Dit klinkt misschien abstract, maar het is een essentieel concept dat de basis vormt voor vooruitgang op het gebied van privacy, beveiliging en schaalbaarheid van blockchaintechnologie.

Stel je het zo voor: stel je voor dat je wilt bewijzen dat je het wachtwoord van een kluis kent, zonder dat je het wachtwoord aan iemand hoeft te vertellen. Met zero-knowledge-bewijzen kun je precies dat doen. Je bewijst dat je iets belangrijks weet, zonder het geheim zelf prijs te geven.

Deze technologie zorgt nu al voor ophef in de blockchainwereld, omdat het een belangrijk probleem oplost: hoe kunnen we alles veilig houden en tegelijkertijd informatie delen via een gedecentraliseerd netwerk?

Soorten zero-knowledge-bewijzen (interactief versus niet-interactief)

Er zijn twee hoofdtypen zero-knowledge-bewijzen: interactief en niet-interactief. Beide bereiken hetzelfde doel, maar doen dat op verschillende manieren.

Interactieve zero-knowledge bewijzen

In een interactieve ZKP communiceren de bewijzer en de verificator heen en weer. De verificator daagt de bewijzer uit om te bewijzen dat hij iets weet zonder het te onthullen, en de bewijzer reageert dienovereenkomstig.

Deze interactie gaat door totdat de verificateur overtuigd is. Dit proces is echter minder praktisch voor blockchaintoepassingen omdat het realtime communicatie vereist.

Niet-interactieve Zero-Knowledge Proofs 

Zoals de naam al doet vermoeden, maken niet-interactieve ZKP's heen-en-weer communicatie overbodig. In plaats daarvan levert de bewijzer één bewijs aan dat de verificateur zonder verdere interactie kan controleren.

Dit type is meer geschikt voor blockchainomgevingen, waar nodes niet altijd beschikbaar zijn voor live communicatie. Technologieën zoals zk-SNARK's en zk-STARK's zijn voorbeelden van niet-interactieve ZKP's.

Basisprincipes van zero-knowledge-bewijzen

Zero-knowledge-bewijzen werken op basis van drie kernprincipes:

• Volledigheid: Als de bewering waar is, kan een eerlijke beoordelaar de verificateur ervan overtuigen dat deze waar is.

• Correctheid: Als de bewering onjuist is, kan geen enkele oneerlijke bewijzer de verificator ervan overtuigen dat deze waar is, behalve met een zeer kleine waarschijnlijkheid.

• Zero-knowledge: De verificateur leert niets anders dan dat de bewering waar is. Met andere woorden, het bewijs levert geen aanvullende informatie op, afgezien van de juistheid van de bewering.

Deze principes zorgen ervoor dat ZKP's hun integriteit en privacy behouden. Daarom zijn ze een belangrijk onderdeel geworden van cryptografische oplossingen voor gedecentraliseerde systemen.

Belangrijkste componenten van een zero-knowledge-bewijs

Bij elk zero-knowledge bewijs zijn twee hoofdpartijen betrokken: de bewijzer en de verificator. Laten we hun rollen eens nader bekijken.

Bewijs

De bewijzer is de partij die het geheim of de te bewijzen bewering kent. In blockchaintoepassingen kan de bewijzer iemand zijn die wil bewijzen dat hij/zij een bepaald saldo of controle heeft over een reeks activa zonder de werkelijke bedragen of details te onthullen.

De bewijzer genereert een cryptografisch bewijs dat de geldigheid van zijn bewering aantoont.

Verificateur

De verificateur is de partij die het bewijs controleert. Hij of zij kent het geheim niet, maar moet ervan overtuigd zijn dat de bewering van de bewijzer waar is. De verificateur voert een aantal wiskundige controles uit op het bewijs dat de bewijzer heeft ingediend en, als alles klopt, kan hij of zij bevestigen dat de bewering waar is.

Belangrijk is dat de verificator niets te weten komt over het geheim zelf, alleen dat de bewijzer heeft aangetoond er kennis van te hebben.

Voordelen van nulkennisbewijzen

Zero-knowledge proofs brengen verschillende voordelen met zich mee, waardoor ze zeer gewild zijn in blockchain- en andere beveiligde systemen. Laten we de drie belangrijkste voordelen eens bekijken:

Security

ZKP's verbeteren de beveiliging doordat bewijsstukken geverifieerd kunnen worden zonder gevoelige informatie bloot te leggen. In blockchainnetwerken betekent dit dat gebruikers kunnen bewijzen dat ze bepaalde activa bezitten of beheren zonder privégegevens te onthullen, waardoor het risico op datalekken en andere aanvallen wordt verminderd. 

