ゼロ知識証明 (zk-SNARK 対 zk-STARK) とは何ですか?

ブロックチェーンにおけるゼロ知識証明を理解する

ゼロ知識証明 (ZKP) は、基礎となるデータを明らかにすることなく、一方の当事者がステートメントの正当性を証明できるようにする暗号化プロトコルです。ブロックチェーン エコシステムでは、ZKP はプライバシー、スケーラビリティ、検証効率を強化するための基礎ツールとして機能します。これにより、ノードは送信者のアドレス、受信者の詳細、または金額にアクセスすることなく、トランザクションの正確性を確認できます。このプロパティは、透明性がユーザーの機密性と矛盾する公開台帳で特に価値があります。

zk-SNARK と zk-STARK という 2 つの著名な実装が現在のインフラストラクチャを支配しています。どちらもゼロ知識、完全性、健全性の要件を満たしていますが、設計哲学、信頼の前提、および計算動作において大きく異なります。それらの採用は、イーサリアムやスタークネットなどの主要ネットワークにわたるレイヤー 2 アーキテクチャ、ロールアップ戦略、オンチェーン検証コストに影響を与えます。

zk-SNARK: 知識の簡潔な非対話型議論

1. 有毒廃棄物として知られる暗号パラメータを生成する複数の参加者が関与する、信頼できるセットアップセレモニーに依存します。

2. 楕円曲線暗号とペアリングベースの計算を使用するため、証明サイズが非常に小さくなり、多くの場合 300 バイト未満になります。

3. 検証時間は計算の複雑さに関係なく一定であるため、スマート コントラクトのような制約のある環境に最適です。

4. プルーフ生成前に回路を R1CS フォーマットに前処理する必要があり、動的ロジックの柔軟性が制限されます。

5. 信頼できる設定が侵害された場合に脆弱性がありますが、実際の展開ではマルチパーティの計算によってこれが軽減されます。

zk-STARK: スケーラブルで透明な知識の議論

1. 衝突耐性のあるハッシュ関数と Fiat-Shamir ヒューリスティックを利用することで、信頼できるセットアップの必要性を排除します。

2. 公開データから得られる透明なランダム性を採用し、監査可能性を高め、集中化のリスクを軽減します。

3. より大きなプルーフ (通常は数十キロバイト) が生成され、イーサリアム L1 での通話データ料金が増加します。

4. 数理論的な仮定ではなく対称暗号化に依存するため、ポスト量子セキュリティを提供します。

5. 再帰的構成をより自然にサポートし、指数関数的なオーバーヘッドなしで複雑なネストされた検証を可能にします。

実稼働システムにおけるパフォーマンスのトレードオフ

1. zk-SNARKは、プライバシー保護のDeFiスワップやID認証など、最小限のオンチェーンフットプリントを優先するアプリケーションで優勢です。

2. zk-STARK は、StarkEx や Starknet のような高スループットのロールアップを強化します。この場合、計算の整合性は検証者の制約とは独立して拡張する必要があります。

3. ガスコストモデルは大きく異なります。SNARK 検証は証明ごとに最大 200k ガスを消費しますが、STARK 検証はフィールドのサイズと再帰の深さに応じて 500k ガスを超える場合があります。

4. コンパイル ツールはさまざまです。Circom と SnarkJS は SNARK ワークフローをサポートしていますが、Cairo と Warp は STARK 互換の実行環境をターゲットとしています。

5. ハードウェア アクセラレーションの取り組みは STARK 証明者向けの FPGA オフロードに重点を置いており、SNARK の最適化では GPU ベースの証明クラスタに重点を置いています。

よくある質問

Q: zk-SNARK では、回線を変更するたびに新しい信頼できるセットアップが必要ですか?はい。すべての回路に対して単一のセットアップを行う PLONK のようなユニバーサル セットアップ スキームが使用されていない限り、制約システムを変更するには、新たに信頼できるセットアップが必要になります。

Q: zk-STARK は任意のスマート コントラクト ロジックを直接検証できますか?いいえ。代数中間表現 (AIR) で表現された計算を検証するため、証明を生成する前に Cairo などのドメイン固有言語を介した翻訳が必要です。

Q: 一部のプロトコルが zk-SNARK と zk-STARK の両方を組み合わせるのはなぜですか?ハイブリッド アプローチでは、ベース レイヤの整合性のために STARK を使用し、簡潔な最終検証のために SNARK を使用します。これは、階層化されたアーキテクチャにおける STARK の透明性と SNARK のコンパクトさを活用します。

Q: これらの ZKP タイプを切り替えるときに、コンセンサスレベルの影響はありますか?はい。証明システムを変更すると、ハード フォークやアップグレード可能な検証者契約が必要になることが多く、ガバナンスのタイムラインやフル ノードとライト クライアントにわたるクライアントの互換性に影響します。