ZK-SNARKs проти ZK-STARKs: Комплексне технічне порівняння

Докази з нульовим розголошенням (ZKPs) стали революційними технологіями, що вирішують дві критичні проблеми блокчейну: конфіденційність і масштабованість. У цьому технічному аналізі ми розглянемо zk-SNARKs та zk-STARKs — два провідні системи доказів з нульовим розголошенням — порівнюючи їх архітектури, характеристики продуктивності та практичні застосування.

Розуміння нульових доказів

Докази нульового знання дозволяють одній стороні перевіряти дійсність транзакції без розкриття додаткової інформації. Щоб ZKP був ефективним, він повинен відповідати трьом основним критеріям:

• Повнота: Якщо твердження вірне, чесного верифікатора переконає чесний керівник
• Звуковість: Якщо твердження є хибним, жоден шахрайський доводчик не може переконати чесного перевіряючого.
• Нульове знання: Перевіряючий не дізнається нічого, окрім дійсності твердження

ZKPs бувають у двох основних формах:

• Інтерактивні ZKPs: вимагають кількох комунікаційних раундів між керівником і верифікатором
• Неконтактні ZKP: Вимагають лише один обмін інформацією для перевірки

Неперервні ZKP, зокрема zk-SNARKs та zk-STARKs, набули популярності в блокчейн-додатках завдяки своїй ефективності та потенціалу практичної реалізації.

Технічна основа zk-SNARKs

«Стислі неінтерактивні аргументи знань з нульовим розголошенням» 019283746574839201zk-SNARKs( були представлені в 2012 році дослідниками Елі Бен-Сассоном, Алессандро К'єзою, Крістіною Гарман, Меттом Гріном, Яном Майерсом і Ераном Тромером. Ці докази забезпечують виняткову ефективність завдяки:

• Стислість: Компактні розміри доказів )зазвичай 100-200 байт(
• Неприйнятність: Необхідності в діалозі між доводом і перевіряючим.
• Швидка верифікація: Верифікація потребує мінімальних обчислювальних ресурсів
• Криптографічна безпека: Заснована на парингах еліптичних кривих

Основна технічна перевага zk-SNARKs полягає в їхній ефективності перевірки. Вони генерують маленькі докази, які можна швидко перевірити, що робить їх придатними для блокчейн-середовища, де обчислювальні ресурси обмежені та мінімізація вимог до зберігання в ланцюзі є критично важливою.

Технічна архітектура zk-STARKs

«Масштабовані прозорі аргументи знань з нульовим розголошенням» )zk-STARKs( представляють технічну еволюцію доказів з нульовим розголошенням, представлену в 2018 році Елі Бен-Сассоном, Іддо Бентовим, Інон Хореші та Майклом Рябзєвим. Їх архітектура забезпечує:

• Масштабованість: Чудова продуктивність завдяки великим наборам даних
• Прозорість: Немає вимог до довіреного налаштування
• Покращена безпека: постквантова стійкість завдяки хеш-функціям, стійким до зіткнень

zk-STARKs дозволяють виконувати обчислення та зберігання даних поза ланцюгом з перевіркою в ланцюзі, що дозволяє системам обробляти складні обчислення поза основним блокчейном, зберігаючи при цьому криптографічні гарантії правильності.

Технічне порівняння: zk-SNARKs проти zk-STARKS

| Технічний параметр | zk-SNARKs | zk-STARKs | |---------------------|-----------|-----------| | Масштабованість | Обмежена масштабованість для великих наборів даних | Перевага масштабованості через офчейн обчислення | | Довірене налаштування | Вимагає початкову церемонію довіреного налаштування | Не потрібно довірене налаштування | | Розмір доказу | Компактний )100-200 байт( | Більший )зазвичай кілобайти( | | Час перевірки | Швидша верифікація | Більш інтенсивна з обчислювальною інтенсивністю перевірка | | Квантова стійкість | Вразливий до атак квантових обчислень | Стійкий до атак квантових обчислень | | Криптографічна база | Криптографія на основі еліптичних кривих | Хеш-функції, стійкі до колізій |

) Аналіз масштабованості

zk-STARKs демонструють переваги в масштабованості при виконанні великих обчислювальних завдань. Їхня архітектура дозволяє розробникам виконувати складні обчислення поза ланцюгом і генерувати докази, які можуть бути ефективно перевірені в ланцюзі. Це робить їх особливо цінними для застосунків, які потребують інтенсивної обробки даних.

