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零知識證明的技術路徑之爭:zk-SNARK和zk-STARK誰更優?_ARK

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Crypto行業被廣泛關注的零知識證明技術,并非是這幾年剛冒出來的新技術,而是在1980年就被數學家S.Goldwasser、S.Micali及C.Rackoff提出。

零知識證明涉及一系列步驟,可以實現密碼學中的「可用而不可知」。

而區塊鏈有著公開透明、不可篡改等特征,意味著加密投資者的鏈上資產及交易記錄是沒有隱私可言的,于是零知識證明技術被引入了區塊鏈,當中以zk-SNARK和zk-STARK最為關注。

zk-SNARK被項目方采用得最多,zk-STARK則被密碼學專家認為優于ZK-SNARK。那么綜合技術與實際應用,二者誰更優?

zk-SNARK:簡潔+非交互性

AlessandroChiesa等人在2012年開發了zk-SNARK協議,這是一種簡潔化、非交互式的零知識證明技術,全稱是zero-knowledgesuccinctnon-interactiveargumentsofknowledge,可以拆解成三部分來理解:

CoinShares首席戰略官:對加密貨幣感興趣的前八家金融機構管理總資產高達27萬億美元:金色財經報道,CoinShares首席戰略官Meltem Demirors強調了至少八家主要金融機構已表示將進軍數字資產領域,其中包括貝萊德的現貨比特幣ETF備案和富達的加密財富管理解決方案。其他包括摩根大通、摩根士丹利、高盛、紐約梅隆銀行、景順和美國銀行。Demirors指出,美國許多最大的金融機構正在積極努力提供比特幣等服務。它們管理的資產高達27萬億美元。

值得注意的是,27萬億美元的數字是對八家機構管理的總資產的估計,其中只有一小部分可能會分配給加密貨幣投資。[2023/6/27 22:02:41]

zero-knowledge:

零知識證明,在不暴露隱私情況下向對方證明一件事情,讓數據「可用而不可知」。

休眠10年的BTC地址于今日被激活,將全部1432枚BTC轉移至新地址:6月8日消息,據 whale alert 數據顯示,一休眠超 10 年時間的 BTC 地址于今日被激活,已將地址內全部 1432.93 枚 BTC 轉移至新地址。

Lookonchain 表示,該地址最初于 2013 年 4 月 9 日收到比特幣,當時 BTC 價格僅為每枚 195.40 美元。[2023/6/8 21:23:55]

succinct:

簡潔性,要證明的東西占用的空間很小,而且可以快速驗證。

non-interactive:

非交互性,意味著證明者和驗證者之間不需要有交集即可快速地得到驗證結果。

zk-SNARK的簡潔性和非交互性,是相對于傳統的零知識證明方案而言的。

Celsius:暫停所有的提款、交易和賬戶之間的轉賬:6月13日消息,Celsius發布公告稱,由于今天的極端市場情況,我們宣布Celsius暫停所有的提款、交易和賬戶之間的轉賬。我們今天采取這一行動是為了使Celsius能夠更好地履行其提款義務。為了履行這一承諾,并堅持我們的風險管理框架,我們已經在我們的使用條款中激活了一個條款,這將允許這一過程的發生。

此前報道,Celsius總計持有100.1萬枚以太坊,僅26.8萬枚為具備完全流動性的ETH。[2022/6/13 4:21:35]

簡單來說,傳統方案是交互式證明,即示證者和驗證者之間反復確認,你可以理解為示證者不斷向驗證者詢問“是或不是?”,然后驗證者不斷給出回答,直到最后碰出一個正確答案來,所以效率很低。

zk-SNARK的解決方案則不需要雙方反復確認“是或不是”,而是提前先搞一個「可信初始化」,從而生成公共參考字符串,然后所有的示證者都可以直接訪問它。

流動性協議Tokemak將引入投票托管代幣accTOKE治理模型:金色財經消息,流動性協議Tokemak在最新一次的社區電話會議中表示,將引入投票托管代幣accTOKE治理模型,以推動協議控制資產(PCA)的發展。另外,Tokemak會在2022年年末支持跨鏈或Layer2。[2022/6/5 4:02:58]

