什么是零知识证明（zk-SNARK 与 zk-STARK）？

了解区块链中的零知识证明

零知识证明 (ZKP) 是一种加密协议，使一方能够在不泄露任何底层数据的情况下证明声明的有效性。在区块链生态系统中，ZKP 是增强隐私性、可扩展性和验证效率的基础工具。它们允许节点在不访问发件人地址、收件人详细信息或金额的情况下确认交易的正确性。该属性在透明度与用户机密性发生冲突的公共分类账中尤其有价值。

两个突出的实现主导了当前的基础设施：zk-SNARK 和 zk-STARK。两者都满足零知识、完整性和稳健性要求，但在设计理念、信任假设和计算行为方面存在显着差异。它们的采用影响了以太坊和 Starknet 等主要网络的第 2 层架构、汇总策略和链上验证成本。

zk-SNARK：简洁的非交互式知识论证

1. 依赖于涉及多个参与者的可信设置仪式，生成被称为有毒废物的加密参数。

2. 使用椭圆曲线加密和基于配对的数学，导致证明大小极小——通常低于 300 字节。

3. 无论计算复杂程度如何，验证时间都保持不变，这使其成为智能合约等受限环境的理想选择。

4. 需要在生成证明之前将电路预处理为 R1CS 格式，限制了动态逻辑的灵活性。

5. 如果可信设置被破坏，则很容易受到损害，尽管现实世界的部署通过多方计算缓解了这种情况。

zk-STARK：可扩展的透明知识论证

1. 通过依赖抗冲突哈希函数和 Fiat-Shamir 启发式，消除了对可信设置的需求。

2. 采用来自公共数据的透明随机性，提高可审计性并降低中心化风险。

3. 生成更大的证明（通常为数十千字节），这会增加以太坊 L1 上的通话数据费用。

4. 由于其依赖于对称密码学而不是数论假设，因此提供后量子安全性。

5.更自然地支持递归组合，无需指数级开销即可实现复杂的嵌套验证。

生产系统中的性能权衡

1. zk-SNARK 在优先考虑最小链上足迹的应用程序中占主导地位，例如保护隐私的 DeFi 交换和身份证明。

2. zk-STARK 为 StarkEx 和 Starknet 等高吞吐量汇总提供支持，其中计算完整性必须独立于验证者约束进行扩展。

3. Gas 成本模型差异很大：SNARK 验证每次证明消耗约 200k Gas，而 STARK 验证可能超过 500k Gas，具体取决于字段大小和递归深度。

4. 编译工具各不相同——Circom 和 SnarkJS 支持 SNARK 工作流程，而 Cairo 和 Warp 则针对 STARK 兼容的执行环境。

5. 硬件加速工作侧重于 STARK 证明器的 FPGA 卸载，而 SNARK 优化则强调基于 GPU 的证明集群。

常见问题解答

问：zk-SNARK 是否需要针对每次电路更改进行新的可信设置？是的。对约束系统的任何修改都需要新的可信设置，除非使用通用设置方案（例如对所有电路进行单一设置的 PLONK）。

问：zk-STARKs 可以直接验证任意智能合约逻辑吗？不。他们验证以代数中间表示（AIR）表示的计算，需要在证明生成之前通过特定于领域的语言（例如 Cairo）进行翻译。

问：为什么有些协议同时结合了 zk-SNARK 和 zk-STARK？混合方法使用 STARK 实现基础层完整性，使用 SNARK 进行简洁的最终验证——在分层架构中利用 STARK 的透明度和 SNARK 的紧凑性。

问：在这些 ZKP 类型之间切换时是否存在共识级别的影响？是的。改变证明系统通常需要硬分叉或可升级的验证者合约，从而影响全节点和轻客户端的治理时间表和客户端兼容性。