Was sind zk-STARKs?

Bei zk-STARK handelt es sich um eine Art hochsicherer kryptografischer Beweise, die die Prinzipien von Zero Knowledge Proofs (ZKP) nutzen, um verschlüsselte Daten zu erstellen, die leicht verifiziert werden können, ohne sensible Informationen über diese Daten preiszugeben, und das Beste von allem: mit Widerstand gegen Quantencomputing , was seine Sicherheit in nicht allzu ferner Zukunft garantiert.  

LZero-Knowledge-Proofs (oder Protokolle) (ZKP) haben sich seit ihrer Einführung stark weiterentwickelt, und eine dieser Entwicklungen sind zk-STARKs. Der Begriff zk-STARK ist das Akronym für Null-Knowledge-skalierbare transparente Argumente des Wissens. Dies ist ein Begriff, der auf Spanisch bedeutet; Wissensfreier Beweis mit skalierbaren transparenten Argumenten. Dieses Konzept bezieht sich auf eine Ableitung der bekannten Tests zk-SNARKs dass Projekte wie Zcash Sie verwenden in ihrem Blockchain, um ein hohes Maß an Privatsphäre und Anonymität zu gewährleisten und die wir bereits zuvor untersucht haben.

Zk-STARKs sind jedoch mehr als nur eine kleine Ableitung, sondern tatsächlich eine deutliche Verbesserung gegenüber zk-SNARKs. Und das nicht nur, weil sie weniger komplex in der Ausführung sind, sondern auch, weil sie sicherer und sogar resistenter gegenüber Quantencomputern sind. Kurz gesagt, sie sind die unmittelbare Zukunft von Zero-Knowledge-Beweisen, insbesondere wenn wir sicher sein wollen, dass die Quantencomputertechnologie immer näher rückt.

Aber wie funktioniert ein zk-STARKs? Was sind seine Vorteile und Risiken? Welche Blockchain-Projekte erwägen den Einsatz in naher Zukunft? Nun, das werden Sie weiter unten erfahren.

zk-STARKS, eine Verbesserung für etwas, das bereits überraschend ist

Wie wir eingangs erwähnt haben, zk-STARKs sind eine Verbesserung gegenüber den bekannten zk-SNARKs-Tests. Eine notwendige Verbesserung aufgrund der enormen algorithmischen, mathematischen und kryptografischen Komplexität, die zk-SNARKs-Tests darstellen. Zwar sind zk-SNARKs tolle und sehr sichere Tests, aber auf algorithmischer Ebene sind sie sehr komplex. Dies ist so sehr der Fall, dass selbst Kryptographie-Spezialisten Probleme haben, Fehler darin zu erkennen.  

Das oben Gesagte mag unglaublich klingen, aber es ist die Wahrheit, und dies wurde deutlich, als Zcash a einführte sehr schwerwiegender Fehler in Ihrem Code. Der fragliche Fehler ermöglichte es jedem, Kryptowährungen aus dem Nichts zu erstellen. Auf diese Weise wurde das, was wir alle bei Kryptowährungen für unmöglich hielten, die Generierung von Münzen aus dem Nichts, durch einen kleinen Fehler in der zk-SNARK-Kryptografie von Zcash möglich.

Zur Erleichterung der Zcash-Entwickler war der Fehler jedoch so komplex zu erkennen, dass nur wenige Menschen auf der Welt über das nötige Wissen verfügten, um ihn zu erkennen und auszunutzen. In gewisser Weise konnten sie die Katastrophe einer Lawine „falscher“ Währungen nur deshalb vermeiden, weil die Kryptographie so komplex ist, dass nur wenige sie verstehen. Doch diese Situation ist alles andere als ideal und sollte unbedingt vermieden werden, denn „Security by Obscurity“ ist keine wirkliche Sicherheit.   

Extreme Komplexität ist der Feind der Sicherheit

Andererseits verdeutlichte diese Tatsache auch eine Realität: zk-SNARKS könnte zum schlimmsten Feind von Privacy Coins wie Zcash werden. Und obwohl es vielleicht schwer zuzugeben ist, ist die Tatsache, dass das Debuggen eines kryptografischen Sicherheitssystems so komplex ist, keine gute Sache. Glücklicherweise war dies eine Realität, die bereits lange vor diesem Fehler bekannt war und zur Entwicklung von zk-STARKs führte. 

