什麼是ZK-Stark？

了解ZK-Stark的基礎知識

ZK-Stark （零知識可擴展的透明知識參數）是一種加密證明系統，使一個方能夠向另一方證明他們知道一個值或解決方案而不揭示實際數據。它屬於零知識證明的家族，該家族廣泛用於區塊鍊和加密貨幣系統以增強隱私和可擴展性。

使ZK-Starks獨特的原因是它們在不需要信任的設置階段的情況下操作的能力，與他們的對應ZK-SNARKS （零知識簡潔的非交互性知識論點）不同。這意味著不需要必須保密的初始參數集，從而使ZK-Starks對與設置儀式相關的潛在漏洞具有更大的抵抗力。

ZK-Stark如何在引擎蓋下工作

ZK-Stark的核心依賴於高級數學構建體，例如多項式插值和錯誤校正代碼。諺語將計算編碼為多項式，然後在各個點進行評估。驗證者在不知道原始輸入的情況下檢查這些評估，從而保留隱私。

該過程涉及將計算問題轉換為稱為算術中間表示（AIR）的代數格式。該表示形式使系統可以將復雜的計算分解為可以有效驗證的可管理約束。

接下來，系統將創建一個計算痕蹟的默克爾樹，並使用此結構來生成承諾。然後，這些承諾用於構建代表執行跟踪和過渡約束的低度多項式。

ZK-Stark和ZK-Snark之間的關鍵差異

ZK-Stark和ZK-Snark之間的一個主要區別在於值得信賴的設置要求。儘管ZK-SNARKS依賴於安全的多方計算儀式來生成初始參數，但ZK-Starks僅通過僅依靠哈希功能和耐碰撞的原始素來完全消除此步驟。

另一個區別是可擴展性。 ZK-Starks在證明和驗證時間方面具有更好的漸近效率，尤其是對於大型計算。儘管ZK-Stark中的證明規模往往比ZK-Snarks大，但考慮到安全性和透明度提高，這種權衡通常是可以接受的。

此外，由於ZK-STARK被認為是針對量子計算威脅的更防止的，因為它們依賴於基於哈希的加密術而不是ZK-SNARKS中使用的橢圓曲線配對。

加密貨幣中ZK-Stark的用例

在區塊鍊和分散融資（DEFI）的世界中， ZK-Starks越來越多地用於第2層縮放解決方案。一個突出的例子是Starkware ，它開發了Starkex和Starknet等技術，既利用ZK-Stark的證明來實現高通量交易，同時保持數據完整性和隱私性。

這些系統允許使用簡潔的證明，大大降低氣體成本並增加吞吐量的鍊鍊計算。例如， DAPP可以將多個交易批量為單個證明，然後將其提交給以太坊進行驗證。

此外， ZK-Starks是在私人代幣轉移中使用的，用戶希望在該傳輸中掩蓋公共分類帳的交易詳細信息，同時仍然確保有效期。阿茲台克網絡（Aztec Network）之類的項目探索了結合ZK-SNARKS和ZK-Starks的混合模型，以平衡性能和隱私。

實施ZK-Stark：逐步概述

如果您有興趣實施ZK-Stark ，這是所涉及的步驟的簡化分解：

• • 定義計算：首先確定要證明的特定邏輯或功能。這可以驗證哈希預先映射，檢查默克爾證明或驗證智能合同執行。
  • 創建空氣：將計算轉換為算術中間表示。這涉及寫出執行跟踪並定義每個步驟必須滿足的約束。
  • 構造多項式：使用插值技術來構建編碼執行跟踪和約束檢查的多項式。這些多項式將在證明生成階段進行評估。
  • 提交跟踪和約束：為痕跡和約束多項式生成默克根。這使供奉獻者可以在不直接揭示它們的情況下對這些值進行承諾。
  • 菲亞特 - 夏米爾啟發式：應用菲亞特 - 沙米爾轉化以使方案非交互。這涉及基於協議中先前消息的隨機挑戰。
  • 生成證明：將所有組件（跟踪，約束，隨機性）組合在一起，以創建最終的ZK-Stark證明。現在可以將此證明發送給驗證者。
  • 驗證證明：驗證者使用公共輸入和承諾的值檢查證明。如果所有內容都以數學在數學上對齊，則可以接受證明；否則，它將被拒絕。

每個步驟都需要精確處理加密原始圖和數學轉換，以確保正確性和健全性。

使用ZK-Stark時的挑戰和考慮因素

儘管有優勢，但ZK-Starks帶來了一些技術和實踐挑戰。主要問題之一是生成證明所需的計算間接費用。儘管驗證很快，但創建證明可能是資源密集的，尤其是對於大型計算。

由於與ZK-SNARK相比，由於證明尺寸相對較大，存儲和帶寬也成為考慮因素。當向以太坊等區塊鏈提交證明時，這可能會影響鏈驗證的效率並增加氣體成本。

此外，理解和實施ZK-Stark的複雜性為開發人員帶來了進入的障礙。掌握抽象代數，有限場算術和正式驗證技術對於建立強大和安全的實現至關重要。

最後，將ZK-Stark集成到現有的區塊鏈基礎架構中通常需要重大的架構變化。開發人員必須仔細考慮這些證據如何與智能合約，共識機制和數據可用性層相互作用。

關於ZK-Stark的常見問題

Q1：可以在區塊鏈之外使用ZK-Starks嗎？是的，儘管它們通常與區塊鍊和加密貨幣相關聯，但在任何需要可驗證的計算和隱私保護的情況下都可以應用ZK-Starks ，例如安全雲計算和機密機器學習。

Q2：ZK-Starks是否抗量子？與ZK-SNARK相比， ZK-Starks被認為對量子攻擊更具彈性，因為它們依賴於對稱的加密和哈希功能，據信使用量子算法更難中斷。

Q3：ZK-Starks如何影響第2層解決方案的交易速度？通過將多個交易分解為單個證明， ZK-Starks減少了需要在鏈上處理的數據量。這導致最終用戶與第2層平台相互作用的最終用戶的費用更快。

問題4：是否可以審核ZK-Stark的證明？儘管ZK-Stark證明的內部運作在數學上是複雜的，但Ethstark和Winterfell等工具和庫提供了以透明方式審核和驗證證明的開源框架。