Omdat er geen daadwerkelijke gegevens worden verzonden, zijn ZKP's ongelooflijk bestand tegen hackers en afluisteraars.

Privacy

Privacy is een van de belangrijkste redenen waarom ZKP's zoveel populariteit hebben gewonnen in de blockchainwereld. Traditionele verificatiemethoden vereisen vaak dat gebruikers grote hoeveelheden persoonlijke of financiële informatie delen.

Met ZKP's kunnen gebruikers hun claims (bijvoorbeeld eigendom van fondsen, voltooiing van een transactie) bewijzen zonder persoonlijke gegevens te hoeven prijsgeven. Hierdoor zijn ZKP's een krachtig hulpmiddel voor privacygerichte toepassingen.

Zo zou iemand bijvoorbeeld kunnen aantonen dat hij of zij aan bepaalde eisen voldoet (zoals ouder zijn dan 18 jaar of over voldoende financiële middelen beschikken) zonder zijn of haar leeftijd of banksaldo prijs te geven. Dit is een game-changer voor privacy in de blockchain, waar het handhaven van vertrouwelijkheid cruciaal is.

Schaalbaarheid

ZKP's dragen ook bij aan schaalbaarheid, vooral in blockchainnetwerken. Omdat bewijzen geverifieerd kunnen worden zonder alle onderliggende informatie prijs te geven, kunnen ze de hoeveelheid data die opgeslagen en verwerkt moet worden, verminderen.

Hierdoor wordt de belasting van blockchains verlicht en worden ze schaalbaarder en efficiënter.

zk-SNARKs en zk-STARKs, twee van de meest besproken vormen van zero-knowledge proofs, zijn specifiek ontworpen om de schaalbaarheid van blockchainsystemen te verbeteren door transacties lichter en gemakkelijker te verifiëren.

Deze verbetering in schaalbaarheid is een van de redenen waarom mensen als Vitalik Buterin zk-STARKs zien als een veelbelovende toekomstige technologie voor blockchainprivacy en -efficiëntie.

ZK-SNARKs: een gedetailleerd overzicht

Bron: IQ.wiki

Zero-knowledge Succinct Non-interactive Arguments of Knowledge, beter bekend als ZK-SNARKs, is een baanbrekende technologie in de cryptografie die een revolutie teweeg heeft gebracht in de manier waarop privacy wordt geregeld in gedecentraliseerde systemen zoals blockchains.

Ze maken het mogelijk om uitspraken efficiënt te verifiëren zonder dat er aanvullende informatie over de uitspraak zelf wordt prijsgegeven.

Wat zijn ZK-SNARKs?

ZK-SNARKs zijn cryptografische bewijzen waarmee de ene partij (de bewijzer) aan de andere partij (de verificateur) kan aantonen dat hij/zij bepaalde kennis bezit, zonder dat daadwerkelijk wordt onthuld wat die kennis is.

Deze bewijzen zijn zowel bondig (wat betekent dat ze klein zijn en snel geverifieerd kunnen worden) als niet-interactief (wat betekent dat er geen heen-en-weer communicatie tussen de bewijzer en de verificator nodig is).

Hierdoor zijn ze ideaal voor gebruik in gedistribueerde, gedecentraliseerde omgevingen zoals blockchains.

Waar staat “SNARK” voor?

"SNARK" is een acroniem voor Succinct Non-interactive Argument of Knowledge. Laten we dat eens nader bekijken:

• Bondig: Het bewijs is klein van formaat en snel te verifiëren, zelfs als de oorspronkelijke gegevens of berekeningen groot zijn.
• Niet-interactief: De bewijzer hoeft slechts één bewijs naar de verificateur te sturen, er is geen verdere interactie nodig.
• Kennisargument: Degene die de bewering bewees, moet over specifieke kennis of een getuigenis beschikken (bijvoorbeeld geheime informatie) die de geldigheid van een bewering bewijst.

Hoe werken ZK-SNARKs?

ZK-SNARKs lijken misschien magisch, maar ze zijn gebaseerd op cryptografische basisprincipes. Zo werken ze:

Cryptografische aannames in SNARKs

De beveiliging van ZK-SNARKs is gebaseerd op verschillende cryptografische aannames. Een van de belangrijkste aannames is de moeilijkheidsgraad van discrete logaritmeproblemen, waardoor het kraken van het cryptografische bewijs rekenkundig onmogelijk is.

Een ander fundamenteel principe is de kennis van de exponentveronderstelling (KEA), die de basis vormt van het kennisargument dat bewijst dat de bewijzer de oplossing voor het probleem kent zonder deze te onthullen.

