零知识证明(ZKP)是一种允许一方(证明者)在不透露任何额外信息的情况下,使另一方(验证者)相信某个声明是真实的加密协议。ZKP 是区块链生态系统的革命性技术,能够通过二层解决方案实现区块链的可扩展性,并构建隐私保护应用程序。zk-SNARKs 和 zk-STARKs 是两种最突出的 ZKP 类型,它们各自具有不同的特性和用例。
zk-SNARKs 是一类广泛的 ZKP 系统,它们是非交互的,这意味着在初始证明生成后,证明者和验证者之间没有来回通信。它们以高效著称,提供短小的证明大小和快速的验证时间,无论复杂性如何,这些都保持不变。
可信设置: SNARKs 需要一个可信的设置阶段,其中生成一组初始参数,通常称为结构化参考字符串(SRS)。这个设置阶段使用一个秘密,如果暴露,将会破坏所有使用该设置创建的后续证明的安全性。可信设置通常被视为一个缺点,因为它们引入了潜在的信任问题:用户必须相信设置是正确执行的,并且秘密在之后被销毁。
椭圆曲线加密(ECC): 许多 SNARK 构造依赖于椭圆曲线加密,这取决于离散对数问题(DLP)的难度。虽然这对经典计算机提供了强大的安全性,但它使 SNARKs 可能容易受到未来量子计算机的攻击,因为量子计算机可以高效地解决 DLP。
证明大小: 小,这使得 SNARKs 适用于带宽和存储有限的应用。
后量子安全性: 有限,由于依赖于 ECC。SNARKs 不是量子抗性的,因为足够强大的量子计算机可能会解决 DLP。
可信设置: 这是必需的( 在大多数 SNARKs 中 )。设置阶段引入了一个信任假设,如果管理不当,可能会带来潜在的安全风险。
可扩展性: 对于需要紧凑证明和快速验证的应用程序非常高效,尽管需要可信设置在高度动态的环境中可能是一个限制。
zk-STARKs 是另一类 ZKP,旨在解决 zk-SNARKs 的缺点。它们被设计为可扩展和“透明”的,这意味着它们不需要可信的设置阶段。相反,zk-STARKs 使用哈希函数和公开已知的随机性来构建证明,从而增强了它们的安全性和可扩展性。
透明设置: STARKs 不依赖于秘密参数。相反,它们的证明是使用公开随机性生成的,这意味着它们没有可能破坏系统的“有毒废物”,并且不需要可信设置。
基于哈希的安全性: STARKs 依赖于哈希函数 ,如 SHA-256,而不是椭圆曲线加密。这使得它们对量子攻击具有抵抗力,因为在当前的加密假设下,哈希函数被认为在量子计算机面前是安全的。
证明大小: STARK 证明可能比 SNARK 证明大几倍,这增加了验证时间,并且在带宽或存储有限的环境中是一个缺点。这是由于它们的透明性、使用多项式承诺以及实现可扩展性的方法。
后量子安全性: 强。由于 STARKs 使用哈希函数而不是椭圆曲线加密,它们在当前的加密假设下不易受到量子攻击。
可信设置: 不需要。STARKs 使用透明设置,消除了设置阶段的信任需求,增强了安全性。
可扩展性: 高度可扩展,特别是对于大型计算,它们在复杂性增加时表现出更明显的性能优势。由于不需要可信设置,它们更加灵活,因为设置不需要为每个新应用或用例重新进行。
特性 | zk-SNARKs | zk-STARKs |
---|---|---|
证明大小 | 小 | 大 |
后量子安全性 | 有限 | 强 |
可信设置 | 需要(大部分) | 不需要 |
可扩展性 | 对于小型计算非常高效,但需要可信设置 | 高度可扩展,特别是对于大型计算 |
zk-SNARKs 是零知识证明系统。它们提供高效的证明大小和快速的验证时间,但需要可信设置,并使用椭圆曲线加密,使其易受量子攻击。
zk-STARKs 则不需要可信设置。相反,它们依赖于哈希函数进行安全性(使其具有量子抗性),并且对于大型计算更具可扩展性。然而,它们的证明大小较大,对于较小的计算验证速度较慢。
这两种主要的 ZKP 对于在区块链生态系统中构建 ZK 协议至关重要,能够通过二层解决方案实现区块链的可扩展性,并构建隐私保护应用程序。
雨夜独酌
回复这篇文章清晰地对比了zk-SNARKs和zk-STARKs两种零知识证明技术,特别是它们在可信设置、后量子安全性以及可扩展性方面的差异,让我对这两种技术有了更深入的了解。表格总结也很实用。