ARK:零知识证明的技术路径之争：zk-SNARK和zk-STARK谁更优？_STA

作者:Chloe

Crypto行业被广泛关注的零知识证明（Zero—Knowledge Proof）技术，并非是这几年刚冒出来的新技术，而是在1980年就被数学家S.Goldwasser、S.Micali及C.Rackoff提出。

零知识证明涉及一系列步骤，可以实现密码学中的「可用而不可知」。

而区块链有着公开透明、不可篡改等特征，意味着加密投资者的链上资产及交易记录是没有隐私可言的，于是零知识证明技术被引入了区块链，当中以zk-SNARK和zk-STARK最为关注。

zk-SNARK被项目方采用得最多，zk-STARK则被密码学专家认为优于ZK-SNARK。那么综合技术与实际应用，二者谁更优？

zk-SNARK：简洁 + 非交互性

Alessandro Chiesa等人在2012年开发了zk-SNARK协议，这是一种简洁化、非交互式的零知识证明技术，全称是zero-knowledge succinct non-interactive arguments of knowledge，可以拆解成三部分来理解：

零知识硬件初创公司Cysic完成600万美元种子轮融资:金色财经报道，零知识 (ZK) 硬件初创公司 Cysic 完成了 600 万美元的种子轮融资。该轮融资由 Polychain Capital 领投，其他投资者包括 Hashkey、SNZ Holding、ABCDE 和 Web3.com 基金会。[2023/2/17 12:13:48]

zero-knowledge：

零知识证明，在不暴露隐私情况下向对方证明一件事情，让数据「可用而不可知」。

succinct：

简洁性，要证明的东西占用的空间很小，而且可以快速验证（几毫秒）。

non-interactive：

非交互性，意味着证明者和验证者之间不需要有交集即可快速地得到验证结果。

QitChain network通过零知识证明（ZKPs）实现网络的隐私性升级:据官方消息，在2022年12月底前，QitChain底层网络将完成“零知识证明（ZKPs）实现QitChain network网络的隐私性”升级。据悉，此次升级能够在目前QTC网络系统中利用隐私保护数据集。允许用户和企业在执行智能合约时保护私有数据集，而不会泄露底层数据。[2022/6/15 4:28:44]

zk-SNARK的简洁性和非交互性，是相对于传统的零知识证明方案而言的。

简单来说，传统方案是交互式证明，即示证者（宣称某一命题为真）和验证者（确认该命题确实为真）之间反复确认，你可以理解为示证者不断向验证者询问“是或不是？”，然后验证者不断给出回答，直到最后碰出一个正确答案来，所以效率很低。

zk-SNARK的解决方案则不需要双方反复确认“是或不是”，而是提前先搞一个「可信初始化」，从而生成公共参考字符串（CRS），然后所有的示证者都可以直接访问它。

DoraHacks平台开始支持基于零知识证明的隐私二次方资助:据官方消息，DoraHacks开发者激励平台HackerLink已经完成整合Dora Factory隐私投票模块MACI，并开始支持基于零知识证明的二次方投票和二次方资助轮次。

MACI（最小化抗共谋基础设施）是Dora Factory以太坊工厂的核心模块之一，通过对投票进行加密以及对结果提供零知识证明，实现隐私投票，将链上和链下治理的投票过程转化为非合作博弈，以达到抗共谋的目的。

DoraHacks对MACI代码中的安全性和效率问题进行了系统性优化。ETH Denver 2022将于2月20日与DoraHacks共同推出第一个中等规模的MACI二次方资助轮次，超过2,000名开发者和10,000名参会者将通过DoraHacks平台进行零知识二次方投票，这是MACI和链上隐私投票的第一次中等规模应用。[2022/1/28 9:19:46]

打一个通俗的比方。交互式证明相当于老师要批改每一个考生的每一道考题，效率很低，但正确答案只掌握在老师这边，基本不存在有人偷答案的情况。

Polygon联合创始人：承诺为零知识技术投资10亿美元:12月25日消息，Polygon联合创始人Sandeep Nailwal在接受采访时表示，根据PolygonScan浏览器，Polygon平均出块时间约为2.3秒，以太坊平均出块时间则是15秒。然后Gas费大概是0.001 MATIC。

关于投资零知识技术的目标，Nailwal回答称，“我们承诺为零知识技术投资10亿美元，我们认为这是区块链扩展的圣杯。隐私是第二个因素——这是每个人都会感到困惑的一个因素。因此，您可以使用ZK在以太坊上验证计算，而无需发回全部数据。相反，您只需证明在第二层上所有计算都是正确的，并将一个简洁的证明放回到以太坊。”

