解读零知识证明中的实现差异：zkSNARKs与zkSTARKs优缺点对比

编译：Cindy，SophonLabs

随着计算机技术的不断发展，我们可以轻松地在互联网上存储、传输和处理大量的个人和企业数据。然而在这个数字化时代，大家对数据隐私和安全的担忧也越来越高。为了保护数据的隐私性，密码学家们开发了许多技术，其中零知识证明（Zero-Knowledge Proof，ZKP）是其中一项核心技术。在本文中，我们将盘点细分零知识证明中的实现差异。

交互式与非交互式零知识证明

零知识证明的两种主要类型是交互式和非交互式。交互式零知识证明和非交互式零知识证明都是证明者（prover）和验证者（verifier）之间进行的过程，但它们在证明的交互流程上有所不同。

交互式零知识证明 (IZKP) 要求证明者和验证者进行来回对话，在对话中证明者对验证者的查询做出响应。这种互动可以亲自进行，也可以通过互联网等网络进行。需要与验证者进行多轮的交互，以便验证者可以询问有关所证明语句之外的附加信息。在每一轮中，证明者需要根据验证者的询问提供一个回答。

这种交互式证明方法对于某些复杂的问题可行，但可能会带来时间和计算成本的问题，并需要所有参与者进行通信。另一方面，非交互式零知识证明 (NIZKP) 不需要证明者和验证者之间的任何交互。非交互式零知识证明是指证明者可以一次性地生成证明，并将它发送给验证者，而不需要进行多轮的交互。与交互式证明相比，非交互式证明速度更快，需要的计算成本和通信量也更少。但是，它有时可能不是可行的方案，如需要涉及附加信息的证明，或需要证明一个非常复杂的语句时。相反，证明者创建了一个单一的、自包含的证明，验证者可以在没有进一步沟通的情况下独立验证。这比交互式证明更方便和高效，因为它不需要证明者和验证者同时在线或交换多条消息。

实现这一目标的最经典方法之一是使用基于数字签名的 Fiat-Shamir 启发式技术。交互式和非交互式零知识证明之间的主要区别之一是证明者和验证者之间所需的信任级别。在交互式证明中，验证者必须信任证明者遵守协议并对他们的查询提供诚实的回应。另一方面，在非交互式证明中，验证者根本不需要信任证明者，因为他们可以在不依赖证明者提供的任何信息的情况下独立验证证明。两种类型的零知识证明之间的另一个区别是所需的计算复杂度级别。

交互式证明往往比非交互式证明计算量更大，因为它们需要证明者和验证者交换多条消息并执行额外的计算。另一方面，非交互式证明只需要验证者进行一次计算，从而使它们更加高效和可扩展。交互式和非交互式零知识证明各有利弊，给定场景的最佳选择将取决于具体要求和约束。交互式证明可能更适用于证明者和验证者同时在线且可以轻松沟通的情况。相比之下，非交互式证明可能更适用于证明者和验证者不同时在线或证明者可信度不确定的情况。总之，交互式零知识证明和非交互式零知识证明通常是根据特定问题和应用场景来选择的。

交互式零知识证明（IZKP）的局限性

交互式零知识证明是最早被研究和广泛应用的零知识证明类型之一。在这种证明过程中，证明者和验证者之间会进行多轮的交互。这些交互旨在允许验证者向证明者询问特定的信息，以验证被证明的内容。这种交互性质使得交互式证明可以非常有效地解决复杂的问题。

一个简单的例子是著名的“彩色图问题”，它是关于如何在任何图中着色的问题。如果证明者声称他能够在任何图中为每个节点着色，而且相邻节点必须使用不同的颜色，那么验证者可以采取交互式零知识证明方法来判断该声称是否正确。在证明过程中，证明者首先以某种方式着色图形，接着验证者选择任意两个节点并询问证明者它们是否被用了同一种颜色。证明者需要回答这个问题，但不能透露为什么他会如此选择。这个过程会持续几轮，验证者可以检查一些有关证明者如何着色图形的随机数据。如果证明者可靠地回答了问题，证明者就可以认为是正确的。交互式零知识证明 (IZKP) 有几个局限性，因此使它们更加昂贵和复杂。

IZKP 需要证明者和验证者之间的交互，这可能是低效且耗时的。为了完成证明，证明者必须与验证者来回发送多条消息。这可能会花费大量时间，尤其是在证明很复杂或涉及大量数据的情况下。当速度至关重要时，例如在高频交易或实时决策中，这可能是个问题。

IZKP 不能很好地扩展。随着被证明数据的增加，证明的复杂性也随之增加，难以在合理的时间内完成证明。当需要证明大量数据时，例如在供应链管理或医疗保健中，这可能是一个问题。