STA:零知识证明的技术路径之争:zk-SNARK和zk-STARK谁更优?

Crypto行业被广泛关注的零知识证明技术,并非是这几年刚冒出来的新技术,而是在1980年就被数学家S.Goldwasser、S.Micali及C.Rackoff提出。

零知识证明涉及一系列步骤,可以实现密码学中的「可用而不可知」。

而区块链有着公开透明、不可篡改等特征,意味着加密投资者的链上资产及交易记录是没有隐私可言的,于是零知识证明技术被引入了区块链,当中以zk-SNARK和zk-STARK最为关注。

zk-SNARK被项目方采用得最多,zk-STARK则被密码学专家认为优于ZK-SNARK。那么综合技术与实际应用,二者谁更优?

zk-SNARK:简洁+非交互性

AlessandroChiesa等人在2012年开发了zk-SNARK协议,这是一种简洁化、非交互式的零知识证明技术,全称是zero-knowledgesuccinctnon-interactiveargumentsofknowledge,可以拆解成三部分来理解:

新火科技CEO杜均从Curve创始人处购买1000万枚CRV:8月3日消息,新火科技首席执行官杜均通过社交媒体确认其以400万美元的价格从Curve创始人Michael Egorov手中购买了1000万枚CRV,并将这些代币锁定为veCRV。杜均表示,“我会锁定至少一年,并希望 Curve 变得越来越好。”[2023/8/3 16:16:48]

zero-knowledge:

零知识证明,在不暴露隐私情况下向对方证明一件事情,让数据「可用而不可知」。

succinct:

简洁性,要证明的东西占用的空间很小,而且可以快速验证。

non-interactive:

非交互性,意味着证明者和验证者之间不需要有交集即可快速地得到验证结果。

火必与新火科技旗下MPC自托管平台达成OpenLoop清结算网络合作:4月14日消息,新火科技控股有限公司(1611.HK)旗下MPC自托管平台宣布正式与加密资产交易平台火必Huobi达成Openloop清结算网络合作,通过此次合作,将有效帮助用户实现资金安全托管与交易行为分离,使得用户自有资金可以在不离开自托管账户的情况下完成交易,提升用户资产安全。

据悉,双方此次合作将进一步加速推动数字资产安全领域的发展。[2023/4/14 14:04:56]

zk-SNARK的简洁性和非交互性,是相对于传统的零知识证明方案而言的。

简单来说,传统方案是交互式证明,即示证者和验证者之间反复确认,你可以理解为示证者不断向验证者询问“是或不是?”,然后验证者不断给出回答,直到最后碰出一个正确答案来,所以效率很低。

新火科技回应:New Huo HK交易所是牌照申请过程中的试运行网站:金色财经报道,今日网传“李林创办新加密交易平台新火香港”。新火科技回应表示,新火科技一直本着合规运营的理念,并积极在主要国家和地区申请金融及数字资产相关牌照资质。New Huo HK交易所网站是牌照申请过程中的试运行网站,并没有正式对外展业。2023年心火科技业务将进行战略调整,集合中心化和去中心化服务的全新一站式数字资产混业服务平台Sinohope正在筹备过程中,预计Q1将与大家见面,其中包括原有面向专业投资者的持牌资管业务,也会开发更多其他多样化的产品服务。[2023/1/4 9:52:11]

zk-SNARK的解决方案则不需要双方反复确认“是或不是”,而是提前先搞一个「可信初始化」,从而生成公共参考字符串,然后所有的示证者都可以直接访问它。

打一个通俗的比方。交互式证明相当于老师要批改每一个考生的每一道考题,效率很低,但正确答案只掌握在老师这边,基本不存在有人偷答案的情况。

声音 | 常山北明:将为至信链贡献跨链交换、零知识证明、分片共识相关的技术:常山北明(SZ000158)董秘在互动平台回复投资者对于“公司在区块链布局及技术优势”的提问表示,至信链是腾讯、中国网安和北明软件做为核心节点携手发布的区块链。至信链将致力于生态建设,在数据保全、纠纷解决、诉讼辅助等方面做出自己的贡献。北明软件将为至信链贡献跨链交换,零知识证明,分片共识相关的技术和知识的积累。[2019/9/27]

但zk-SNARK直接上传了正确答案,然后让考生自己对答案,非常高效,代价是答案有可能被泄露,虽然这个答案系统是经过加密的。

因此针对zk-SNARK容易被泄露的问题,有很多围绕着提高「答案系统」安全性的解决方案,不同采用zk-SNARK的项目方的方案各有不同。如zCloak钱包是直接把算法以纯文本的形式发给用户,用户下载到本地去做计算。

zk-STARK:概率证明+缓冲时间

zk-STARK是成立于2017年12月的StarkWare团队开发的,它是针对zk-SNARK的替代解决方案。研发历时一年多,经过无数次迭代才彻底搞定,已经到2019年了。

zk-SNARK是提前生成公共参考字符串,用非交互式证明的方式提高了证明效率,但也留下了隐患。zk-STARK虽然是交互式证明,但它是一种巧妙的交互式证明——通过哈希函数碰撞来保证安全性,因此也实现了高效证明。

这个思路直接借鉴自2015年推出的交互式预言机证明技术,简单来说是先把问题用密码学的方式打碎,然后验证者随机向示证者提出几个的问题,如果几轮下来,示证者都给出准确的回答,那么验证就通过了。

所以zk-STARK同样也只需要极少的计算资源就可以完成证明,但是它更安全,不存在答案泄露的风险。并且为了进一步确保安全性,还设置了争议时间延迟来作为缓冲。

zk-SNARK和zk-STARK的区别

1.透明度

zk-SNARK的公共参考字符串通常由一个小团体来保管,因此有泄露的可能性,从而被恶意利用,如创建虚假证明。

zk-STARK则直接利用生成随机性的参数来验证,不需要任何第三方的「答案系统」,因此透明度大幅提高。

2.抗量子计算机攻击

zk-SNARK未来会轻易被量子计算机暴力破解。当然,量子计算何时到来还是个问题。

zk-STARK采用的是哈希函数碰撞的方法来证明,理论上量子计算机的暴力破解是无效的。

3.可扩展性

zk-SNARK的证明在链上更具可扩展性,zk-STARK在纯链上似乎没有优势。

StarkWare官网宣称是最快的,可能是因为zk-STARK允许链下进行大规模计算和存储,然后在链上完成验证,因此可扩展性显著提升,而成本显著降低。

总结

zk-SNARK技术被采用得最多,尤其是在以太坊扩容场景中。zk-SNARK主要是围绕「隐私保护」去做身份、支付、DeFi、资产证明等各种应用。

zk-STARK虽然也在发展之中,但技术尚不成熟,至少在通用性上受限,所以我们看到大多是围绕着「可扩展性」去做各种应用。

不过据StarkWare团队在2022年的说法,已经解决了可扩展性,该把目标瞄准「隐私保护」了,而方式是通过StarkNet的Layer3以及Layer4中以分形分层的方式解决,这似乎与zk-STARK证明系统本身没有直接关系。

至少就目前而言,大多数以太坊Layer2项目(zkSync、Aztec、Loopring、Scroll等)都采用的是zk-SNARK技术路线,除了通用性上受限,还有一个原因是普遍反馈说zk-STARK的开发难度过大……

当然长远来看,zk-STARK可承载的运算量更大,可能更有前景。

总的来说,zk-SNARK和zk-STARK的关系,有些像Optimisticrollups和ZKrollups的关系,前者短期利好,后者长期利好。

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