Qu'est-ce qu'un ZK-Stark?

Comprendre les bases de ZK-Stark

Un stark ZK (argument transparent évolutif de connaissances de connaissances zéro) est un type de système de preuve cryptographique qui permet à une partie de prouver à une autre qu'ils connaissent une valeur ou une solution sans révéler les données réelles. Il appartient à la famille des preuves de connaissances zéro, qui sont largement utilisées dans les systèmes de blockchain et de crypto-monnaie pour améliorer la confidentialité et l'évolutivité.

Ce qui rend ZK Starks unique, c'est leur capacité à fonctionner sans nécessiter une phase de configuration de confiance, contrairement à leur homologue ZK-Snarks (argument non interactif succinct de connaissance). Cela signifie qu'il n'y a pas besoin d'un ensemble initial de paramètres qui doivent être gardés secrètes, ce qui rend les étoiles ZK plus résistantes aux vulnérabilités potentielles associées aux cérémonies de configuration.

Comment fonctionne ZK-Stark sous le capot

À la base, ZK-Stark s'appuie sur des constructions mathématiques avancées telles que l'interpolation polynomiale et les codes de correction des erreurs. Le proverage code le calcul en polynôme, puis l'évalue à différents points. Le vérificateur vérifie ces évaluations sans connaître l'entrée d'origine, préservant ainsi la vie privée.

Le processus consiste à convertir un problème de calcul en un format algébrique appelé représentation intermédiaire arithmétique (AIR) . Cette représentation permet au système de décomposer des calculs complexes en contraintes gérables qui peuvent être vérifiées efficacement.

Ensuite, le système crée un arbre Merkle de la trace du calcul et utilise cette structure pour générer des engagements. Ces engagements sont ensuite utilisés pour construire des polynômes à faible degré qui représentent les contraintes de trace et de transition d'exécution.

Différences clés entre ZK-Stark et ZK-Snark

Une distinction majeure entre ZK-Stark et ZK-Snark réside dans l'exigence de configuration de confiance . Alors que les SK-Snarks dépendent d'une cérémonie de calcul multipartite sécurisée pour générer des paramètres initiaux, les étapes ZK éliminent cette étape entièrement en s'appuyant uniquement sur les fonctions de hachage et les primitives résistantes à la collision.

Une autre différence est l'évolutivité . ZK-Starks a une meilleure efficacité asymptotique en termes de temps de prouvance et de vérification, en particulier pour les grands calculs. Bien que la taille de la preuve dans ZK-Starks ait tendance à être plus grande que dans ZK-Snarks , ce compromis est souvent acceptable compte tenu de l'augmentation de la sécurité et de la transparence.

En outre, les étoiles ZK sont considérées comme plus d'inclinaison contre les menaces informatiques quantiques en raison de leur dépendance à l'égard de la cryptographie basée sur le hachage plutôt que des appariements de courbe elliptique utilisés dans ZK-Snarks .

Des cas d'utilisation de ZK-Stark en crypto-monnaie

Dans le monde de la blockchain et de la finance décentralisée (DEFI), les étoiles ZK sont de plus en plus adoptées pour les solutions d'échelle de la couche 2 . Un exemple de premier plan est Starkware , qui développe des technologies comme StarKex et StarkNet , tous deux en utilisant des preuves ZK-Stark pour permettre des transactions à haut débit tout en conservant l'intégrité et la confidentialité des données.

Ces systèmes permettent de vérifier le calcul hors chaîne sur la chaîne en utilisant des preuves succinctes, réduisant considérablement les coûts de gaz et augmentant le débit. Par exemple, DAPPS peut lancer plusieurs transactions en une seule preuve, qui est ensuite soumise à Ethereum pour validation.

De plus, ZK-Starks est employé dans des transferts de jetons privés, où les utilisateurs souhaitent obscurcir les détails de la transaction des livres publics tout en garantissant la validité. Des projets comme Aztec Network explorent des modèles hybrides combinant ZK-Snarks et ZK Starks pour équilibrer les performances et la confidentialité.

