什麼是零知識證明（zk-SNARK 與 zk-STARK）？

了解區塊鏈中的零知識證明

零知識證明 (ZKP) 是一種加密協議，使一方能夠在不洩露任何底層數據的情況下證明聲明的有效性。在區塊鏈生態系統中，ZKP 是增強隱私性、可擴展性和驗證效率的基礎工具。它們允許節點在不訪問發件人地址、收件人詳細信息或金額的情況下確認交易的正確性。該屬性在透明度與用戶機密性發生衝突的公共分類賬中尤其有價值。

兩個突出的實現主導了當前的基礎設施：zk-SNARK 和 zk-STARK。兩者都滿足零知識、完整性和穩健性要求，但在設計理念、信任假設和計算行為方面存在顯著差異。它們的採用影響了以太坊和 Starknet 等主要網絡的第 2 層架構、匯總策略和鏈上驗證成本。

zk-SNARK：簡潔的非交互式知識論證

1. 依賴於涉及多個參與者的可信設置儀式，生成被稱為有毒廢物的加密參數。

2. 使用橢圓曲線加密和基於配對的數學，導致證明大小極小——通常低於 300 字節。

3. 無論計算複雜程度如何，驗證時間都保持不變，這使其成為智能合約等受限環境的理想選擇。

4. 需要在生成證明之前將電路預處理為 R1CS 格式，限制了動態邏輯的靈活性。

5. 如果可信設置被破壞，則很容易受到損害，儘管現實世界的部署通過多方計算緩解了這種情況。

zk-STARK：可擴展的透明知識論證

1. 通過依賴抗衝突哈希函數和 Fiat-Shamir 啟發式，消除了對可信設置的需求。

2. 採用來自公共數據的透明隨機性，提高可審計性並降低中心化風險。

3. 生成更大的證明（通常為數十千字節），這會增加以太坊 L1 上的通話數據費用。

4. 由於其依賴於對稱密碼學而不是數論假設，因此提供後量子安全性。

5.更自然地支持遞歸組合，無需指數級開銷即可實現複雜的嵌套驗證。

生產系統中的性能權衡

1. zk-SNARK 在優先考慮最小鏈上足蹟的應用程序中占主導地位，例如保護隱私的 DeFi 交換和身份證明。

2. zk-STARK 為 StarkEx 和 Starknet 等高吞吐量匯總提供支持，其中計算完整性必須獨立於驗證者約束進行擴展。

3. Gas 成本模型差異很大：SNARK 驗證每次證明消耗約 200k Gas，而 STARK 驗證可能超過 500k Gas，具體取決於字段大小和遞歸深度。

4. 編譯工具各不相同——Circom 和 SnarkJS 支持 SNARK 工作流程，而 Cairo 和 Warp 則針對 STARK 兼容的執行環境。

5. 硬件加速工作側重於 STARK 證明器的 FPGA 卸載，而 SNARK 優化則強調基於 GPU 的證明集群。

常見問題解答

問：zk-SNARK 是否需要針對每次電路更改進行新的可信設置？是的。對約束系統的任何修改都需要新的可信設置，除非使用通用設置方案（例如對所有電路進行單一設置的 PLONK）。

問：zk-STARKs 可以直接驗證任意智能合約邏輯嗎？不。他們驗證以代數中間表示（AIR）表示的計算，需要在證明生成之前通過特定於領域的語言（例如 Cairo）進行翻譯。

問：為什麼有些協議同時結合了 zk-SNARK 和 zk-STARK？混合方法使用 STARK 實現基礎層完整性，使用 SNARK 進行簡潔的最終驗證——在分層架構中利用 STARK 的透明度和 SNARK 的緊湊性。

問：在這些 ZKP 類型之間切換時是否存在共識級別的影響？是的。改變證明系統通常需要硬分叉或可升級的驗證者合約，從而影響全節點和輕客戶端的治理時間表和客戶端兼容性。