zk-STARK

Что такое zk-STARK?

zk-STARK — это система доказательств с нулевым разглашением, используемая в криптовалюте для подтверждения корректности вычисления без необходимости повторять полное вычисление каждому участнику сети.

Полная расшифровка zk-STARK — Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge.

В блокчейн-системах zk-STARK чаще всего рассматривают как доказательства валидности для масштабирования, безопасности и проверяемых вычислений.

zk-STARK позволяет одной стороне, называемой доказывающей стороной (prover), показать другой стороне, называемой проверяющей стороной (verifier), что группа транзакций или сложное вычисление действительно.

Проверяющая сторона может проверить доказательство значительно быстрее, чем выполнить всё вычисление с самого начала.

Это полезно для криптоиндустрии, поскольку публичные блокчейны имеют ограниченное блоковое пространство и не могут с низкими затратами обрабатывать неограниченную активность на базовом уровне.

Перенося вычисления офчейн и проверяя результат ончейн с помощью доказательства, zk-STARK могут помочь блокчейн-сетям поддерживать больше пользователей и более сложные приложения.

В официальном объяснении Ethereum доказательств с нулевым разглашением ZK-STARK описываются как масштабируемые и прозрачные системы доказательств, не требующие доверенной установки.

В обзоре технологии STARK StarkWare также описывает STARK как систему доказательств, предназначенную для масштабируемой проверки с минимальными и постквантово-устойчивыми предположениями.

Для криптопользователей zk-STARK проще всего понять так: это математическое доказательство корректности связанного с блокчейном вычисления, которое не заставляет всех вручную проверять всю работу.

Почему zk-STARK важны в криптоиндустрии

zk-STARK важны, поскольку блокчейнам необходимы и доверие, и эффективность.

Блокчейн полезен тем, что пользователи могут проверять соблюдение правил, не доверяя центральному оператору.

Однако полная проверка может стать дорогой, когда сеть обрабатывает множество транзакций, смарт-контрактов, переводов токенов, игр, платежей или операций децентрализованных финансов.

zk-STARK помогают снизить эту нагрузку, позволяя подтверждать крупное вычисление меньшим процессом проверки.

Это может сделать блокчейны быстрее, дешевле и масштабируемее, сохраняя при этом сильную модель верификации.

Во многих современных блокчейн-системах zk-STARK используются не главным образом для сокрытия всех данных транзакций.

Их часто используют как доказательства валидности, то есть для подтверждения того, что пакет транзакций или обновление состояния следовало правилам.

StarkWare объясняет в статье о масштабировании блокчейнов с помощью доказательств с нулевым разглашением, что многие системы Layer 2 используют такие доказательства главным образом для подтверждения целостности транзакций с меньшей работой проверяющей стороны.

Это различие важно, поскольку выражение «нулевое разглашение» может заставить новичков думать, что zk-STARK связаны только с конфиденциальностью.

Конфиденциальность — один из возможных сценариев использования, но масштабируемость и проверяемые вычисления также являются важными сценариями.

В криптоинфраструктуре zk-STARK могут поддерживать роллапы, доказательства валидности, проверяемое исполнение, приватные приложения, идентификацию на основе доказательств и будущие блокчейн-дизайны, основанные на эффективной проверке.

Как работает zk-STARK

zk-STARK преобразует вычисление в математическое доказательство, которое можно эффективно проверить.

Сначала доказывающая сторона выполняет вычисление, например обрабатывает множество блокчейн-транзакций офчейн.

Затем она создаёт доказательство того, что вычисление следовало требуемым правилам.

Проверяющая сторона проверяет доказательство вместо повторного выполнения всего вычисления.

Если доказательство действительно, проверяющая сторона принимает результат.

Если доказательство недействительно, проверяющая сторона отклоняет результат.

В блокчейн-среде проверяющей стороной часто выступает смарт-контракт в базовой сети.

Например, сеть Layer 2 может обработать множество транзакций вне базовой сети и отправить доказательство zk-STARK, чтобы подтвердить валидность нового состояния.

Базовой сети не нужно выполнять каждую транзакцию пакета.

Ей необходимо лишь проверить доказательство и принять обновление состояния, если оно корректно.

