什么是ZK-Stark？

了解ZK-Stark的基础知识

ZK-Stark （零知识可扩展的透明知识参数）是一种加密证明系统，使一个方能够向另一方证明他们知道一个值或解决方案而不揭示实际数据。它属于零知识证明的家族，该家族广泛用于区块链和加密货币系统以增强隐私和可扩展性。

使ZK-Starks独特的原因是它们在不需要信任的设置阶段的情况下操作的能力，与他们的对应ZK-SNARKS （零知识简洁的非交互性知识论点）不同。这意味着不需要必须保密的初始参数集，从而使ZK-Starks对与设置仪式相关的潜在漏洞具有更大的抵抗力。

ZK-Stark如何在引擎盖下工作

ZK-Stark的核心依赖于高级数学构建体，例如多项式插值和错误校正代码。谚语将计算编码为多项式，然后在各个点进行评估。验证者在不知道原始输入的情况下检查这些评估，从而保留隐私。

该过程涉及将计算问题转换为称为算术中间表示（AIR）的代数格式。该表示形式使系统可以将复杂的计算分解为可以有效验证的可管理约束。

接下来，系统将创建一个计算痕迹的默克尔树，并使用此结构来生成承诺。然后，这些承诺用于构建代表执行跟踪和过渡约束的低度多项式。

ZK-Stark和ZK-Snark之间的关键差异

ZK-Stark和ZK-Snark之间的一个主要区别在于值得信赖的设置要求。尽管ZK-SNARKS依赖于安全的多方计算仪式来生成初始参数，但ZK-Starks仅通过仅依靠哈希功能和耐碰撞的原始素来完全消除此步骤。

另一个区别是可扩展性。 ZK-Starks在证明和验证时间方面具有更好的渐近效率，尤其是对于大型计算。尽管ZK-Stark中的证明规模往往比ZK-Snarks大，但考虑到安全性和透明度提高，这种权衡通常是可以接受的。

此外，由于ZK-STARK被认为是针对量子计算威胁的更防止的，因为它们依赖于基于哈希的加密术而不是ZK-SNARKS中使用的椭圆曲线配对。

加密货币中ZK-Stark的用例

在区块链和分散融资（DEFI）的世界中， ZK-Starks越来越多地用于第2层缩放解决方案。一个突出的例子是Starkware ，它开发了Starkex和Starknet等技术，既利用ZK-Stark的证明来实现高通量交易，同时保持数据完整性和隐私性。

这些系统允许使用简洁的证明，大大降低气体成本并增加吞吐量的链链计算。例如， DAPP可以将多个交易批量为单个证明，然后将其提交给以太坊进行验证。

此外， ZK-Starks是在私人代币转移中使用的，用户希望在该传输中掩盖公共分类帐的交易详细信息，同时仍然确保有效期。阿兹台克网络（Aztec Network）之类的项目探索了结合ZK-SNARKS和ZK-Starks的混合模型，以平衡性能和隐私。

实施ZK-Stark：逐步概述

如果您有兴趣实施ZK-Stark ，这是所涉及的步骤的简化分解：

• • 定义计算：首先确定要证明的特定逻辑或功能。这可以验证哈希预先映射，检查默克尔证明或验证智能合同执行。
  • 创建空气：将计算转换为算术中间表示。这涉及写出执行跟踪并定义每个步骤必须满足的约束。
  • 构造多项式：使用插值技术来构建编码执行跟踪和约束检查的多项式。这些多项式将在证明生成阶段进行评估。
  • 提交跟踪和约束：为痕迹和约束多项式生成默克根。这使供奉献者可以在不直接揭示它们的情况下对这些值进行承诺。
  • 菲亚特 - 夏米尔启发式：应用菲亚特 - 沙米尔转化以使方案非交互。这涉及基于协议中先前消息的随机挑战。
  • 生成证明：将所有组件（跟踪，约束，随机性）组合在一起，以创建最终的ZK-Stark证明。现在可以将此证明发送给验证者。
  • 验证证明：验证者使用公共输入和承诺的值检查证明。如果所有内容都以数学在数学上对齐，则可以接受证明；否则，它将被拒绝。

每个步骤都需要精确处理加密原始图和数学转换，以确保正确性和健全性。

使用ZK-Stark时的挑战和考虑因素

尽管有优势，但ZK-Starks带来了一些技术和实践挑战。主要问题之一是生成证明所需的计算间接费用。尽管验证很快，但创建证明可能是资源密集的，尤其是对于大型计算。

由于与ZK-SNARK相比，由于证明尺寸相对较大，存储和带宽也成为考虑因素。当向以太坊等区块链提交证明时，这可能会影响链验证的效率并增加气体成本。

此外，理解和实施ZK-Stark的复杂性为开发人员带来了进入的障碍。掌握抽象代数，有限场算术和正式验证技术对于建立强大和安全的实现至关重要。

最后，将ZK-Stark集成到现有的区块链基础架构中通常需要重大的架构变化。开发人员必须仔细考虑这些证据如何与智能合约，共识机制和数据可用性层相互作用。

关于ZK-Stark的常见问题

Q1：可以在区块链之外使用ZK-Starks吗？是的，尽管它们通常与区块链和加密货币相关联，但在任何需要可验证的计算和隐私保护的情况下都可以应用ZK-Starks ，例如安全云计算和机密机器学习。

Q2：ZK-Starks是否抗量子？与ZK-SNARK相比， ZK-Starks被认为对量子攻击更具弹性，因为它们依赖于对称的加密和哈希功能，据信使用量子算法更难中断。

Q3：ZK-Starks如何影响第2层解决方案的交易速度？通过将多个交易分解为单个证明， ZK-Starks减少了需要在链上处理的数据量。这导致最终用户与第2层平台相互作用的最终用户的费用更快。

问题4：是否可以审核ZK-Stark的证明？尽管ZK-Stark证明的内部运作在数学上是复杂的，但Ethstark和Winterfell等工具和库提供了以透明方式审核和验证证明的开源框架。