Im Folgenden werden wir ausführlicher über den Ursprung von zk-STARKS sprechen und wie sie uns mehr Sicherheit bei geringerer Komplexität bieten können. 

Die Anfänge einer leistungsstarken, aber einfachen Kryptographie

Um die Anfänge der zk-STARKs zu kennen, müssen wir bis ins Jahr 1990 zurückgehen, dem Datum, an dem die ersten Arbeiten an diesen Tests begannen. Zu dieser Zeit begann die vorläufige Forschung und Entwicklung der zk-STARKs-Technologie. Diese ersten Systeme erwiesen sich jedoch als unpraktisch. 

Es dauerte nicht bis Eli Ben Sasson, Iddo Bentov, Yinon Horesh y Michael Riabzev, vorgestellt Im Jahr 2018 ihre gemeinsame Arbeit „Skalierbare, transparente und postquantensichere Rechenintegrität“ (auf Spanisch: Skalierbare, transparente und postquantensichere Rechenintegrität). Das präsentierte Werk ist in seinem Stil einzigartig und demonstriert eine solide kryptografische Konstruktion, die die bekannten Zcash zk-SNARKs-Tests weit hinter sich lässt. Und das Beste von allem: Sie waren viel einfacher anzuwenden und sicherer als ihre Gegenstücke. 

Dies würden sie mit einem viel grundlegenderen Ansatz zur Erstellung eines wissensfreien Beweises erreichen. Genauer gesagt, der Verzicht auf den Aufbau eines hochzuverlässigen kryptografischen Arbeitsbereichs oder einer „Black Box“. Was jedem Sicherheitsprinzip in der Kryptographie zu widersprechen scheint, wurde in diesem neuen System angewendet. Aber gleichzeitig ermöglichte uns diese Entscheidung, die Komplexität des Systems und den für seine Ausführung erforderlichen Aufwand zu reduzieren und nicht auf Sicherheit zu verzichten, sondern im Gegenteil neue Wege zu ermöglichen, um mehr Sicherheit zu bieten.  

Auf diese Weise und unter Ausnutzung Homomorphe Kryptographie, sicheres Multi-Party-Computing (MPC) und interaktiven Tests gelang es diesen Forschern, zk-STARK zu entwerfen. Einfach ausgedrückt ist zk-STARK die Vereinigung von mindestens 50 Jahren Kryptographieforschung. Ein Werk, das von ebenso brillanten Köpfen wie denen von beeinflusst wurde Shafrira Goldwasser y Silvio Micali. 

Mit diesem abenteuerlichen Ansatz würde zk-STARK seinen Weg beginnen, ein würdiger Rivale von zk-SNARK zu werden, mit dem Ziel, das Kryptografiesystem zu werden, das viele Kryptowährungen in Zukunft verwenden werden, eine Zukunft, die von Quantencomputern dominiert werden könnte. 

Was bedeutet zk-STARK?

Der zk-STARK-Term kann wie folgt unterteilt werden: 

1. zk, wie bei null Wissen und mit großem Schwerpunkt auf der Wahrung der Privatsphäre, 
2. Skalierbar (S – Skalierbar), da der Test eine relativ „kleine“ (oder akzeptable) Größe hat und die Verifizierung exponentiell weniger Zeit in Anspruch nimmt als die Ausführung naiver Berechnungen (d. h. sie erfolgt fast augenblicklich, selbst bei großen Tests).
3. Transparent (T – Transparent), da keine Anforderungen an eine zuverlässige Konfiguration wie bei zk-SNARK-Systemen bestehen.
4. Argument (AR – ARgument), wie in einem rechnerisch sicheren kryptografischen Beweisschema, das die Integrität und Robustheit einer bestimmten Sprache erreicht.
5. Wissen (K – Wissen), da es auf Aussagen basiert, die sich auf öffentlich bekannte Informationen beziehen. 

Einsatzmöglichkeiten von zk-STARK-Systemen

Der Haupteinsatzbereich von Wissenstestsystemen wie zk-STARK liegt auf der Schaffung hochsicherer und privater Systeme. Systeme, in denen die Informationen vollständig dezentralisiert sind und auf die nur unter einer Reihe klar formulierter Bedingungen zugegriffen werden kann. Bedingungen, die auch mit unkonventionellen Mitteln, wie zum Beispiel Hacking, nur schwer zu erreichen sind. 