Такая конструкция может сократить объём вычислений на базовом уровне.

Она также может позволить блокчейн-экосистеме обрабатывать больше активности, сохраняя привязку безопасности к базовой сети.

Для пользователя это может означать более низкие комиссии, более быстрые операции и более удобное взаимодействие с приложениями.

Расшифровка названия zk-STARK

Часть «zk» означает zero-knowledge, или нулевое разглашение.

Нулевое разглашение означает, что доказательство может показать истинность утверждения, не раскрывая всю конфиденциальную информацию за этим утверждением.

В криптоиндустрии это может помочь защитить чувствительные данные, хотя не каждая система на основе zk-STARK предназначена для полной конфиденциальности транзакций.

«S» означает scalable, или масштабируемый.

Масштабируемость означает, что система доказательств предназначена для эффективной обработки крупных вычислений, особенно когда вычисление намного больше задачи проверки.

«T» означает transparent, или прозрачный.

Прозрачность означает, что zk-STARK не требуют церемонии доверенной установки для генерации секретных публичных параметров.

Это одно из важнейших различий между zk-STARK и некоторыми более ранними системами доказательств с нулевым разглашением.

«ARK» означает Argument of Knowledge.

Это означает, что доказательство показывает наличие у доказывающей стороны знаний, необходимых для получения корректного результата.

StarkWare описывает эти части как Zero-Knowledge, Scalable, Transparent и Argument of Knowledge в своей документации по технологии STARK.

Что делает zk-STARK прозрачными?

Прозрачность — одна из главных причин важности zk-STARK.

Некоторые системы доказательств с нулевым разглашением требуют доверенной установки.

Доверенная установка — это процесс создания параметров, используемых системой доказательств.

Если секретная информация из такой установки не будет корректно уничтожена, это может создать серьёзные риски безопасности.

Этот скрытый секрет в криптографических обсуждениях иногда называют «токсичными отходами».

zk-STARK избегают этой проблемы, поскольку используют публично проверяемую случайность вместо секретных материалов установки.

В документации Ethereum о доказательствах с нулевым разглашением говорится, что ZK-STARK используют публично проверяемую случайность для создания публичных параметров вместо доверенной установки.

Такая прозрачность может делать zk-STARK привлекательными для открытых блокчейн-систем.

Публичные блокчейны предназначены для снижения необходимости доверять частным лицам или организациям.

Система доказательств без церемоний доверенной установки хорошо соответствует этой цели.

Для пользователей прозрачность означает, что система не зависит от убеждённости в безупречном проведении прошлой церемонии установки.

Для разработчиков она может снизить операционную сложность и сложность обеспечения безопасности при создании систем на основе доказательств.

zk-STARK и zk-SNARK

zk-STARK и zk-SNARK — это системы доказательств с нулевым разглашением, но они предполагают разные компромиссы.

zk-SNARK обычно создаёт очень компактные доказательства и может эффективно проверяться.

zk-STARK обычно создаёт более крупные доказательства, но не требует доверенной установки.

В руководстве Ethereum по доказательствам с нулевым разглашением отмечается, что ZK-STARK обычно создают более крупные доказательства, чем ZK-SNARK, что может повысить накладные расходы на проверку.

Однако zk-STARK могут быть более масштабируемыми для очень крупных вычислений.

Их также часто считают более устойчивыми к будущим угрозам квантовых вычислений, поскольку они опираются на предположения, связанные с хеш-функциями, а не с эллиптическими кривыми.

Это не означает, что zk-STARK автоматически лучше в любой ситуации.

Важны размер доказательства, стоимость проверки, время создания доказательства, инструменты разработчика, поддержка смарт-контрактов и потребности приложения.

Проект может выбрать zk-SNARK, если ему нужны меньшие доказательства и зрелые инструменты.

Проект может выбрать zk-STARK, если он ценит прозрачность, масштабируемость для крупных вычислений и более сильные предположения против будущих квантовых атак.

Правильный выбор зависит от дизайна системы.

zk-STARK и масштабирование блокчейна

Масштабирование блокчейна — один из наиболее важных сценариев использования zk-STARK.

Многие блокчейны базового уровня становятся дорогими при росте пользовательского спроса.

