zk-SNARK и zk-STARK: ключевые различия, которые вам следует знать

Если вы уже какое-то время знакомы с блокчейном, вы, вероятно, встречали такие термины, как zk-SNARK и zk-STARK. На первый взгляд они могут показаться странными, но эти технологии определяют принципы конфиденциальности в криптовалютах и ​​не только. 

Методы zk-SNARK и zk-STARK являются частью так называемых доказательств с нулевым разглашением и позволяют доказать истинность чего-либо, не раскрывая никакой дополнительной информации. Но вот что интересно: эти два метода работают совершенно по-разному. 

Знаете ли вы, что Конференция по развитию Ethereum (EDCON) твитнул видео Где Виталик Бутерин, соучредитель Ethereum, предсказал, что zK-SNARK будут столь же важны, как и блокчейны в ближайшие 10 лет? Это смелое заявление, но оно сейчас вызывает бурные дискуссии.

Итак, что же отличает эти две технологии? Давайте разберёмся в этом подробнее и разберём, как zk-SNARK и zk-STARK могут изменить наше представление о безопасности блокчейнов. Продолжайте читать — вы удивитесь, насколько они разные.

Основные выводы

• ZK-SNARK и ZK-STARK представляют собой технологии с нулевым разглашением, но различаются по криптографическим основам и производительности.
• Устройства ZK-SNARK обеспечивают компактные размеры доказательств и быструю проверку, но требуют надежной настройки, что делает их идеальными для решений по обеспечению конфиденциальности.
• ZK-STARKs обеспечивают лучшую масштабируемость и безопасность без доверенной настройки, хотя их размеры доказательств больше и требуют больше вычислительных ресурсов.
• Обе технологии играют ключевую роль в ZK-EVM, DeFi и масштабировании блокчейнов, причем каждая из них превосходна в различных вариантах использования.

Что такое доказательства с нулевым разглашением (ZKP)?

Источник: LinkedIn

Доказательства с нулевым разглашением (ZKP) — это криптографический метод, позволяющий одной стороне доказать достоверность заявления, не раскрывая никакой информации о самом заявлении. Это одно из самых захватывающих нововведений в криптография.

ZKP позволяют одному человеку («доказывающему») доказать что-либо другому человеку («проверяющему»), не раскрывая никаких дополнительных подробностей.

Это может показаться абстрактным, но это основополагающая концепция, которая лежит в основе достижений в области конфиденциальности, безопасности и масштабируемости блокчейна.

Подумайте об этом так: представьте, что вы хотите доказать, что знаете пароль к хранилищу, не сообщая его никому. Доказательства с нулевым разглашением позволяют это сделать. Вы доказываете, что знаете что-то важное, не раскрывая при этом сам секрет.

Эта технология уже производит фурор в мире блокчейнов, поскольку она решает ключевую проблему — как обеспечить безопасность данных и при этом обмениваться информацией в децентрализованной сети.

Типы доказательств с нулевым разглашением (интерактивные и неинтерактивные)

Существует два основных типа доказательств с нулевым разглашением: интерактивные и неинтерактивные. Оба они достигают одной и той же цели, но делают это разными способами.

Интерактивные доказательства с нулевым разглашением

В интерактивном ZKP доказывающий и проверяющий взаимодействуют друг с другом. Проверяющий предлагает доказывающему доказать, что ему известно что-то, не раскрывая этого, а доказывающий отвечает соответствующим образом.

Это взаимодействие продолжается до тех пор, пока проверяющий не будет убеждён. Однако этот процесс менее практичен для блокчейн-приложений, поскольку требует коммуникации в режиме реального времени.

Неинтерактивные доказательства с нулевым разглашением 

Как следует из названия, неинтерактивные ZKP устраняют необходимость в двустороннем взаимодействии. Вместо этого доказывающая сторона предоставляет единственное доказательство, которое проверяющая сторона может проверить без дальнейшего взаимодействия.

Этот тип больше подходит для блокчейн-сред, где узлы не всегда доступны для живого общения. Такие технологии, как zk-SNARK и zk-STARK, являются примерами неинтерактивных ZKP.

Основные принципы доказательств с нулевым разглашением

Доказательства с нулевым разглашением работают на основе трех основных принципов:

• Полнота: Если утверждение истинно, честный доказывающий сможет убедить проверяющего в его истинности.