Gebruik van elliptische curven in SNARKs

ZK-SNARK's maken gebruik van elliptische curvecryptografie (ECC), wat zeer veilige encryptie mogelijk maakt met kleinere sleutelgroottes in vergelijking met traditionele cryptografiemethoden. ECC speelt een cruciale rol bij het creëren van de cryptografische structuren die SNARK's mogelijk maken en biedt zowel veiligheid als efficiëntie.

Door gebruik te maken van elliptische krommen kunnen ZK-SNARKs een compacte bewijsgrootte behouden en zorgen voor snellere berekeningen, wat essentieel is voor toepassingen zoals blockchain, waarbij elke byte aan gegevens telt.

Complexiteit en prestaties

Een van de redenen waarom ZK-SNARK's zo krachtig zijn, zijn hun prestaties. Ondanks de complexiteit van de cryptografische bewerkingen die op de achtergrond plaatsvinden, zijn ZK-SNARK's ontworpen om kleine bewijzen te produceren die snel geverifieerd kunnen worden.

Dit betekent dat grote, complexe berekeningen kunnen worden samengevat in korte bewijzen die rekenkundig efficiënt zijn voor zowel de bewijzer als de verificator, waardoor ze schaalbaar zijn voor blockchainomgevingen.

Belang van vertrouwde installatie in ZK-SNARKs

Een van de belangrijkste (en meest controversiële) aspecten van ZK-SNARKs is de behoefte aan een betrouwbare opstelling. Tijdens de eerste fase van het creëren van het cryptografische systeem genereert een betrouwbare opstelling de parameters die nodig zijn voor de bewijzen.

Bij dit installatieproces worden zowel openbare parameters (die gedeeld worden) als privéparameters (die na gebruik worden vernietigd) aangemaakt.

De uitdaging met deze aanpak is dat, als de privéparameters ooit worden gecompromitteerd of hergebruikt, de beveiliging van het hele systeem in gevaar kan komen. Dit maakt de vertrouwde configuratie een kritiek kwetsbaar punt.

Sommige projecten, zoals Zcash, hebben extreme maatregelen genomen om de veiligheid van hun vertrouwde configuratie te garanderen. De noodzaak van deze configuratie blijft echter een nadeel vergeleken met systemen als zk-STARKs, die geen dergelijke configuratie nodig hebben.

ZK-SNARKs-gebruiksscenario's

ZK-SNARKs worden al gebruikt in een breed scala aan toepassingen, met name in blockchaintechnologie en privacygerichte projecten. Laten we eens kijken naar enkele belangrijke use cases:

Blockchain-privacyprotocollen

Een van de populairste toepassingen van ZK-SNARKs is in privacyprotocollen op blockchainnetwerken. Zcash gebruikt ZK-SNARKs bijvoorbeeld om privétransacties op de blockchain mogelijk te maken. 

Gebruikers kunnen geld verzenden en ontvangen zonder dat hun transactiegegevens of saldo openbaar worden gemaakt. Zo wordt de financiële privacy gewaarborgd en blijft de integriteit van het netwerk gewaarborgd.

Slimme contracten en DApps

ZK-SNARKs worden ook toegepast in de wereld van slimme contracten en gedecentraliseerde applicaties (DApps). Door verifieerbare, private berekeningen op blockchainnetwerken mogelijk te maken, stellen ZK-SNARKs complexere slimme contracten in staat die gebruikersgegevens en privacy beschermen.

Dit is met name belangrijk voor toepassingen zoals gedecentraliseerde financiën (DeFi) , waar gebruikers hun financiële gegevens privé willen houden tijdens interactie met verschillende protocollen.

Identiteitsverificatie

Een andere veelbelovende toepassing van ZK-SNARKs is identiteitsverificatie. ZK-SNARKs stellen individuen in staat bepaalde kenmerken van zichzelf te bewijzen (zoals hun leeftijd of nationaliteit) zonder de volledige details prijs te geven.

Hiermee kunnen processen zoals KYC (Know Your Customer) in de financiële dienstverlening worden gestroomlijnd, waardoor de privacy wordt gewaarborgd zonder dat de veiligheid in gevaar komt.

Voor- en nadelen van ZK-SNARKs

Hoewel ZK-SNARKs veel voordelen bieden, hebben ze ook een aantal nadelen. Laten we de voor- en nadelen eens bekijken:

Voordelen: Efficiëntie, Laag Proof-formaat

Een van de grootste voordelen van ZK-SNARKs is hun efficiëntie. De bewijzen die ZK-SNARKs genereren zijn ongelooflijk compact, wat betekent dat ze niet veel ruimte innemen op de blockchain.

Dit is vooral handig voor schaalbaarheid, omdat kleinere bewijzen minder data betekenen om te verwerken en op te slaan. Bovendien leidt de kleine bewijsgrootte tot snellere verificatietijden, waardoor ZK-SNARK's ideaal zijn voor toepassingen die snelle, gedecentraliseerde verificatieprocessen vereisen.