Если каждая нода должна исполнять каждую транзакцию, система может стать медленной или затратной.

zk-STARK помогают выполнять вычисления офчейн, пока базовая сеть проверяет компактное доказательство.

Это особенно полезно для систем Layer 2, таких как роллапы валидности.

Роллап валидности обрабатывает транзакции вне базовой сети и отправляет доказательство того, что переход состояния действителен.

Starknet называет себя роллапом валидности, использующим технологию STARK для проверки офчейн-транзакций с помощью продвинутой математики и криптографии, в своём официальном обзоре сети.

В этой модели базовая сеть остаётся уровнем расчётов и безопасности.

Роллап более эффективно выполняет операции.

Доказательство STARK соединяет два уровня, подтверждая корректность офчейн-исполнения.

Это может повысить пропускную способность, поскольку базовая сеть проверяет доказательство, а не обрабатывает каждое действие пользователя напрямую.

Это также может снизить комиссии, потому что множество пользователей разделяют стоимость одного доказательства и одного обновления состояния.

zk-STARK и доказательства валидности

В криптоиндустрии zk-STARK часто описывают как доказательства валидности.

Доказательство валидности подтверждает, что вычисление было выполнено корректно.

Это отличается от модели доказательства мошенничества, при которой система предполагает корректность результата, пока кто-либо не оспорит его.

При использовании доказательства валидности корректность подтверждается до принятия результата.

Это может улучшить финализацию, поскольку пользователям не нужно ждать длительного периода оспаривания, как в некоторых других моделях масштабирования.

Например, роллап может обработать пакет транзакций, создать доказательство zk-STARK и отправить его в базовую сеть.

После проверки доказательства обновление состояния может быть принято как действительное.

Это важно, поскольку меняет роль базовой сети.

Базовой сети больше не нужно выполнять каждую операцию.

Она выступает проверяющей стороной для вычислений, основанных на доказательствах.

Это одна из причин, по которой многие исследователи блокчейнов считают доказательства валидности важным путём к массовому внедрению криптовалют.

zk-STARK и конфиденциальность

zk-STARK могут поддерживать конфиденциальность, но конфиденциальность не обеспечивается автоматически.

Доказательство с нулевым разглашением может скрывать определённые входные данные, подтверждая истинность утверждения.

Например, пользователь может доказать соответствие условию, не раскрывая все личные данные, связанные с этим условием.

В блокчейн-платежах система доказательств может помочь подтвердить действительность транзакции без публичного раскрытия всей информации о ней.

Однако многие системы масштабирования на основе zk-STARK используют доказательства для подтверждения корректности, а не для полной конфиденциальности.

Данные транзакций могут оставаться видимыми в зависимости от дизайна сети.

Поэтому пользователям не следует считать сеть или приложение конфиденциальным только потому, что оно использует zk-STARK.

Им следует проверить, какие данные публичны, какие скрыты и какая информация всё ещё может быть связана через поведение кошелька.

Для SEO и обучения пользователей важно следующее: zk-STARK — это технология доказательств, а не сама по себе гарантия конфиденциальности.

zk-STARK и доступность данных

Доступность данных — важный вопрос для блокчейн-систем на основе zk-STARK.

Доказательство валидности может показать, что переход состояния был корректным.

Однако пользователям всё ещё нужен доступ к достаточному объёму данных, чтобы понимать состояние сети, подтверждать балансы и безопасно выводить средства.

Если данные транзакций или состояния недоступны, пользователям может быть сложно самостоятельно проверить своё положение, даже если доказательство было действительным.

Поэтому дизайн роллапа должен учитывать как валидность доказательств, так и доступность данных.

Доказательство zk-STARK отвечает на вопрос, было ли вычисление выполнено корректно.

Доступность данных отвечает на вопрос, могут ли пользователи получить информацию, необходимую для работы с системой.

Надёжный дизайн масштабирования блокчейна должен ясно отвечать на оба вопроса.

Пользователям следует проверить, публикуются ли данные в базовой сети, хранятся через уровень доступности данных или удерживаются отдельным комитетом либо оператором.

Модель безопасности меняется в зависимости от ответа.

Преимущества zk-STARK

Первое преимущество zk-STARK — прозрачность.