• Обоснованность: Если утверждение ложно, ни один нечестный доказывающий не сможет убедить проверяющего в его истинности, за исключением случаев с очень малой вероятностью.

• Нулевое разглашение: проверяющий не узнает ничего, кроме того факта, что утверждение истинно. Другими словами, доказательство не даёт никакой дополнительной информации, кроме корректности утверждения.

Эти принципы гарантируют, что ZKP сохраняют целостность и конфиденциальность, поэтому они стали ключевой частью криптографических решений для децентрализованных систем.

Ключевые компоненты доказательства с нулевым разглашением

Каждая доказательство отсутствия знаний В этом процессе участвуют две основные стороны: доказывающая сторона и проверяющая сторона. Давайте рассмотрим их роли подробнее.

Прувер

Доказывающая сторона — это сторона, которой известна тайна или проверяемое утверждение. В блокчейн-приложениях доказывающей стороной может быть тот, кто хочет доказать наличие определённого баланса или контроля над набором активов, не раскрывая фактических сумм или деталей.

Доказывающая сторона генерирует криптографическое доказательство, которое демонстрирует справедливость его утверждения.

контрольник

Проверяющий — это сторона, которая проверяет доказательство. Он не знает секрета, но должен убедиться в истинности утверждения доказывающего. Проверяющий проводит математические проверки доказательства, представленного доказывающим, и, если всё совпадает, может подтвердить истинность утверждения.

Важно то, что проверяющий ничего не узнает о самом секрете — только то, что доказывающий продемонстрировал знание его.

Преимущества доказательств с нулевым разглашением

Доказательства с нулевым разглашением обладают рядом преимуществ, что делает их крайне востребованными в блокчейне и других безопасных системах. Давайте рассмотрим три основных преимущества:

Безопасность.

ZKP повышают безопасность, позволяя проверять доказательства без раскрытия конфиденциальной информации. В блокчейн-сетях это означает, что пользователи могут доказать владение или контроль над определёнными активами, не раскрывая конфиденциальную информацию, что снижает риск утечек данных и других атак. 

Поскольку фактические данные не передаются, ZKP невероятно устойчивы к хакерам и перехватчикам.

конфиденциальность

Конфиденциальность — одна из главных причин, по которой ZKP приобрели такую ​​популярность в блокчейн-пространстве. Традиционные методы верификации часто требуют от пользователей предоставления больших объёмов личной или финансовой информации.

С помощью ZKP пользователи могут доказать свои заявления (например, право собственности на средства, завершение транзакции), не раскрывая никаких персональных данных, что делает ZKP мощным инструментом для приложений, ориентированных на конфиденциальность.

Например, человек может доказать, что он соответствует определённым требованиям (например, быть старше 18 лет или иметь достаточный объём средств), не раскрывая свой возраст или банковский счёт. Это кардинально меняет ситуацию с конфиденциальностью в блокчейне, где сохранение конфиденциальности имеет решающее значение.

Масштабируемость

ZKP также способствуют масштабируемости, особенно в сетях блокчейнов. Поскольку доказательства можно проверить, не раскрывая всю лежащую в их основе информацию, они могут сократить объём данных, требующих хранения и обработки.

Это помогает снизить нагрузку на блокчейны, делая их более масштабируемыми и эффективными.

zk-SNARK и zk-STARK, две наиболее широко обсуждаемые формы доказательств с нулевым разглашением, специально разработаны для повышения масштабируемости в системах блокчейнов за счет упрощения транзакций и упрощения их проверки.

Такое улучшение масштабируемости — одна из причин, по которой такие люди, как Виталик Бутерин, рассматривают zk-STARKs как многообещающую будущую технологию для обеспечения конфиденциальности и эффективности блокчейна.

ZK-SNARK: Подробный обзор

Источник: IQ.вики

Сжатые неинтерактивные аргументы знания с нулевым разглашением, более известные как ZK-SNARK, — это прорывная технология в криптографии, которая произвела революцию в способе обеспечения конфиденциальности в децентрализованных системах, таких как блокчейны.

Они позволяют эффективно проверять заявления, не раскрывая никакой дополнительной информации о самом заявлении.

Что такое ZK-SNARK?

ZK-SNARK — это криптографические доказательства, которые позволяют одной стороне (доказывающей стороне) продемонстрировать другой стороне (проверяющей стороне), что она обладает определенными знаниями, фактически не раскрывая, какие именно это знания.