Nadelen: Behoefte aan vertrouwde installatie, cryptografische kwetsbaarheden

Aan de andere kant is een van de grootste nadelen van ZK-SNARKs de noodzaak van een vertrouwde configuratie. Zoals eerder vermeld, is de vertrouwde configuratie een potentiële kwetsbaarheid en kan deze, indien niet correct uitgevoerd, het hele systeem in gevaar brengen.

Bovendien zijn ZK-SNARKs weliswaar gebouwd op een solide cryptografische basis, maar ze zijn nog steeds afhankelijk van cryptografische aannames (zoals de hardheid van discrete logaritmen) die door toekomstige ontwikkelingen in de computertechnologie, zoals quantumcomputing, zouden kunnen worden doorbroken.

ZK-STARKs: een gedetailleerd overzicht

Bron: Afbeelding van Freepik

ZK-STARK's zijn de volgende evolutie in zero-knowledge proofs en bieden een krachtig alternatief voor ZK-SNARK's, met name op het gebied van schaalbaarheid en beveiliging. ZK-STARK's hebben veel aandacht gekregen omdat ze een aantal beperkingen van SNARK's aanpakken, met name hun afhankelijkheid van een vertrouwde configuratie en cryptografische kwetsbaarheden.

Laten we eens nader bekijken wat ZK-STARKs te bieden heeft.

Wat zijn ZK-STARKs?

ZK-STARKs, ofwel Zero-Knowledge Scalable Transparent Arguments of Knowledge, zijn een type cryptografisch bewijs waarmee één partij (de bewijzer) aan een andere partij (de verificateur) kan bewijzen dat een bewering waar is, zonder dat er aanvullende informatie hoeft te worden prijsgegeven.

In tegenstelling tot ZK-SNARK's vereisen ZK-STARK's geen vertrouwde configuratie, waardoor ze veiliger en transparanter zijn. Bovendien zijn ZK-STARK's schaalbaar en kunnen ze grotere berekeningen aan, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen die hoge prestaties en robuuste beveiliging vereisen.

Waar staat “STARK” voor?

"STARK" is een acroniem voor Scalable Transparent Arguments of Knowledge. Dit is wat elke term betekent:

• Schaalbaar: ZK-STARK's zijn gebouwd om grote, complexe berekeningen efficiënt uit te voeren, waardoor ze uitermate geschikt zijn voor blockchain-schaalbaarheidsoplossingen.
• Transparant: in tegenstelling tot ZK-SNARKs, waarvoor een vertrouwde configuratie vereist is, zijn ZK-STARKs volledig transparant. Hierdoor is er geen externe, vertrouwde partij nodig om parameters te genereren.
• Argumenten van kennis: vergelijkbaar met SNARKs bewijzen STARKs dat de bewijzer bepaalde kennis heeft (bijvoorbeeld de oplossing voor een cryptografisch probleem) zonder de kennis zelf te onthullen.

Het ontbreken van een betrouwbare opstelling en het schaalbaarheidspotentieel maken ZK-STARKs een veelbelovende oplossing voor gedecentraliseerde applicaties, blockchainnetwerken en privacybeschermende protocollen.

Hoe werken ZK-STARKs?

Hoewel ZK-STARK's overeenkomsten vertonen met ZK-SNARK's in hun algemene doel om zero-knowledge-bewijzen te leveren, zijn hun interne werkingsmechanismen fundamenteel anders, met name wat betreft hun cryptografische aannames en computationele processen.

Cryptografische aannames in STARK's

ZK-STARK's zijn gebaseerd op eenvoudigere en veiligere cryptografische aannames dan SNARK's. Een van de belangrijkste voordelen is dat STARK's afhankelijk zijn van hashfuncties: wiskundige functies die eenvoudig te berekenen zijn, maar moeilijk omkeerbaar.

Door deze afhankelijkheid van hashfuncties is er geen behoefte meer aan elliptische-krommecryptografie of kennis van exponentaannames. Hierdoor zijn ZK-STARK's beter bestand tegen mogelijke toekomstige kwetsbaarheden, zoals aanvallen van quantumcomputers.

Gebruik van hashfuncties in STARK's

Het gebruik van botsingsbestendige hashfuncties is essentieel voor de werking van ZK-STARK's. Hashfuncties zorgen ervoor dat twee verschillende invoerbronnen niet dezelfde uitvoer opleveren, wat cruciaal is voor de beveiliging van het bewijs.

In STARKs helpen hashfuncties bij het creëren van verifieerbare bewijzen zonder dat een vertrouwde partij het systeem vooraf hoeft in te stellen. Deze transparantie verbetert niet alleen het beveiligingsmodel, maar maakt ZK-STARKs ook gemakkelijker te implementeren in gedecentraliseerde ecosystemen.

