零知识证明（Zero-Knowledge Proofs）允许一方（证明者）向另一方（验证者）证明一个陈述是正确的，而无需透露该陈述之外的任何信息。在区块链和隐私计算领域，ZK-SNARKs和ZK-STARKs是实现这一目标的两项关键技术。它们都属于零知识证明，但在其底层设计、安全假设和性能表现上存在显著差异。
ZK-SNARK代表“零知识简洁非交互式知识论证”，而ZK-STARK代表“零知识可扩展透明知识论证”。这两个名称本身就揭示了它们的一些核心特性。理解它们之间的不同，有助于我们了解它们在不同应用场景中的适用性。
底层密码学假设的差异
1、ZK-SNARKs的构建通常依赖于非对称密码学中的特定难题，例如椭圆曲线配对（Elliptic Curve Pairings）。其安全性建立在诸如离散对数问题等数学难题的计算复杂性之上。这意味着它们的安全性依赖于特定的、相对较新的密码学假设，这些假设尚未像一些经典密码学工具那样经过长时间的考验。
2、ZK-STARKs的构建则基于更简单和更成熟的密码学工具，即抗碰撞哈希函数（Collision-Resistant Hash Functions）。其安全性依赖于哈希函数的随机性和抗碰撞性。这种对称密码学基础使其安全假设更少，也更为保守。由于哈希函数被认为是抗量子计算攻击的，因此ZK-STARKs天然具备抗量子攻击的能力。相比之下，基于椭圆曲线的ZK-SNARKs在理论上容易受到未来量子计算机的攻击。
透明性与可信设置
1、大多数类型的ZK-SNARKs需要一个被称为“可信设置”（Trusted Setup）的初始阶段。在这个阶段，会生成一组公共参数，用于后续的证明生成和验证。这个过程会产生一个秘密值，通常被称为“有毒废料”（Toxic Waste）。这个秘密值必须被安全地销毁，因为任何掌握它的人都可以伪造无效的证明，从而破坏整个系统的安全性。这个初始设置的信任要求是SNARKs的一个关键特征和潜在的中心化风险点。
2、ZK-STARKs中的“T”代表“透明”（Transparent），这意味着它们完全不需要可信设置。STARKs的证明和验证过程所需的所有随机性都是公开可验证的，从协议本身公开的信息中提取，没有任何隐藏的秘密参数。这种透明性消除了对一小群参与者诚实执行设置仪式的信任需求，使得整个系统更加去中心化和无需信任。
性能与效率的权衡
1、在证明大小方面，ZK-SNARKs拥有巨大的优势。它们的证明（Proof）非常小，通常只有几百个字节，并且其大小是恒定的，不会随着被证明计算的复杂性增加而显著变大。这种“简洁性”（Succinctness）使得它们非常适合在存储空间和带宽有限的链上环境中使用。
2、ZK-STARKs的证明则要大得多，通常在几十到几百KB之间。其证明大小会随着计算复杂度的增加而呈对数级增长。虽然仍然比原始计算数据小得多，但相较于SNARKs，它们在存储和传输上会占用更多的资源。
3、在证明生成时间（Prover Time）上，对于非常复杂的计算，ZK-STARKs的证明生成速度通常更快。证明者的计算开销与计算规模呈准线性关系，扩展性良好。而ZK-SNARKs的证明生成过程可能计算量更大。在验证时间（Verifier Time）上，ZK-SNARKs的验证速度极快，几乎是恒定的，这对于需要大量验证者的去中心化网络非常有利。ZK-STARKs的验证时间则与其证明大小一样，随计算复杂度的对数增长而增长，通常比SNARKs的验证时间要长。