Nailwal还表示，“即使ETH 2.0升级已经实现，也不会提供足够的可扩展性。明年，PoS升级将保持一切不变；就像以太坊现在每秒有13笔交易（TPS），在PoS之后也许会达到20 TPS，但不会超过这个数字。所以这不会增加任何可扩展性。假设在三到五年内，即使实现分片，我们预测会有64个分片，每个分片每秒处理20笔交易，但总的来说还是每秒1280笔交易，对吗？这对整个世界来说还是不够的。”（Cointelegraph）[2021/12/25 8:03:07]

但zk-SNARK直接上传了正确答案，然后让考生自己对答案（把自己解的某道题发送给后台系统，就会直接得到正确与否的最终结果），非常高效，代价是答案有可能被泄露，虽然这个答案系统是经过加密的。

公告 | 安永发布第三代零知识证明区块链技术 可通过批量处理降低交易成本:据安永官网今日公告，安永已在以太坊公共区块链上的公共领域发布第三代零知识证明（ZKP）区块链技术。第三代ZKP区块链技术可通过在一次交易中将多个私人转让批量处理来显着降低交易成本，有助于使公共区块链上的私人交易更具可扩展性。[2019/12/19]

因此针对zk-SNARK容易被泄露的问题，有很多围绕着提高「答案系统」安全性的解决方案，不同采用zk-SNARK的项目方的方案各有不同。如zCloak钱包是直接把算法以纯文本的形式发给用户，用户下载到本地去做计算（所以即使断网也依旧能完成工作）。

zk-STARK：概率证明+缓冲时间

zk-STARK是成立于2017年12月的StarkWare团队开发的，它是针对zk-SNARK的替代解决方案。研发历时一年多，经过无数次迭代才彻底搞定，已经到2019年了。

zk-SNARK是提前生成公共参考字符串，用非交互式证明的方式提高了证明效率，但也留下了隐患。zk-STARK虽然是交互式证明，但它是一种巧妙的交互式证明——通过哈希函数碰撞（一种概率证明的方式）来保证安全性，因此也实现了高效证明。

这个思路直接借鉴自2015年推出的交互式预言机证明（IOP）技术，简单来说是先把问题用密码学的方式打碎，然后验证者随机向示证者提出几个的问题，如果几轮下来，示证者都给出准确的回答，那么验证就通过了。

所以zk-STARK同样也只需要极少的计算资源就可以完成证明，但是它更安全，不存在答案泄露的风险。并且为了进一步确保安全性，还设置了争议时间延迟（DTD）来作为缓冲。

  zk-SNARK和zk-STARK的区别

1.透明度

zk-SNARK的公共参考字符串通常由一个小团体来保管，因此有泄露的可能性，从而被恶意利用，如创建虚假证明。

zk-STARK则直接利用生成随机性的参数来验证，不需要任何第三方的「答案系统」，因此透明度大幅提高。

2.抗量子计算机攻击

zk-SNARK未来会轻易被量子计算机暴力破解（通过分解计算从公钥中提取私钥）。当然，量子计算何时到来还是个问题。

zk-STARK采用的是哈希函数碰撞的方法来证明，理论上量子计算机的暴力破解是无效的。

3.可扩展性

zk-SNARK的证明在链上更具可扩展性（生成的证明的字节数更小），zk-STARK在纯链上似乎没有优势。

StarkWare官网宣称是最快的，可能是因为zk-STARK允许链下进行大规模计算和存储，然后在链上完成验证，因此可扩展性显著提升（甚至可以提高10倍），而成本显著降低。

总结

zk-SNARK技术被采用得最多，尤其是在以太坊扩容场景中。zk-SNARK主要是围绕「隐私保护」去做身份、支付、DeFi、资产证明等各种应用。

zk-STARK虽然也在发展之中，但技术尚不成熟，至少在通用性上受限，所以我们看到大多是围绕着「可扩展性」去做各种应用。

不过据StarkWare团队在2022年的说法，已经解决了可扩展性，该把目标瞄准「隐私保护」了，而方式是通过StarkNet的Layer3以及Layer4中以分形分层的方式解决，这似乎与zk-STARK证明系统本身没有直接关系。

至少就目前而言，大多数以太坊Layer2项目(zkSync、Aztec、Loopring、Scroll等)都采用的是zk-SNARK技术路线，除了通用性上受限，还有一个原因是普遍反馈说zk-STARK的开发难度过大……

当然长远来看，zk-STARK可承载的运算量更大，可能更有前景。

总的来说，zk-SNARK和zk-STARK的关系，?有些像Optimistic rollups和ZK rollups的关系，前者短期利好，后者长期利好。

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