Complexiteit en prestaties

Hoewel ZK-STARK's transparanter en veiliger zijn, zijn ze doorgaans complexer en rekenintensiever dan ZK-SNARK's. Het nadeel van het elimineren van de vertrouwde configuratie en het vertrouwen op hashfuncties is dat de bewijzen die door STARK's worden gegenereerd over het algemeen groter zijn dan die van SNARK's, wat van invloed kan zijn op de opslag- en transmissiekosten.

Ondanks de grotere bewijsgroottes kunnen STARK's echter complexere berekeningen aan met een betere schaalbaarheid, waardoor ze een goede kandidaat zijn voor grootschalige gedecentraliseerde systemen.

ZK-STARKs-gebruiksscenario's

ZK-STARK's hebben brede toepassingen in de blockchain- en decentrale financiële (DeFi) wereld en bieden een adequate oplossing voor het verbeteren van schaalbaarheid, beveiliging en transparantie.

Blockchain-schaalbaarheidsoplossingen

Een van de belangrijkste toepassingen van ZK-STARK's is in blockchain-schaalbaarheidsoplossingen. Naarmate blockchainnetwerken in omvang en transactievolume toenemen, worden ze geconfronteerd met uitdagingen bij het efficiënt verwerken van grote hoeveelheden data.

Met ZK-STARK's kunnen blockchainnetwerken de berekeningen van de hoofdketen overdragen aan laag-2-oplossingen. Zo kan de integriteit van de berekeningen worden geverifieerd zonder dat alle knooppunten alle gegevens hoeven te verwerken.

Dit verbetert de schaalbaarheid en behoudt tegelijkertijd vertrouwen en veiligheid. Projecten zoals StarkWare gebruiken STARK-technologie al om schaalbare blockchainoplossingen te bouwen.

Decentralised Finance (DeFi)

In de wereld van Decentralized Finance (DeFi) zijn privacy en schaalbaarheid belangrijke aandachtspunten. ZK-STARK's stellen DeFi-protocollen in staat om privacybeschermende transacties en slimme contracten aan te bieden, zonder dat een vertrouwde configuratie nodig is.

Dit kan helpen om de gevoelige financiële gegevens van gebruikers te beschermen en tegelijkertijd de schaalbaarheid en veiligheid van DeFi-platforms te waarborgen. Bovendien kunnen STARK's helpen om de gaskosten op Ethereum te verlagen door efficiëntere processen voor het genereren en verifiëren van bewijsmateriaal mogelijk te maken.

Transparante auditing en compliance

ZK-STARK's zijn ook ideaal voor transparante auditing en naleving van regelgeving in gedecentraliseerde systemen. Organisaties kunnen STARK's gebruiken om aan te tonen dat hun activiteiten voldoen aan de regelgeving of dat hun activa worden beheerd volgens vastgestelde protocollen – en dat alles zonder vertrouwelijke bedrijfs- of gebruikersgegevens prijs te geven.

Dit maakt STARKs een goede kandidaat voor sectoren zoals financiën, gezondheidszorg en supply chain management, waar privacy en transparantie beide van cruciaal belang zijn.

Voor- en nadelen van ZK-STARK's

ZK-STARKs bieden verschillende voordelen ten opzichte van ZK-SNARKs, maar ze brengen ook hun eigen uitdagingen met zich mee.

Voordelen: geen vertrouwde installatie, grotere schaalbaarheid

Een van de grootste voordelen van ZK-STARK's is dat ze geen vertrouwde configuratie vereisen. Dit elimineert het risico dat gepaard gaat met het moeten vertrouwen op de veilige creatie en verwijdering van de configuratieparameters.

STARKs zijn bovendien kwantumresistent, waardoor ze een toekomstbestendige oplossing zijn. Bovendien zijn hun schaalbaarheidsvoordelen aanzienlijk, omdat ze grote berekeningen en datasets efficiënter kunnen verwerken, waardoor ze een uitstekende oplossing zijn voor het schalen van blockchains en andere gedecentraliseerde systemen.

Nadelen: Grotere bewijsgroottes, meer rekenintensief

ZK-STARK's hebben echter ook enkele nadelen. De grotere bewijsgroottes in STARK's kunnen leiden tot hogere opslag- en transmissiekosten, wat een nadeel kan zijn voor toepassingen waarbij data-efficiëntie een belangrijke prioriteit is.

Bovendien zijn STARK's over het algemeen rekenintensiever dan SNARK's, waardoor er meer rekenkracht nodig is om bewijzen te genereren en te verifiëren. Dit kan de prestaties beïnvloeden, vooral bij kleinere of minder krachtige apparaten die deel uitmaken van een gedecentraliseerd netwerk.

