一文读懂零知识证明技术 zk_SNARKs 和 zk_STARKS 的区别
零知识证明（Zero-Knowledge Proofs）是一种密码学技术，它允许一方向另一方证明某个陈述是正确的，而无需透露任何其他信息，这种技术在各种应用场景中都有其价值，尤其是在增强隐私和安全性方面，在零知识证明的领域中，zk_SNARKs（Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge）和zk_STARKs（Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge）是两种流行的技术，它们各自有不同的特点和应用场景。
零知识证明的基本概念
零知识证明的核心思想是让验证者确信某个陈述是正确的,而不向验证者透露任何额外的信息，这种证明过程必须是零知识的，即验证者除了知道陈述是正确的之外，不会获得任何其他信息，证明过程还应该是非交互式的，即证明者和验证者之间不需要进行多次通信。
zk_SNARKs
zk_SNARKs是一种零知识证明系统,它具有以下特点：
简洁性（Succinct）：zk_SNARKs生成的证明非常短，与输入数据的大小无关，这意味着即使处理大量数据，证明的大小也保持不变。
非交互性（Non-Interactive）：在zk_SNARKs中，证明者只需向验证者发送一次证明，无需进一步的交互。
知识性（Argument of Knowledge）：这种类型的证明确保了证明者必须知道某个陈述背后的知识，而不仅仅是随机猜测。
零知识性（Zero-Knowledge）：zk_SNARKs确保验证者除了知道陈述是正确的之外，不会获得任何其他信息。
zk_SNARKs的一个关键应用是区块链技术,尤其是在需要隐私保护的场景中，Zcash是一个使用zk_SNARKs来隐藏交易信息的加密货币，在这种应用中，zk_SNARKs允许用户证明他们拥有足够的资金进行交易，而无需透露交易的具体细节。
zk_STARKs
与zk_SNARKs不同,zk_STARKs具有以下特点：
透明性（Transparent）：zk_STARKs不依赖于可信设置（trusted setup），这是一种在证明系统中预先生成并共享的秘密参数的过程，相反，zk_STARKs是完全透明的，不需要任何秘密参数。
可扩展性（Scalable）：zk_STARKs在处理大量数据时表现出良好的扩展性，尽管它们的证明大小可能会随着输入数据的增加而增加，但这种增长是渐进的，并且通常比传统的零知识证明系统更有效。
知识性（Argument of Knowledge）：与zk_SNARKs一样，zk_STARKs也确保证明者必须知道某个陈述背后的知识。
零知识性（Zero-Knowledge）：zk_STARKs同样确保验证者除了知道陈述是正确的之外，不会获得任何其他信息。
zk_STARKs的一个主要优势是它们的透明性,这使得它们在需要高度信任和透明度的应用中非常有用，它们可以用于确保区块链网络的完整性，或者在需要公开验证的选举系统中。
技术细节
zk_SNARKs的技术实现
zk_SNARKs通常基于椭圆曲线密码学和哈希函数构建,它们需要一个可信设置过程，这个过程涉及到一组公共参数的生成，这些参数在证明过程中使用，可信设置过程是zk_SNARKs的一个关键弱点，因为它可能引入安全漏洞，如果可信设置过程中的密钥被泄露，那么整个系统的安全性就会受到威胁。
zk_STARKs的技术实现
zk_STARKs则基于算术电路和多项式承诺,它们不需要可信设置，因为它们使用公共参数，这些参数可以从任何已知的困难数学问题中派生出来，例如离散对数问题，这种设计使得zk_STARKs更加透明和安全，因为它们不依赖于任何秘密参数。
应用场景
zk_SNARKs的应用
- 区块链隐私：如前所述，Zcash等加密货币使用zk_SNARKs来保护用户的交易隐私。
- 供应链管理：zk_SNARKs可以用于验证供应链中的货物来源，同时保护参与者的隐私。
- 投票系统：在电子投票系统中，zk_SNARKs可以用来确保投票的完整性，同时保护选民的隐私。
zk_STARKs的应用
- 区块链完整性：zk_STARKs可以用于验证区块链网络的完整性，确保没有欺诈行为。
- 公共验证：在需要公开验证的系统中，如选举，zk_STARKs可以提供透明度和安全性。
- 数据存储验证：zk_STARKs可以用来验证存储在云服务中的数据的完整性，而不需要泄露数据本身。
安全性和性能
安全性
zk_SNARKs和zk_STARKs都提供了强大的安全性保证,但它们在安全性方面有所不同，zk_SNARKs依赖于可信设置，这可能引入安全风险，而zk_STARKs的透明性使其在安全性方面更加稳健，因为它们不依赖于任何秘密参数。
性能
在性能方面,zk_SNARKs和zk_STARKs都有其优势和局限性，zk_SNARKs生成的证明非常短，这对于需要处理大量数据的应用非常有用，zk_STARKs在处理大量数据时也表现出良好的扩展性，尽管它们的证明大小可能会随着输入数据的增加而增加。
zk_SNARKs和zk_STARKs都是强大的零知识证明技术,它们在不同的应用场景中各有优势，zk_SNARKs以其简洁性和非交互性而闻名，特别适合需要隐私保护的区块链应用，而zk_STARKs则以其透明性和可扩展性而受到青睐，适合需要高度信任和透明度的应用，随着技术的发展，这两种技术将继续在保护隐私和增强安全性方面发挥重要作用。