Dazu gehören natürlich auch Systeme wie Kryptowährungen, bei denen der Einsatz von Kryptografie nicht nur die Sicherheit des Netzwerks gewährleistet, sondern auch seine Benutzer schützt und ihnen gegebenenfalls Privatsphäre und Anonymität bietet. Und genau hier glänzt zk-SNARK, denn wie jeder Zero-Knowledge-Beweis sind sie perfekt für Privatsphäre und Anonymität, indem sie die Informationen in keiner Weise preisgeben, aber gleichzeitig ein Tool zur Validierung der Transaktion hinterlassen. eindeutige und deterministische Weise. Das heißt, zk-STARK gibt die verschlüsselten Informationen nicht preis, aber Sie können jederzeit deren Richtigkeit überprüfen, egal was passiert. 

Verbessern Sie die Skalierbarkeit von Blockchains

Eine weitere mögliche Verwendung von zk-STARK ist in Steigern Sie die Skalierbarkeit der Blockchain, wodurch kryptografische Beweise weniger Platz beanspruchen. Bei Kryptowährungen wie Bitcoin, bei denen die Blockgröße die Anzahl der Transaktionen begrenzt, die pro Sekunde verarbeitet werden können, ist dies von entscheidender Bedeutung. Bei kleineren kryptografischen Beweisen beanspruchen Transaktionen auch weniger Platz und es passen mehr Transaktionen in jeden Block. Der Effekt wird größer, wenn er auf Tausende von Transaktionen angewendet wird, wodurch die Skalierbarkeit verbessert wird. Dies ist jedoch nur ein Teil einer Skalierbarkeitslösung, da kleinere kryptografische Beweise die Leistung der Blockchain nicht dramatisch steigern. 

Weitere Einsatzmöglichkeiten dieser Art von Systemen wären zum Beispiel: Vollständig verschlüsseltes und sicheres, urheberrechtlich geschütztes Streaming-System. Damit wären die aktuellen Verschlüsselungssysteme, die auf überwiegend symmetrischer Kryptographie basieren, nicht erforderlich. Der Auch elektronische Abstimmungssysteme profitieren stark von solchen Systemen. Dies liegt daran, dass sie es dem Wähler ermöglichen, seine Stimme abzugeben. Diese kann überprüft werden, aber wir wissen in keiner Weise, wer sie abgegeben hat. 

Wie Sie sehen, liegt das Potenzial von zk-STARK nicht nur in der Blockchain-Welt, sondern auch weit darüber hinaus. 

Hauptunterschiede zwischen zk-STARK und zk-SNARK

1. zk-SNARKs erfordern eine vertrauenswürdige Konfigurationsphase, während zk-STARKs öffentlich überprüfbare Zufälligkeiten verwenden, um vertrauenswürdige überprüfbare Computersysteme zu erstellen.
2. zk-STARKs sind im Hinblick auf Geschwindigkeit und Rechengröße besser skalierbar als zk-SNARKs.
3. zk-SNARKs sind aufgrund der von ihnen verwendeten Kryptografie anfällig für Angriffe von Quantencomputern. zk-STARKs sind derzeit resistent gegen Quantencomputer.

Weitere wichtige Aspekte können wir in der folgenden Vergleichstabelle sehen, in der wir die verschiedenen Bereiche sehen, in denen sich zk-STARK im Vergleich zu anderen bekannten ZKP-Tests hervorhebt.

zk-STARK und seine Anwendungen heute

Sicherlich haben Sie alles, was uns zk-STARK bietet, überraschend gefunden, aber leider ist die Technologie so neu (2018), dass sie noch nicht umfassend getestet und untersucht wurde und noch nicht in einem echten Produktionssystem angewendet wird. Nicht einmal in der Welt der Kryptowährungen. 

Derzeit wird das einzige bekannte Dienstprogramm von zk-STARK entwickelt von Starkware, ein Unternehmen, das von den Designern von zk-STARK gegründet wurde. Ziel ist es, eine Testschicht zu entwerfen, die den Einsatz der Technologie in der Blockchain ermöglicht. dezentraler Austausch und vieles mehr. Es wird jedoch noch einige Jahre dauern, bis wir die Technologie in diesen Räumen zum Einsatz bringen können. Ohne Zweifel sieht die Zukunft der zk-STARK-Kryptographie vielversprechend aus.