ZK-SNARKs versus ZK-STARKs: een vergelijkende analyse

Bron: Medium

Hoewel ZK-SNARKs en ZK-STARKs soortgelijke doeleinden dienen, verschillen deze technologieën wat betreft hun cryptografische basis, methoden voor bewijsgeneratie en implementatievereisten.

Belangrijkste verschillen tussen ZK-SNARK's en ZK-STARK's

Cryptografische basisprincipes (elliptische curven versus hashfuncties)

De cryptografische basis van ZK-SNARK's en ZK-STARK's is een van de meest fundamentele verschillen tussen de twee technologieën. ZK-SNARK's zijn sterk afhankelijk van elliptische-curvecryptografie. Dit is een krachtig maar complexer wiskundig systeem dat de beveiliging van SNARK's ondersteunt.

Elliptische krommen leveren weliswaar efficiënte bewijzen op, maar ze introduceren ook cryptografische kwetsbaarheden, met name met het oog op potentiële toekomstige technologieën zoals quantumcomputing.

ZK-STARKs daarentegen gebruiken hashfuncties , die eenvoudiger en veiliger zijn. Hashfuncties zijn bestand tegen kwantumaanvallen en berusten niet op dezelfde aannames als elliptische-curve-cryptografie, waardoor STARKs op de lange termijn robuuster zijn.

De hash-gebaseerde structuur van STARKs leidt bovendien tot meer transparantie en veiligheidsgaranties.

Vereisten voor vertrouwde installatie

Een ander groot verschil tussen ZK-SNARKs en ZK-STARKs is de vereiste voor een vertrouwde installatie. 

ZK-SNARKs vereisen een vertrouwde configuratie, waarbij een vertrouwde derde partij geheime parameters genereert die worden gebruikt om de cryptografische bewijzen te creëren. Deze configuratiefase, vaak een "ceremonie" genoemd, kan beveiligingsrisico's met zich meebrengen. Als het configuratieproces wordt gecompromitteerd, kan dit leiden tot kwetsbaarheden die het hele systeem ondermijnen.

ZK-STARK's daarentegen zijn trustless en vereisen helemaal geen vertrouwde configuratie. De transparantie van STARK's betekent dat u niet afhankelijk hoeft te zijn van een externe partij voor veilige parameters, waardoor het risico op mogelijke beveiligingsinbreuken of backdoors wordt verminderd. Dit maakt STARK's een betrouwbaardere en veiligere optie voor volledig gedecentraliseerde omgevingen.

Bewijsgrootte en verificatietijd

Wanneer de bewijsgrootte en de verificatietijd worden vergeleken, vertonen ZK-SNARKs en ZK-STARKs ook verschillende sterke punten.

ZK-SNARK's staan ​​bekend om hun compacte bewijsgroottes, waardoor ze zeer efficiënt zijn in dataopslag en -overdracht. De kleine omvang van SNARK-bewijzen zorgt ook voor snellere verificatietijden, wat essentieel is voor realtime toepassingen zoals blockchaintransacties.

ZK-STARK's zijn transparant en schaalbaar, maar genereren grotere bewijzen dan SNARK's. De grotere omvang kan leiden tot hogere opslag- en bandbreedtevereisten, wat hun efficiëntie in bepaalde omgevingen kan beperken. STARK's zijn echter zeer schaalbaar voor grote berekeningen, ondanks deze grotere bewijzen.

Beveiligingsaannames

Veiligheidsveronderstellingen spelen ook een belangrijke rol bij het bepalen van de robuustheid van cryptografische systemen.

Terwijl zk-SNARKs afhankelijk zijn van sterkere cryptografische aannames, zoals de kennis van exponentveronderstellingen (KEA) en het elliptische kromme discrete logaritmeprobleem (ECDLP), werken zk-STARKs, vanwege hun afhankelijkheid van hashfuncties, op zwakkere cryptografische aannames, waardoor ze kwantumresistent zijn.

Deze veerkracht tegen toekomstige technologieën maakt STARKs toekomstbestendiger dan SNARKs, vooral in langetermijntoepassingen waarbij veiligheid van het grootste belang is.

Schaalbaarheid en efficiëntie

Op het gebied van schaalbaarheid en efficiëntie hebben ZK-STARK's een duidelijk voordeel: ze zijn ontworpen om schaalbare berekeningen aan te kunnen, waardoor ze ideaal zijn voor grootschalige systemen met hoge prestaties.

Hoewel hun bewijzen groter zijn, kunnen STARK's efficiënter complexere bewerkingen beheren, waardoor ze een goede kandidaat zijn voor oplossingen op laag 2-schaal en off-chain berekeningen.