Поскольку zk-STARK не требуют доверенной установки, пользователям не нужно доверять корректному уничтожению секретных материалов установки.

Второе преимущество — масштабируемость.

zk-STARK предназначены для упрощения проверки крупных вычислений.

Это делает их полезными для роллапов, блокчейн-игр, платежей с большим объёмом операций и сложных децентрализованных приложений.

Третье преимущество — сильные предположения о безопасности.

zk-STARK в значительной степени опираются на хеш-функции, широко изученные в криптографии.

Четвёртое преимущество — потенциальная устойчивость к будущим квантовым атакам.

В документации Ethereum о доказательствах с нулевым разглашением сказано, что ZK-STARK считаются невосприимчивыми к угрозам квантовых вычислений, поскольку опираются на устойчивые к коллизиям хеш-функции.

Пятое преимущество — широкая применимость.

zk-STARK можно использовать для масштабирования блокчейна, приватных вычислений, систем идентификации, проверяемых машинных вычислений и инфраструктуры на основе доказательств.

Шестое преимущество — проверяемость.

Проверяющая сторона может проверить доказательство и убедиться в действительности вычисления, не повторяя каждый шаг.

Ограничения zk-STARK

Первое ограничение zk-STARK — размер доказательства.

Доказательства zk-STARK обычно больше доказательств zk-SNARK.

Более крупные доказательства могут увеличивать затраты на хранение, пропускную способность и ончейн-проверку.

Второе ограничение — сложность создания доказательств.

Создание доказательства zk-STARK может требовать значительных вычислительных ресурсов, специализированного программного обеспечения и оптимизированной инфраструктуры.

Третье ограничение — сложность для разработчиков.

Создание приложений с продвинутыми системами доказательств требует знаний криптографии, языков программирования, проектирования схем и блокчейн-разработки.

Четвёртое ограничение — непонимание со стороны пользователей.

Многие пользователи видят «zk» и предполагают, что система конфиденциальна, хотя многие системы zk-STARK созданы главным образом для масштабируемости.

Пятое ограничение — концентрация инфраструктуры.

Если для создания доказательств требуется дорогое оборудование или опытные операторы, процесс создания доказательств может оказаться более централизованным, чем ожидают пользователи.

Шестое ограничение — стоимость проверки в некоторых сетях.

Хотя проверка значительно дешевле повторного выполнения крупного вычисления, она всё равно имеет стоимость.

Для блокчейн-приложений эту стоимость необходимо сопоставлять с экономией от пакетирования множества транзакций.

Распространённые сценарии использования zk-STARK

Наиболее распространённый криптосценарий использования zk-STARK — масштабирование Layer 2.

Сеть Layer 2 может использовать доказательства zk-STARK, чтобы подтвердить действительность офчейн-пакетов транзакций.

Это помогает сети снижать комиссии и увеличивать пропускную способность, сохраняя прочную связь с базовой сетью.

Другой сценарий — проверяемые вычисления.

Пользователь или приложение могут подтвердить корректность выполнения вычисления, не требуя от каждой проверяющей стороны повторять работу.

Это может быть полезно для игр, финансовых приложений, аукционов, систем голосования и сложной логики смарт-контрактов.

Третий сценарий — приватная идентификация.

Пользователь может доказать соответствие условию, например достижение требуемого возраста или принадлежность к одобренной группе, не раскрывая лишние персональные данные.

Четвёртый сценарий — конфиденциальность с учётом требований комплаенса.

Доказательства могут помочь пользователям раскрывать выбранные факты, сохраняя другую информацию конфиденциальной.

Пятый сценарий — сжатие данных блокчейна.

Большие объёмы транзакционной активности могут быть представлены доказательствами и обязательствами вместо полного повторного исполнения каждой нодой.

Шестой сценарий — будущая инфраструктура на основе доказательств.

По мере развития исследований нулевого разглашения zk-STARK могут стать частью систем для проверяемых вычислений ИИ, кроссчейн-сообщений, децентрализованной идентификации и высокопроизводительных блокчейн-приложений.

zk-STARK и устойчивость к квантовым атакам

Устойчивость к квантовым атакам — одна из причин, по которым zk-STARK привлекают внимание в обсуждениях криптобезопасности.

Некоторые системы доказательств используют криптографию на эллиптических кривых.