Эти доказательства являются как лаконичными (то есть они небольшие и могут быть быстро проверены), так и неинтерактивными (то есть не требуют двусторонней связи между доказывающей и проверяющей сторонами).

Это делает их идеальными для использования в распределенных, децентрализованных средах, таких как блокчейны.

Что означает «СНАРК»?

«SNARK» — это аббревиатура от Succinct Non-interactive Argument of Knowledge (краткий неинтерактивный аргумент знания). Давайте разберёмся:

• Краткость: Доказательство имеет небольшой размер и может быть быстро проверено, даже если исходные данные или вычисления велики.
• Неинтерактивность: доказывающей стороне достаточно отправить проверяющей стороне только одно доказательство, без необходимости дальнейшего взаимодействия.
• Аргумент знания: Доказывающая сторона должна иметь определенные знания или свидетельства (например, секретную информацию), которые подтверждают справедливость утверждения.

Как работают ZK-SNARK?

ZK-SNARK могут показаться чем-то магическим, но они основаны на базовых криптографических принципах. Вот как они работают:

Криптографические предположения в SNARK

Безопасность ZK-SNARK основана на нескольких криптографических предположениях. Одним из ключевых предположений является сложность задач дискретного логарифмирования, что гарантирует вычислительную невозможность взлома криптографического доказательства.

Другим основополагающим принципом является предположение о знании экспоненты (KEA), которое лежит в основе аргумента знания, доказывающего, что доказывающий знает решение проблемы, не раскрывая его.

Использование эллиптических кривых в SNARK

В алгоритмах ZK-SNARK используется эллиптическая криптография (ECC), которая обеспечивает высоконадежное шифрование с ключами меньшего размера по сравнению с традиционными методами криптографии. ECC играет ключевую роль в создании криптографических структур, обеспечивающих возможность использования SNARK, обеспечивая как безопасность, так и эффективность.

Используя эллиптические кривые, ZK-SNARKs может поддерживать компактный размер доказательства и обеспечивать более быстрые вычисления, что крайне важно для таких приложений, как блокчейн, где важен каждый байт данных.

Сложность и производительность

Одна из причин такой эффективности алгоритмов ZK-SNARK — их производительность. Несмотря на сложность фоновых криптографических операций, алгоритмы ZK-SNARK разработаны для создания небольших доказательств, которые можно быстро проверить.

Это означает, что большие и сложные вычисления можно сжать до коротких доказательств, которые являются вычислительно эффективными как для доказывающей, так и для проверяющей стороны, что делает их масштабируемыми для сред блокчейнов.

Важность доверенной настройки в ZK-SNARK

Одним из наиболее важных (и противоречивых) аспектов ZK-SNARK является необходимость в доверенной настройке. На начальном этапе создания криптографической системы доверенная настройка генерирует параметры, необходимые для доказательств.

Этот процесс настройки включает создание как публичных параметров, которые являются общими, так и приватных параметров, которые уничтожаются после использования.

Проблема такого подхода заключается в том, что в случае компрометации или повторного использования приватных параметров безопасность всей системы может оказаться под угрозой. Это делает доверенную конфигурацию критически уязвимой.

Некоторые проекты, такие как Zcash, приняли крайние меры для обеспечения безопасности своей доверенной настройки, но необходимость этой настройки остается недостатком по сравнению с такими системами, как zk-STARKs, которым она не нужна.

Примеры использования ZK-SNARK

ZK-SNARK уже используются в самых разных приложениях, особенно в блокчейн-технологиях и проектах, ориентированных на конфиденциальность. Давайте рассмотрим некоторые из ключевых вариантов использования:

Протоколы конфиденциальности блокчейна

Одно из самых популярных применений ZK-SNARK — протоколы конфиденциальности в сетях блокчейнов. Например, Zcash использует ZK-SNARK для обеспечения конфиденциальности транзакций в своём блокчейне. 

Пользователи могут отправлять и получать средства, не раскрывая публично сведения о своих транзакциях или балансы, обеспечивая финансовую конфиденциальность и сохраняя при этом целостность сети.

Смарт-контракты и DApps

ZK-SNARK также применяются в мире умные контракты и децентрализованные приложения (DApps). ZK-SNARKs, позволяя проводить проверяемые, приватные вычисления в сетях блокчейнов, позволяет создавать более сложные смарт-контракты, защищающие данные и конфиденциальность пользователей.