На відміну від цього, zk-SNARKs стикаються з проблемами масштабованості при обробці великих наборів даних, оскільки вони потребують значних обчислювальних ресурсів для генерації доказів, коли базова обчислювальна задача стає більш складною.

Розгляд моделі довіри

Вимога до надійної установки є однією з найзначніших технічних відмінностей між цими системами:

• zk-SNARKs: Вимагають церемонії обчислень з множинними учасниками для генерації публічних параметрів. Якщо ці параметри будуть скомпрометовані, безпека всієї системи може бути під загрозою.
• zk-STARKs: Виключайте вимоги до довіреного налаштування, використовуючи публічно перевірну випадковість, що усуває цю потенційну вразливість безпеки.

Характеристики продуктивності

З точки зору продуктивності:

• zk-SNARKs відзначаються: Ефективністю розміру доказу та швидкістю перевірки
• zk-STARKs відзначаються: ефективністю генерації доказів для складних обчислень та відсутністю довіри

Технічна прозорість

zk-STARKs забезпечують підвищену прозорість завдяки своїм публічно перевіряємим процесам налаштування. Це дозволяє будь-якому учаснику незалежно перевірити цілісність усієї системи доказів без покладання на припущення довіри.

Міркування щодо впровадження

При реалізації систем доказів нульового знання розробники повинні враховувати кілька технічних факторів:

1. Обчислювальна складність: Оцініть масштаб обчислень, які вимагатимуть перевірки
2. Вимоги до безпеки: Оцінити потреби в квантовій стійкості та обмеження моделі довіри
3. Обмеження ресурсів у мережі: враховуйте витрати на газ та ефективність блокового простору
4. Вимоги до швидкості перевірки: Визначте, чи є швидка перевірка пріоритетом

Для застосунків, які надають перевагу мінімальному розміру доказу та швидкій перевірці, zk-SNARKs можуть бути кращими, незважаючи на вимогу наявності довіреної установки. Для застосунків, де масштабованість, прозорість і квантова стійкість є найважливішими, zk-STARKs пропонують переконливі переваги.

Технічні додатки

Обидві технології знаходять застосування в екосистемі блокчейну:

• Рішення для конфіденційності: Конфіденційні транзакції та перевірка особи
• Покращення масштабованості: рішення Layer-2 rollup для збільшення пропускної здатності транзакцій
• Обчислювальна цілісність: Перевірна обчислювальна діяльність для складних операцій
• Доступність даних: Стиснуті докази стану блокчейну

Технічна Рамка Рішень

Оптимальний вибір між zk-SNARKs та zk-STARKs залежить від специфічних вимог застосування:

• Виберіть zk-SNARKs, коли: Ефективність на ланцюгу та компактні докази є пріоритетом, а ризики довіреного налаштування прийнятні.
• Виберіть zk-STARKs, коли: Масштабованість для складних обчислень, прозорість та квантова стійкість є необхідними

Обидві технології продовжують розвиватися, з постійними дослідженнями, які вирішують їхні відповідні обмеження та розширюють їх потенційні застосування в екосистемі блокчейн.

Майбутні технічні розробки

Дослідження продовжують розвивати обидві технології. Поточна розробка зосереджена на:

• Зменшення часу генерації доказів для zk-SNARKs
• Мінімізація розміру доказу для zk-STARK
• Створення гібридних систем, які використовують переваги обох підходів
• Оптимізація реалізації для конкретних випадків використання

Оскільки ці технології розвиваються, вони, ймовірно, відіграватимуть все більш важливу роль у вирішенні основних викликів блокчейну, таких як конфіденційність та масштабованість.