Достаточно мощные квантовые компьютеры в будущем могут угрожать некоторым предположениям, связанным с эллиптическими кривыми.

zk-STARK отличаются тем, что обычно основаны на устойчивых к коллизиям хеш-функциях.

Это формирует иной профиль безопасности по сравнению с системами доказательств, зависящими от спариваний на эллиптических кривых.

Документация Ethereum о доказательствах с нулевым разглашением описывает ZK-STARK как считающиеся невосприимчивыми к угрозам квантовых вычислений благодаря зависимости от устойчивого к коллизиям хеширования.

Это не означает, что каждая блокчейн-система, использующая zk-STARK, полностью защищена от квантовых атак во всех частях своего дизайна.

Подписи кошельков, мосты, смарт-контракты и другие криптографические компоненты могут использовать иные предположения.

Тем не менее zk-STARK часто рассматривают как сильный вариант для систем, которым нужна технология доказательств с более устойчивыми к будущему предположениями.

zk-STARK и стандартизация

Системы доказательств с нулевым разглашением остаются продвинутой и быстро развивающейся областью криптографии.

Стандартизация важна, поскольку разработчикам, аудиторам, регуляторам и пользователям нужны общий язык и лучшие практики.

Справочник сообщества ZKProof продвигает терминологию, примеры, объяснения и рекомендации по разработке доказательств с нулевым разглашением.

Национальный институт стандартов и технологий США также задокументировал прошлое сотрудничество с ZKProof на своей странице о криптографии, повышающей конфиденциальность, и доказательствах с нулевым разглашением.

Это важно для криптоиндустрии, поскольку системы доказательств могут защищать большие объёмы пользовательской стоимости.

Слабая реализация может создавать риски, даже если математическая идея сильна.

Хорошие стандарты, тщательные аудиты, открытые исследования и экспертная оценка помогают снизить эти риски.

По мере распространения zk-STARK проверки безопасности и формальные методы останутся важны для защиты пользователей.

Как zk-STARK влияют на криптопользователей

Большинство пользователей не будут создавать доказательства zk-STARK вручную.

Тем не менее они могут получать преимущества от zk-STARK при использовании приложений, основанных на масштабировании с помощью доказательств.

Например, пользователь может перевести токены в сети Layer 2, использующей доказательства STARK.

Пользовательский опыт может выглядеть как обычная транзакция, но лежащая в основе система пакетирует активность и доказывает корректность.

Это может снизить комиссии и упростить использование децентрализованных приложений.

Пользователям всё же следует понимать риски.

Доказательство zk-STARK не устраняет все риски смарт-контрактов.

Оно не гарантирует конфиденциальность автоматически.

Оно не устраняет риски мостов.

Оно не гарантирует полную децентрализацию секвенсора или оператора.

Оно подтверждает лишь конкретное вычисление или переход состояния, определённые системой.

Это мощное доказательство, но лишь одна часть более широкой модели безопасности блокчейна.

Как разработчики используют zk-STARK

Разработчики используют zk-STARK для создания систем, в которых проверка дешевле прямого исполнения.

Это может включать написание программ на языках, подходящих для доказательств, компиляцию логики в промежуточное представление, создание доказательств и их ончейн- или офчейн-проверку.

Некоторые экосистемы используют специальные языки программирования, предназначенные для вычислений на основе STARK.

Разработчики должны тщательно продумывать, какое именно утверждение доказывается.

Доказательство полезно лишь настолько, насколько полезны представленные им правила.

Если программа содержит ошибку, доказательство может корректно подтвердить неверную логику.

Поэтому важны аудиты, тестирование, формальная верификация и тщательное проектирование.

Разработчикам также необходимо учитывать время создания доказательств, их размер, стоимость проверки, доступность данных, пути обновления и выход пользователей.

В криптоиндустрии система доказательств не отделена от дизайна продукта.

Она влияет на комиссии, безопасность, децентрализацию и пользовательский опыт.

zk-STARK простыми словами

zk-STARK похож на проверку учителем итогового ответа ученика по специальному сертификату вместо чтения каждой строки его работы.

Сертификат доказывает, что работа соответствовала правилам.

Учитель может быстро проверить сертификат.