Implémentation de ZK-Stark: un aperçu étape par étape

Si vous souhaitez implémenter ZK-Starks , voici une ventilation simplifiée des étapes impliquées:

• • Définissez le calcul: commencez par identifier la logique ou la fonction spécifique que vous souhaitez prouver. Cela pourrait être de vérifier un préimage de hachage, de vérifier une preuve Merkle ou de valider une exécution de contrat intelligente.
  • Créez un air: convertissez le calcul en une représentation intermédiaire arithmétique. Cela implique d'écrire la trace d'exécution et de définir les contraintes que chaque étape doit satisfaire.
  • Construire des polynômes: utilisez des techniques d'interpolation pour construire des polynômes qui codent pour les vérifications de trace d'exécution et de contrainte. Ces polynômes seront plus tard évalués pendant la phase de génération de preuve.
  • Engagez-vous à la trace et aux contraintes: générez des racines Merkle pour les polynômes de trace et de contrainte. Cela permet au prover de s'engager dans les valeurs sans les révéler directement.
  • Fiat-Shamir Heuristic: appliquez la transformation Fiat-Shamir pour rendre le protocole non interactif. Cela implique de générer des défis aléatoires basés sur les messages précédents du protocole.
  • Générer des preuves: combinez tous les composants - trace, contraintes, aléatoire - pour créer la preuve finale du stark ZK . Cette preuve peut maintenant être envoyée au vérificateur.
  • Vérifiez la preuve: le vérificateur vérifie la preuve en utilisant les entrées publiques et les valeurs engagées. Si tout s'aligne mathématiquement, la preuve est acceptée; Sinon, il est rejeté.

Chaque étape nécessite une manipulation précise des primitives cryptographiques et des transformations mathématiques pour assurer l'exactitude et la solidité.

Défis et considérations lors de l'utilisation de ZK-Stark

Malgré leurs avantages, les étoiles ZK sont livrées avec plusieurs défis techniques et pratiques. L'une des principales préoccupations est les frais généraux de calcul nécessaires pour générer des preuves. Bien que la vérification soit rapide, la création de la preuve peut être à forte intensité de ressources, en particulier pour les calculs importants.

Le stockage et la bande passante deviennent également des considérations en raison des tailles de preuve relativement importantes par rapport aux SK-Snarks . Cela peut avoir un impact sur l'efficacité de la vérification sur la chaîne et augmenter les coûts de gaz lors de la soumission des preuves à des blockchains comme Ethereum.

De plus, la complexité de la compréhension et de la mise en œuvre de ZK-Starks représente une obstacle à l'entrée pour les développeurs. La maîtrise de l'algèbre abstraite, des techniques arithmétiques et de vérification formelles du champ fini est essentielle pour créer des implémentations robustes et sécurisées.

Enfin, l'intégration de ZK-Starks dans les infrastructures de blockchain existantes nécessite souvent des changements architecturaux importants. Les développeurs doivent soigneusement examiner comment ces preuves interagissent avec les contrats intelligents, les mécanismes de consensus et les couches de disponibilité des données.

Des questions fréquemment posées sur ZK-Stark

Q1: ZK-Starks peut-il être utilisé en dehors de la blockchain? Oui, bien qu'ils soient le plus souvent associés à la blockchain et à la crypto-monnaie, ZK-Starks peut être appliqué dans n'importe quel scénario nécessitant un calcul vérifiable et une conservation de confidentialité, tels que le cloud computing sécurisé et l'apprentissage automatique confidentiel.

Q2: Les étoiles ZK sont-elles résistantes quantiques? Par rapport aux SK-Snarks , les étoiles ZK sont considérées comme plus résilientes contre les attaques quantiques car elles dépendent de la cryptographie symétrique et des fonctions de hachage, qui sont censées être plus difficiles à briser à l'aide d'algorithmes quantiques.

Q3: Comment ZK-Starks affecte-t-il la vitesse de transaction sur les solutions de couche 2? En parcourant plusieurs transactions en une seule preuve, ZK-Starks réduit la quantité de données qui doivent être traitées sur chaîne. Il en résulte une finalité plus rapide et des frais inférieurs pour les utilisateurs finaux interagissant avec les plates-formes de couche 2.

Q4: Est-il possible de auditer une preuve ZK-Stark? Bien que le fonctionnement interne d'une preuve de décalage ZK soit mathématiquement complexe, des outils et des bibliothèques tels que Ethstark et Winterfell fournissent des cadres open-source pour l'audit et la vérification des preuves de manière transparente.