SNARKS daarentegen blinkt uit in situaties waar bewijsgrootte en verificatiesnelheid de belangrijkste prioriteiten zijn. Door hun kleine bewijsgrootte zijn ze zeer efficiënt voor specifieke taken, maar ze zijn minder schaalbaar voor grote berekeningen.

Prestaties in verschillende gebruiksgevallen

Zowel ZK-SNARKs als ZK-STARKs worden gebruikt in diverse blockchain- en decentrale financiële (DeFi) toepassingen, maar hun prestaties kunnen verschillen afhankelijk van het gebruiksscenario.

Blockchain-privacy en -beveiliging

Voor privacy en beveiliging in blockchainnetwerken bieden zowel ZK-SNARK's als ZK-STARK's aantrekkelijke oplossingen. ZK-SNARK's worden veel gebruikt in privacyprotocollen zoals Zcash, die vertrouwen op hun efficiënte proof sizes om anonimiteit te behouden en tegelijkertijd de transactievaliditeit te garanderen.

ZK-STARK's bieden ondertussen een sterkere beveiliging dankzij hun kwantumbestendigheid en gebrek aan een vertrouwde configuratie. Ze worden steeds vaker gebruikt voor privacybeschermende decentrale applicaties (DApps) en compliance-audits.

SNARK's bieden dus een goede balans tussen veiligheid en efficiëntie voor privacygerichte blockchaintoepassingen. De grotere bewijsgrootte van STARK's maakt ze echter mogelijk minder geschikt voor bepaalde privacygerichte blockchainprotocollen in vergelijking met SNARK's.

Laag 2 schaaloplossingen

Wat betreft het schalen van blockchainnetwerken dragen ZK-SNARK's en ZK-STARK's beide bij aan laag-2-oplossingen, maar met verschillende sterke punten. ZK-SNARK's worden momenteel gebruikt in laag-2-schaaloplossingen zoals zk-Rollups, waarmee blockchains meerdere transacties off-chain kunnen verwerken en tegelijkertijd een beknopt bewijs van validiteit on-chain kunnen leveren.

De kleine bewijsgrootte van SNARKs maakt ze in deze context zeer efficiënt.

ZK-STARK's zijn daarentegen bijzonder geschikt voor grootschalige berekeningen. Projecten zoals StarkNet gebruiken STARK-technologie om schaalbare en veilige laag 2-oplossingen te bouwen.

Hoewel STARKs grotere bewijzen genereren, zorgen ze ervoor dat netwerken kunnen schalen zonder dat dit ten koste gaat van de veiligheid of transparantie. Daarmee vormen ze een krachtige oplossing voor de uitdagingen op het gebied van blockchain-schaling.

Kosten- en implementatiecomplexiteiten

De kosten en complexiteit van de implementatie van ZK-SNARKs en ZK-STARKs kunnen variëren, afhankelijk van de toepassing en de beschikbare middelen.

ZK-SNARKs worden relatief goed begrepen en zijn geïmplementeerd in verschillende blockchainprojecten. De behoefte aan een betrouwbare opstelling brengt echter complexiteit en potentiële kosten met zich mee.

Daarnaast kan de elliptische curve-cryptografie die in SNARKs wordt gebruikt, lastiger te implementeren zijn, met name in omgevingen met beperkte rekenkracht.

ZK-STARK's vereisen geen betrouwbare configuratie, wat de implementatie ervan in volledig gedecentraliseerde systemen vereenvoudigt. Vanwege de grotere bewijsgroottes en hogere rekenvereisten kunnen ZK-STARK's echter duurder zijn om te implementeren, zowel qua opslag als rekenkracht.

Deze kosten kunnen worden verlaagd door hun schaalbaarheid, waardoor ze efficiënter zijn voor het verwerken van grootschalige toepassingen.

ZK-SNARKs en ZK-STARKs in toepassingen in de praktijk

De praktische toepassing van zk-STARK's en zk-SNARK's lijkt in sommige gevallen vergelijkbaar. Vanwege hun verschillende samenstelling en grootte worden ze echter anders gebruikt.

Rol in Zero-Knowledge Rollups (ZK-Rollups)

ZK-SNARKs en ZK-STARKs zijn cruciale technologieën achter ZK-Rollups, die schaalbaarheid op laag 2 mogelijk maken door transacties off-chain te batchen en ze met één enkel bewijs on-chain te verifiëren. 

ZK-SNARKs worden, dankzij hun compacte bewijsgroottes, al gebruikt in projecten zoals zkSync en Loopring, en maken efficiënte, snelle en kosteneffectieve transacties mogelijk.