В терминах блокчейна ученик — это доказывающая сторона.

Учитель — проверяющая сторона.

Домашнее задание — крупное вычисление, например тысячи транзакций.

Сертификат — это доказательство zk-STARK.

Это полезно, поскольку публичные блокчейны не могут позволить себе, чтобы каждая нода бесконечно повторяла каждое сложное вычисление.

zk-STARK позволяют блокчейнам проверять больше активности с меньшим объёмом работы.

Именно поэтому они важны для масштабируемости криптоиндустрии.

FAQ

Как расшифровывается zk-STARK?

zk-STARK расшифровывается как Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge.

Для чего zk-STARK используется в криптоиндустрии?

zk-STARK используется для подтверждения действительности блокчейн-вычислений или пакетов транзакций без необходимости повторять полное вычисление каждой проверяющей стороне.

zk-STARK предназначены только для конфиденциальности?

Нет. zk-STARK могут поддерживать конфиденциальность, но во многих блокчейн-системах они используются преимущественно для масштабируемости и доказательств валидности.

Почему zk-STARK называют прозрачными?

Их называют прозрачными, потому что им не нужна церемония доверенной установки для создания секретных публичных параметров.

Чем zk-STARK отличаются от zk-SNARK?

zk-STARK обычно имеют более крупные доказательства, но не требуют доверенной установки и часто считаются более масштабируемыми для больших вычислений.

Устойчивы ли zk-STARK к квантовым атакам?

В целом zk-STARK считаются более устойчивыми к будущим квантовым атакам, поскольку опираются на устойчивые к коллизиям хеш-функции, а не на спаривания на эллиптических кривых.

Делают ли zk-STARK транзакции конфиденциальными?

Они могут использоваться в системах конфиденциальности, однако транзакция не становится автоматически конфиденциальной только потому, что сеть использует технологию zk-STARK.

Что такое доказательство валидности?

Доказательство валидности — это криптографическое доказательство того, что вычисление или переход состояния были выполнены корректно до принятия результата.

Почему роллапы используют zk-STARK?

Роллапы могут использовать zk-STARK для подтверждения корректной обработки множества офчейн-транзакций, что помогает снизить затраты и увеличить пропускную способность.

Какова основная слабость zk-STARK?

Главная слабость состоит в том, что доказательства zk-STARK часто больше доказательств zk-SNARK, что в некоторых системах может увеличить затраты на проверку и данные.

Могут ли новички использовать приложения, созданные с помощью zk-STARK?

Да, новички могут использовать приложения на базе zk-STARK, не понимая всей криптографии, но им всё равно следует знать базовые риски, такие как риски мостов, смарт-контрактов и доступности данных.

Почему zk-STARK важны для внедрения блокчейна?

Они важны, поскольку помогают блокчейнам проверять больше вычислений с меньшими затратами, что может поддерживать более низкие комиссии, высокую пропускную способность и более практичные децентрализованные приложения.

Заключение

zk-STARK — одна из важнейших технологий доказательств в современной криптовалюте.

Она позволяет доказывающей стороне показать корректность вычисления, а проверяющей стороне — эффективно проверить результат.

Её ключевые сильные стороны — масштабируемость, прозрачность и сильные криптографические предположения.

Для блокчейн-сетей zk-STARK могут поддерживать масштабирование Layer 2, роллапы валидности, проверяемые вычисления и приложения, ориентированные на конфиденциальность.

Они особенно ценны, поскольку исключают церемонии доверенной установки и могут обрабатывать крупные вычисления на основе доказательств.

Однако zk-STARK также предполагают компромиссы, включая больший размер доказательств, сложную разработку, затраты на создание доказательств и возможную централизацию инфраструктуры.

Пользователям следует помнить, что технология zk-STARK мощна, но не устраняет автоматически все риски криптосистемы.

Полная безопасность приложения на базе zk-STARK зависит от смарт-контрактов, доступности данных, мостов, секвенсоров, управления, аудитов и точного дизайна доказательств.

По мере роста внедрения блокчейна zk-STARK, вероятно, останутся важной частью криптоинфраструктуры, поскольку помогают решать одну из самых сложных задач индустрии: проверять больше активности без отказа от безопасности с минимизацией доверия.