Это особенно важно для таких приложений, как децентрализованных финансов (DeFi), где пользователи могут захотеть сохранить конфиденциальность своей финансовой информации при взаимодействии с различными протоколами.

Идентичность Проверка

Ещё одним перспективным вариантом использования ZK-SNARK является проверка личности. ZK-SNARK позволяет людям подтвердить определённые данные о себе (например, возраст или гражданство), не раскрывая всех подробностей.

Это может оптимизировать такие процессы, как KYC (Знай своего клиента) в сфере финансовых услуг, обеспечивая конфиденциальность без ущерба для безопасности.

Плюсы и минусы ZK-SNARK

Хотя ZK-SNARKs обладают множеством преимуществ, у них есть и недостатки. Давайте рассмотрим все «за» и «против»:

Плюсы: эффективность, малый размер доказательства

Одно из главных преимуществ ZK-SNARK — их эффективность. Доказательства, генерируемые ZK-SNARK, невероятно компактны, а значит, не занимают много места в блокчейне.

Это особенно полезно для масштабируемости, поскольку меньший размер доказательства означает меньший объём данных для обработки и хранения. Кроме того, малый размер доказательства обеспечивает более быструю проверку, что делает ZK-SNARK идеальным решением для приложений, требующих быстрых и децентрализованных процессов проверки.

Минусы: необходимость надежной настройки, криптографические уязвимости.

С другой стороны, одним из главных недостатков ZK-SNARK является необходимость доверенной настройки. Как упоминалось ранее, доверенная настройка представляет собой потенциальную уязвимость, и если она реализована неправильно, она может поставить под угрозу всю систему.

Кроме того, хотя ZK-SNARKs построены на прочной криптографической основе, они по-прежнему полагаются на криптографические предположения (например, на стойкость дискретных логарифмов), которые могут быть разрушены с помощью будущих достижений в области вычислительной техники, таких как квантовые вычисления.

ZK-STARKs: Подробный обзор

Источник: Изображение от Freepik

ZK-STARK — это следующий этап эволюции доказательств с нулевым разглашением, предлагающий мощную альтернативу ZK-SNARK, особенно с точки зрения масштабируемости и безопасности. ZK-STARK привлекли значительное внимание благодаря устранению некоторых ограничений, присущих SNARK, в частности, зависимости от доверенной конфигурации и криптографических уязвимостей.

Давайте подробнее рассмотрим, что могут предложить ZK-STARKs.

Что такое ZK-STARK?

ZK-STARKs, или масштабируемые прозрачные аргументы знания с нулевым разглашением, представляют собой тип криптографического доказательства, который позволяет одной стороне (доказывающей) доказать другой стороне (проверяющей), что утверждение истинно, не раскрывая никакой дополнительной информации.

В отличие от ZK-SNARK, ZK-STARK не требуют доверенной настройки, что делает их более безопасными и прозрачными по своей сути. Кроме того, ZK-STARK масштабируются и могут обрабатывать большие объёмы вычислений, что делает их идеальными для приложений, требующих высокой производительности и надёжной безопасности.

Что означает «STARK»?

«STARK» — это аббревиатура от Scalable Transparent Arguments of Knowledge (масштабируемые прозрачные аргументы знаний). Вот что означает каждый термин:

• Масштабируемость: ZK-STARK созданы для эффективной обработки больших и сложных вычислений, что делает их отлично подходящими для решений по масштабированию блокчейнов.
• Прозрачность: в отличие от ZK-SNARK, для которых требуется доверенная настройка, ZK-STARK полностью прозрачны, что исключает необходимость в какой-либо внешней доверенной стороне для генерации параметров.
• Аргументы знания: Подобно SNARK, STARK доказывают, что доказывающая сторона обладает определенными знаниями (например, решением криптографической проблемы), не раскрывая самих знаний.

Отсутствие доверенной настройки и потенциал масштабируемости делают ZK-STARK перспективным решением для децентрализованных приложений, сетей блокчейнов и протоколов, сохраняющих конфиденциальность.

Как работают ZK-STARK?

Хотя ZK-STARK и ZK-SNARK имеют сходство в своей общей цели — предоставлении доказательств с нулевым разглашением, их внутренние механизмы принципиально отличаются, особенно когда речь идет об их криптографических предположениях и вычислительных процессах.