ZK-STARK's zijn schaalbaarder voor complexe berekeningen en worden steeds populairder in krachtige rollups, zoals StarkNet van StarkWare, die robuuste oplossingen bieden voor grootschalige gedecentraliseerde applicaties.

Toepassingen in gedecentraliseerde financiering (DeFi)

In DeFi verbeteren ZK-SNARK's en ZK-STARK's de beveiliging en efficiëntie. Privacygerichte DeFi-platforms, zoals Tornado Cash, gebruiken ZK-SNARK's om transacties te anonimiseren en gebruikersgegevens te beschermen. 

Ondertussen worden ZK-STARK's onderzocht voor gedecentraliseerde beurzen (DEX's) en derivatenplatformen, waarbij schaalbaarheid essentieel is. Hierdoor kunnen complexere financiële instrumenten met minder knelpunten in de blockchain opereren.

Rol bij privacybeschermende transacties

ZK-SNARKs en ZK-STARKs zijn essentieel voor privacybeschermende transacties, met name in cryptovaluta zoals Zcash (ZK-SNARKs). Ook zijn er nieuwe implementaties die onderzoeken of ZK-STARKs de beveiliging kunnen verbeteren.

Met deze technologieën kunnen gebruikers de geldigheid van transacties aantonen zonder dat ze de transactiegegevens hoeven te onthullen. Zo wordt zowel de privacy als de transparantie in het netwerk gewaarborgd.

Gebruik bij naleving van regelgeving en transparante audits

Zowel ZK-SNARKs als ZK-STARKs worden steeds belangrijker voor naleving van regelgeving en transparante audits voor blockchain-gebaseerde systemen.

Met ZK-bewijzen kunnen bedrijven bewijs leveren van naleving (bijvoorbeeld solvabiliteit of naleving van regelgeving) zonder vertrouwelijke gegevens openbaar te maken. Dit maakt betrouwbare en transparante verificatie mogelijk, een groeiende noodzaak in sectoren zoals financiën en auditing van de toeleveringsketen.

ZK-SNARKs en ZK-STARKs in het ZK-EVM-landschap

Bron: Afbeelding via Freepik

Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machines (ZK-EVM's) veranderen de manier waarop smart contracts op Ethereum worden uitgevoerd met privacy en schaalbaarheid. Zowel ZK-SNARK's als ZK-STARK's spelen hierin een belangrijke rol en bieden duidelijke voordelen op het gebied van implementatie en prestaties.

ZK-SNARKs in ZK-EVM

ZK-SNARKs worden op grote schaal geïmplementeerd in ZK-EVMs vanwege hun kleine bewijsgrootte en efficiënte verificatie, waardoor ze ideaal zijn voor privacygerichte slimme contracten en schaalbare laag 2-oplossingen.

Projecten zoals Polygon's zkEVM maken gebruik van ZK-SNARKs om kosteneffectieve, veilige contractuitvoering op Ethereum-compatibele platforms mogelijk te maken.

ZK-STARK's in ZK-EVM

ZK-STARK's winnen terrein in de ontwikkeling van ZK-EVM's, vooral waar schaalbaarheid een prioriteit is. Hun gebruik van hashfuncties in plaats van elliptische curven maakt ze veiliger en ze blinken uit in het verwerken van high-performance applicaties.

De Cairo-taal van StarkWare is een voorbeeld van het gebruik van STARKs voor complexere en schaalbare EVM-berekeningen.

Prestatieverschillen voor ZK-EVM

ZK-SNARK's bieden kleinere bewijsgroottes en snellere verificatie, waardoor ze efficiënter zijn voor taken met een lage complexiteit. ZK-STARK's daarentegen bieden, hoewel groter in bewijsgrootte, betere schaalbaarheid en beveiliging, vooral voor rekenintensievere smart contracts.

Dit onderscheid zorgt ervoor dat elke technologie geschikt is voor verschillende lagen van de schaalbehoeften van Ethereum.

Conclusie

ZK-SNARK's en ZK-STARK's revolutioneren de blockchainwereld door geavanceerde oplossingen voor privacy, schaalbaarheid en beveiliging te bieden. Terwijl ZK-SNARK's uitblinken in efficiëntie en compacte afmetingen, bieden ZK-STARK's grotere schaalbaarheid en beveiliging zonder dat een betrouwbare configuratie nodig is.

Elke technologie heeft zijn sterke punten, waardoor ze geschikt zijn voor verschillende toepassingen in blockchain-privacy, DeFi en ZK-EVM-implementaties. Naarmate de vraag naar veilige en schaalbare blockchainoplossingen toeneemt, zullen de rollen van ZK-SNARK's en ZK-STARK's alleen maar belangrijker worden en de toekomst van gedecentraliseerde technologie vormgeven.

Veelgestelde Vragen / FAQ