打一個通俗的比方。交互式證明相當于老師要批改每一個考生的每一道考題,效率很低,但正確答案只掌握在老師這邊,基本不存在有人偷答案的情況。

但zk-SNARK直接上傳了正確答案,然后讓考生自己對答案,非常高效,代價是答案有可能被泄露,雖然這個答案系統是經過加密的。

因此針對zk-SNARK容易被泄露的問題,有很多圍繞著提高「答案系統」安全性的解決方案,不同采用zk-SNARK的項目方的方案各有不同。如zCloak錢包是直接把算法以純文本的形式發給用戶,用戶下載到本地去做計算。

zk-STARK:概率證明+緩沖時間

zk-STARK是成立于2017年12月的StarkWare團隊開發的,它是針對zk-SNARK的替代解決方案。研發歷時一年多,經過無數次迭代才徹底搞定,已經到2019年了。

zk-SNARK是提前生成公共參考字符串,用非交互式證明的方式提高了證明效率,但也留下了隱患。zk-STARK雖然是交互式證明,但它是一種巧妙的交互式證明——通過哈希函數碰撞來保證安全性,因此也實現了高效證明。

這個思路直接借鑒自2015年推出的交互式預言機證明技術,簡單來說是先把問題用密碼學的方式打碎,然后驗證者隨機向示證者提出幾個的問題,如果幾輪下來,示證者都給出準確的回答,那么驗證就通過了。

所以zk-STARK同樣也只需要極少的計算資源就可以完成證明,但是它更安全,不存在答案泄露的風險。并且為了進一步確保安全性,還設置了爭議時間延遲來作為緩沖。

zk-SNARK和zk-STARK的區別

1.透明度

zk-SNARK的公共參考字符串通常由一個小團體來保管,因此有泄露的可能性,從而被惡意利用,如創建虛假證明。

zk-STARK則直接利用生成隨機性的參數來驗證,不需要任何第三方的「答案系統」,因此透明度大幅提高。

2.抗量子計算機攻擊

zk-SNARK未來會輕易被量子計算機暴力破解。當然,量子計算何時到來還是個問題。

zk-STARK采用的是哈希函數碰撞的方法來證明,理論上量子計算機的暴力破解是無效的。

3.可擴展性

zk-SNARK的證明在鏈上更具可擴展性,zk-STARK在純鏈上似乎沒有優勢。

StarkWare官網宣稱是最快的,可能是因為zk-STARK允許鏈下進行大規模計算和存儲,然后在鏈上完成驗證,因此可擴展性顯著提升,而成本顯著降低。

總結

zk-SNARK技術被采用得最多,尤其是在以太坊擴容場景中。zk-SNARK主要是圍繞「隱私保護」去做身份、支付、DeFi、資產證明等各種應用。

zk-STARK雖然也在發展之中,但技術尚不成熟,至少在通用性上受限,所以我們看到大多是圍繞著「可擴展性」去做各種應用。

不過據StarkWare團隊在2022年的說法,已經解決了可擴展性,該把目標瞄準「隱私保護」了,而方式是通過StarkNet的Layer3以及Layer4中以分形分層的方式解決,這似乎與zk-STARK證明系統本身沒有直接關系。

至少就目前而言,大多數以太坊Layer2項目(zkSync、Aztec、Loopring、Scroll等)都采用的是zk-SNARK技術路線,除了通用性上受限,還有一個原因是普遍反饋說zk-STARK的開發難度過大……

當然長遠來看,zk-STARK可承載的運算量更大,可能更有前景。

總的來說,zk-SNARK和zk-STARK的關系,有些像Optimisticrollups和ZKrollups的關系,前者短期利好,后者長期利好。

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