Криптографические предположения в STARK

Алгоритмы ZK-STARK основаны на более простых и безопасных криптографических предположениях по сравнению с SNARK. Одним из ключевых преимуществ STARK является то, что они используют хеш-функции — математические функции, которые легко вычислить, но сложно обратить.

Такая зависимость от хеш-функций устраняет необходимость в эллиптической криптографии или знании предположений об экспоненте, что делает ZK-STARK более устойчивым к потенциальным будущим уязвимостям, таким как атаки со стороны квантовых компьютеров.

Использование хеш-функций в STARK

Использование устойчивых к коллизиям хеш-функций играет ключевую роль в работе алгоритмов ZK-STARK. Хэш-функции гарантируют, что два разных входных значения не дадут одинаковый результат, что критически важно для надёжности доказательства.

В STARK хеш-функции помогают создавать проверяемые доказательства без необходимости предварительной настройки системы доверенной стороной. Такая прозрачность не только повышает модель безопасности, но и упрощает внедрение ZK-STARK в децентрализованных экосистемах.

Сложность и производительность

Хотя алгоритмы ZK-STARK более прозрачны и безопасны, они, как правило, более сложны и требуют больших вычислительных ресурсов, чем ZK-SNARK. Компромиссом за отказ от доверенной настройки и использование хеш-функций является то, что доказательства, генерируемые алгоритмами STARK, как правило, имеют больший размер по сравнению с алгоритмами SNARK, что может повлиять на стоимость хранения и передачи данных.

Однако, несмотря на большие размеры доказательств, STARK могут обрабатывать более сложные вычисления с лучшей масштабируемостью, что делает их серьезным претендентом на место крупномасштабных децентрализованных систем.

Примеры использования ZK-STARKs

ZK-STARKs находят широкое применение в сферах блокчейна и децентрализованных финансов (DeFi) и предлагают адекватное решение для повышения масштабируемости, безопасности и прозрачности.

Решения для масштабирования блокчейна

Одним из основных вариантов применения ZK-STARK является масштабируемость блокчейн-решений. По мере роста размера блокчейн-сетей и объёма транзакций возникают проблемы с эффективной обработкой больших объёмов данных.

ZK-STARK позволяют сетям блокчейнов перенести вычисления из основной цепочки в решения уровня 2, проверяя целостность вычислений и не требуя от всех узлов обработки всех данных.

Это повышает масштабируемость, сохраняя при этом доверие и безопасность. Такие проекты, как StarkWare, уже используют технологию STARK для создания масштабируемых блокчейн-решений.

Децентрализованные финансы (DeFi)

В мире децентрализованных финансов (DeFi) конфиденциальность и масштабируемость играют важную роль. ZK-STARK позволяет протоколам DeFi предлагать транзакции и смарт-контракты, сохраняющие конфиденциальность, без необходимости использования доверенной настройки.

Это поможет защитить конфиденциальные финансовые данные пользователей, обеспечивая при этом масштабируемость и безопасность DeFi-платформ. Кроме того, STARK может помочь снизить комиссию за газ на Ethereum, обеспечивая более эффективные процессы генерации и проверки доказательств.

Прозрачный аудит и соответствие требованиям

Системы ZK-STARK также идеально подходят для прозрачного аудита и обеспечения соответствия нормативным требованиям в децентрализованных системах. Организации могут использовать STARK для подтверждения соответствия своих операций нормативным требованиям или управления активами в соответствии с установленными протоколами — и всё это без раскрытия конфиденциальных бизнес-данных или данных пользователей.

Это делает STARKs серьезным кандидатом для таких отраслей, как финансы, здравоохранение и управление цепочками поставок, где конфиденциальность и прозрачность имеют решающее значение.

Плюсы и минусы ZK-STARK

ZK-STARKs обладают рядом преимуществ по сравнению с ZK-SNARKs, но у них также есть свои сложности.

Плюсы: отсутствие доверенной настройки, большая масштабируемость

Одно из главных преимуществ ZK-STARK заключается в том, что они не требуют доверенной настройки. Это устраняет риск, связанный с необходимостью быть уверенным в том, что параметры настройки были созданы и удалены безопасным образом.

