Как работают zk-SNARKs или zk-STARKs
zk-SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge) и zk-STARKs (Zero-Knowledge Scalable Transparent Arguments of Knowledge) — это криптографические технологии, которые позволяют доказать правильность утверждения или вычисления без раскрытия информации о самом вычислении или данных. Обе эти технологии используются в ZK-Rollups и других криптовалютных решениях для повышения конфиденциальности и масштабируемости. Давайте разберем, как они работают.
1. zk-SNARKs: Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge
Основные компоненты zk-SNARKs:
- Zero-Knowledge (нулевое знание): Это означает, что одна сторона может доказать другой стороне, что она знает секретную информацию, не раскрывая саму информацию. В случае zk-SNARKs это означает доказательство того, что вычисление было выполнено правильно, без раскрытия данных или промежуточных вычислений.
- Succinct (сжимаемость): Доказательство zk-SNARKs обычно очень маленькое, независимо от размера входных данных или вычислений, что делает его эффективным для использования в блокчейн-технологиях.
- Non-Interactive (неинтерактивность): Это означает, что процесс доказательства не требует обмена сообщениями между двумя сторонами. Существуют криптографические методы, которые позволяют сторонам договориться о доказательстве в одном шаге, без необходимости взаимодействия.
- Arguments of Knowledge (аргументы знания): Доказывается, что некоторая сторона знает информацию, которая позволяет выполнить вычисление, без раскрытия этой информации.
- Параметры настройки: Для создания zk-SNARKs используется процесс настройки, который генерирует публичные параметры для создания доказательства и их верификации. Этот процесс должен быть выполнен с осторожностью, чтобы не привести к уязвимостям.
- Создание доказательства: Если кто-то хочет доказать, что он правильно выполнил вычисление (например, транзакцию или другой алгоритм), он использует свои секретные данные и параметры zk-SNARKs для создания компактного доказательства. Это доказательство не раскрывает информацию о данных, только подтверждает, что вычисление выполнено правильно.
- Верификация: Получатель доказательства использует публичные параметры для проверки, что доказательство действительно подтверждает правильность вычислений. Это происходит без раскрытия информации о данных, на основе которых выполнялось вычисление.
- Компактность: Доказательства очень маленькие и могут быть быстро переданы и проверены.
- Низкие затраты на верификацию: Проверка доказательства требует очень мало вычислительных ресурсов.
- Процесс настройки: Процесс создания доверенных параметров требует осторожности и может стать уязвимостью, если его выполнить неправильно.
- Общее использование секретных ключей: Для создания доказательства может потребоваться использование секретных данных, что требует особого внимания к безопасности.
2. zk-STARKs: Zero-Knowledge Scalable Transparent Arguments of Knowledge
Основные компоненты zk-STARKs:
- Zero-Knowledge (нулевое знание): Как и в zk-SNARKs, zk-STARKs позволяют доказывать, что утверждение верно, не раскрывая информации о самом утверждении.
- Scalable (масштабируемость): zk-STARKs разрабатывались для обеспечения большего масштаба, чем zk-SNARKs, особенно при работе с большими данными.
- Transparent (прозрачность): В отличие от zk-SNARKs, для создания zk-STARKs не требуется процесс настройки с доверенными параметрами. Это делает zk-STARKs более безопасными с точки зрения доверенности в создании криптографической инфраструктуры.
- Arguments of Knowledge (аргументы знания): Как и в zk-SNARKs, zk-STARKs предоставляют доказательства, что некто знает информацию, которая подтверждает выполнение вычислений.
- Параметры настройки: В отличие от zk-SNARKs, zk-STARKs не требуют использования секретных ключей или доверенных параметров. Параметры для создания доказательства являются прозрачными и могут быть генерированы и проверены публично.
- Создание доказательства: Создание доказательства в zk-STARKs также подразумевает использование вычислений для подтверждения правильности выполнения, но доказательства в zk-STARKs могут быть крупнее, чем в zk-SNARKs. Однако они обладают лучшей масштабируемостью для больших данных.
- Верификация: Как и в случае с zk-SNARKs, доказательства могут быть быстро проверены, но сам процесс верификации в zk-STARKs требует больше вычислительных ресурсов, чем в zk-SNARKs, из-за большего объема данных.
- Прозрачность: Не требует доверенных параметров или секретных данных, что повышает безопасность.
- Масштабируемость: Хорошо работает с большими данными, что делает ее более эффективной при использовании в крупных системах.
- Размер доказательства: Доказательства более громоздкие, чем в zk-SNARKs, что требует больше вычислительных ресурсов для их создания и проверки.
- Большие затраты на верификацию: Для проверки zk-STARKs требуется больше вычислительных мощностей, что может ограничить ее использование в некоторых ситуациях.
Сравнение zk-SNARKs и zk-STARKs
Параметры настройки: Требуют доверенной настройки (trusted setup).
Размер доказательства: Очень маленькие доказательства.
Масштабируемость: Хорошо подходят для небольших вычислений.
Процесс верификации: Быстрая верификация.
Применение: Подходит для использования в блокчейнах, где важна компактность доказательства.
Параметры настройки: Не требуют настройки, полностью прозрачные.
Размер доказательства: Более крупные доказательства.
Масштабируемость: Лучшие для масштабируемости и работы с большими данными.
Процесс верификации: Верификация требует больше вычислительных ресурсов.
Применение: Подходит для крупных вычислений и приложений, где требуется масштабируемость.
Заключение:
- zk-SNARKs эффективны, компактны и быстры, но требуют доверенной настройки, что может быть уязвимостью в некоторых сценариях.
- zk-STARKs предлагают улучшенную масштабируемость и прозрачность, но их доказательства более громоздки и требуют больших вычислительных ресурсов.
Обе технологии играют важную роль в криптографии, улучшая конфиденциальность и масштабируемость блокчейнов и других приложений.