STARK также устойчивы к квантовым вычислениям, что делает их более перспективным решением. Кроме того, они обладают значительными преимуществами масштабируемости, поскольку могут более эффективно обрабатывать большие объемы вычислений и наборы данных, что делает их отличным решением для масштабирования блокчейнов и других децентрализованных систем.

Минусы: большие размеры доказательств, более интенсивные вычисления

Однако у ZK-STARK есть и недостатки. Увеличенный размер доказательств в STARK может привести к увеличению затрат на хранение и передачу данных, что может быть недостатком для приложений, где эффективность данных имеет решающее значение.

Кроме того, алгоритмы STARK, как правило, требуют больше вычислительной мощности, чем SNARK, и требуют больше вычислительной мощности для генерации и проверки доказательств. Это может повлиять на производительность, особенно для небольших или менее мощных устройств, являющихся частью децентрализованной сети.

ZK-SNARK против ZK-STARK: сравнительный анализ

Источник: Средний

Хотя ZK-SNARK и ZK-STARK служат схожим целям, эти технологии различаются по своим криптографическим основам, методам генерации доказательств и требованиям к реализации.

Ключевые различия между ZK-SNARK и ZK-STARK

Основы криптографии (эллиптические кривые и хеш-функции)

Криптографические основы ZK-SNARK и ZK-STARK — одно из самых фундаментальных различий между этими двумя технологиями. ZK-SNARK в значительной степени опирается на эллиптические кривые. Это мощная, но более сложная математическая система, лежащая в основе безопасности SNARK.

Хотя эллиптические кривые обеспечивают эффективные доказательства, они также приводят к криптографическим уязвимостям, особенно перед лицом потенциальных будущих технологий, таких как квантовые вычисления.

С другой стороны, ZK-STARK используют хеш-функции, которые проще и безопаснее. Хеш-функции устойчивы к квантовым атакам и не опираются на те же предположения, что и эллиптическая криптография, что делает алгоритмы STARK более устойчивыми в долгосрочной перспективе.

Основанная на хэше структура STARK также обеспечивает большую прозрачность и гарантии безопасности.

Требования к надежной настройке

Еще одно важное различие между ZK-SNARK и ZK-STARK заключается в требовании доверенной настройки. 

Для ZK-SNARK требуется доверенная настройка, при которой доверенная третья сторона генерирует секретные параметры, используемые для создания криптографических доказательств. Эта фаза настройки, часто называемая «церемонией», может представлять угрозу безопасности. Компрометация процесса настройки может привести к появлению уязвимостей, подрывающих работу всей системы.

ZK-STARK, напротив, не требуют доверия и вообще не требуют доверенной настройки. Прозрачность STARK означает отсутствие необходимости полагаться на внешние ресурсы для обеспечения безопасности параметров, что снижает риск потенциальных нарушений безопасности или бэкдоров. Это делает STARK более надежным и безопасным вариантом для полностью децентрализованных сред.

Размер доказательства и время проверки

При сравнении размера доказательства и времени проверки ZK-SNARK и ZK-STARK также демонстрируют разные сильные стороны.

ZK-SNARK известны своим компактным размером доказательств, что делает их высокоэффективными с точки зрения хранения и передачи данных. Небольшой размер доказательств SNARK также обеспечивает более быструю верификацию, что крайне важно для приложений реального времени, таких как транзакции в блокчейне.

Несмотря на прозрачность и масштабируемость, алгоритмы ZK-STARK генерируют более крупные доказательства, чем алгоритмы SNARK. Больший размер может привести к увеличению требований к объёму хранилища и пропускной способности, что может ограничить их эффективность в определённых средах. Однако алгоритмы STARK обладают высокой масштабируемостью для больших вычислений, несмотря на эти большие доказательства.

Предположения безопасности

Предположения о безопасности также играют ключевую роль в определении надежности криптографических систем.

В то время как zk-SNARKs полагаются на более сильные криптографические предположения, такие как знание предположения об экспоненте (KEA) и задача дискретного логарифмирования эллиптической кривой (ECDLP), zk-STARKs, из-за своей зависимости от хеш-функций, работают на более слабых криптографических предположениях, что делает их квантово-устойчивыми.

Такая устойчивость к будущим технологиям делает STARK более перспективными по сравнению с SNARK, особенно в долгосрочных приложениях, где безопасность имеет первостепенное значение.

Масштабируемость и эффективность

С точки зрения масштабируемости и эффективности ZK-STARKs имеют явное преимущество: они предназначены для выполнения масштабируемых вычислений, что делает их идеальными для высокопроизводительных крупномасштабных систем.

Несмотря на то, что их доказательства больше, STARK могут эффективно управлять более сложными операциями, что делает их сильными кандидатами для решений масштабирования уровня 2 и вычислений вне цепочки.

С другой стороны, SNARKS отлично подходит для ситуаций, где размер доказательства и скорость верификации являются главными приоритетами. Небольшой размер доказательства делает его высокоэффективным для решения конкретных задач, но он не обладает достаточной масштабируемостью при больших вычислениях.

Производительность в различных вариантах использования

Как ZK-SNARK, так и ZK-STARK используются в различных приложениях блокчейна и децентрализованных финансов (DeFi), но их производительность может различаться в зависимости от варианта использования.

Конфиденциальность и безопасность блокчейна

Для обеспечения конфиденциальности и безопасности в блокчейн-сетях алгоритмы ZK-SNARK и ZK-STARK предлагают эффективные решения. ZK-SNARK широко используются в протоколах конфиденциальности, таких как Zcash, которые используют эффективные размеры доказательств для сохранения анонимности и обеспечения валидности транзакций.

Между тем, ZK-STARK обеспечивают более высокий уровень безопасности благодаря своей квантовой устойчивости и отсутствию доверенной настройки. Они всё чаще используются для создания децентрализованных приложений (DApps) с сохранением конфиденциальности и аудита соответствия.

Таким образом, SNARK обеспечивают хороший баланс безопасности и эффективности для блокчейн-приложений, ориентированных на конфиденциальность. Однако больший размер доказательства STARK может сделать их менее подходящими для некоторых блокчейн-протоколов, ориентированных на конфиденциальность, по сравнению со SNARK.

Решения для масштабирования уровня 2

С точки зрения масштабирования блокчейн-сетей, ZK-SNARK и ZK-STARK вносят свой вклад в решения уровня 2, но обладают разными преимуществами. ZK-SNARK в настоящее время используются в решениях уровня 2, таких как zk-Rollups, которые позволяют блокчейнам обрабатывать несколько транзакций вне сети, предоставляя при этом краткое подтверждение валидности в сети.

Небольшой размер доказательства SNARK делает его весьма эффективным в этом контексте.

С другой стороны, ZK-STARK особенно хорошо подходят для обработки крупномасштабных вычислений. Такие проекты, как StarkNet, используют технологию STARK для создания масштабируемых и безопасных решений второго уровня.

Хотя STARK генерируют более крупные доказательства, они позволяют сетям масштабироваться без ущерба для безопасности или прозрачности, что делает их мощным решением для задач масштабирования блокчейнов.

Стоимость и сложности реализации

Стоимость и сложность внедрения ZK-SNARK и ZK-STARK могут варьироваться в зависимости от области применения и доступных ресурсов.

Механизмы ZK-SNARK достаточно хорошо изучены и были реализованы в нескольких блокчейн-проектах, но необходимость в доверенной настройке добавляет сложности и потенциальных затрат.

Кроме того, криптография с эллиптической кривой используемые в SNARK, могут оказаться более сложными в реализации, особенно в средах с ограниченными вычислительными ресурсами.

Между тем, алгоритмы ZK-STARK не требуют доверенной конфигурации, что упрощает их реализацию в полностью децентрализованных системах. Однако из-за больших размеров доказательств и более высоких вычислительных требований реализация алгоритмов ZK-STARK может оказаться более затратной с точки зрения как объёма хранилища, так и вычислительной мощности.

Эти затраты можно сократить за счет их масштабируемости, что делает их более эффективными для обработки крупномасштабных приложений.

ZK-SNARK и ZK-STARK в реальных приложениях

Реальное применение zk-STARK и zk-SNARK в некоторых случаях выглядит схожим. Однако из-за различий в составе и размерах они используются по-разному.

Роль в накоплениях с нулевым разглашением (ZK-накоплениях)

ZK-SNARK и ZK-STARK — это критически важные технологии, лежащие в основе ZK-Rollups, которые обеспечивают масштабирование уровня 2 путем пакетной обработки транзакций вне сети и их проверки с помощью единого доказательства в сети. 

Устройства ZK-SNARK, обладающие компактными размерами, уже используются в таких проектах, как zkSync и Loopring, обеспечивая эффективные, быстрые и экономичные транзакции.

ZK-STARK, более масштабируемые для сложных вычислений, набирают популярность в высокопроизводительных комплексных решениях, таких как StarkNet от StarkWare, обеспечивая надежные решения для крупномасштабных децентрализованных приложений.

Приложения в сфере децентрализованных финансов (DeFi)

В DeFi алгоритмы ZK-SNARK и ZK-STARK повышают безопасность и эффективность. DeFi-платформы, ориентированные на конфиденциальность, такие как Tornado Cash, используют алгоритмы ZK-SNARK для анонимизации транзакций и защиты пользовательских данных. 

В то же время ZK-STARK изучаются для использования на децентрализованных биржах (DEX) и платформах деривативов, где масштабируемость является ключевым фактором, позволяющим более сложным финансовым инструментам работать с меньшим количеством узких мест в цепочке.

Роль в транзакциях, сохраняющих конфиденциальность

ZK-SNARK и ZK-STARK являются основой для сохранения конфиденциальности транзакций, особенно в таких криптовалютах, как Zcash (ZK-SNARK), а также в новых реализациях, исследующих ZK-STARK для повышения безопасности.

Эти технологии позволяют пользователям подтверждать действительность транзакции, не раскрывая ее деталей, обеспечивая конфиденциальность и прозрачность в сети.

Использование для обеспечения соответствия нормативным требованиям и прозрачных аудитов

Как ZK-SNARK, так и ZK-STARK становятся необходимыми для соблюдения нормативных требований и прозрачных аудитов систем на основе блокчейна.

Благодаря доказательствам ZK компании могут предоставить подтверждение соответствия (например, платежеспособности или соблюдения нормативных требований) без раскрытия конфиденциальных данных, что обеспечивает надежную и прозрачную проверку, что становится все более востребованным в таких отраслях, как финансы и аудит цепочек поставок.

ZK-SNARK и ZK-STARK в ландшафте ZK-EVM

Источник: Ямаг от Freepik

Виртуальные машины Ethereum с нулевым разглашением (ZK-EVM) меняют подход к выполнению смарт-контрактов в Ethereum, обеспечивая конфиденциальность и масштабируемость. Как ZK-SNARK, так и ZK-STARK играют в этом важную роль, предлагая явные преимущества в реализации и производительности.

ZK-SNARK в ZK-EVM

ZK-SNARK широко используются в ZK-EVM благодаря небольшому размеру доказательства и эффективной проверке, что делает их идеальными для смарт-контрактов, ориентированных на конфиденциальность, и масштабируемых решений уровня 2.

Такие проекты, как zkEVM от Polygon, используют ZK-SNARKs для обеспечения экономически эффективного и безопасного исполнения контрактов на платформах, совместимых с Ethereum.

ZK-STARKs в ZK-EVM

ZK-STARK набирают популярность в разработке ZK-EVM, особенно там, где масштабируемость является приоритетом. Использование хеш-функций вместо эллиптических кривых делает их более безопасными и отлично справляются с высокопроизводительными приложениями.

Язык Cairo компании StarkWare является примером использования STARK для более сложных и масштабируемых вычислений EVM.

Различия в производительности для ZK-EVM

ZK-SNARK предлагают меньшие размеры доказательств и более быструю верификацию, что делает их более эффективными для задач низкой сложности. В отличие от них, ZK-STARK, несмотря на больший размер доказательств, обеспечивают лучшую масштабируемость и безопасность, особенно для смарт-контрактов с более интенсивными вычислениями.

Это различие делает каждую технологию подходящей для разных уровней потребностей масштабирования Ethereum.

Заключение

ZK-SNARK и ZK-STARK производят революцию в мире блокчейнов, предлагая передовые решения для обеспечения конфиденциальности, масштабируемости и безопасности. ZK-SNARK отличаются эффективностью и компактностью, а ZK-STARK обеспечивают более высокую масштабируемость и безопасность без необходимости использования доверенной конфигурации.

Каждая технология обладает своими сильными сторонами, что делает их подходящими для различных приложений, включая обеспечение конфиденциальности блокчейнов, DeFi и реализации ZK-EVM. По мере роста спроса на безопасные и масштабируемые блокчейн-решения, роль ZK-SNARK и ZK-STARK будет только возрастать, определяя будущее децентрализованных технологий.

Часто задаваемые вопросы