الفرق بين أدلة إثبات ZK-STARK و ZK-SNARK

إن أدلة SNARKs و STARKs عبارة عن تقنيات لإثبات المعرفة الصفرية (Zero-Knowledge) التي تسمح لأحد الأطراف بإثبات صحة البيان للآخر دون الكشف عن أي معلومات إضافية.

لقد حظيت حلول إثباتات المعرفة الصفرية (ZKPs) بالكثير من الاهتمام عبر مجموعة من حالات الاستخدام لإمكاناتها التحويلية لتعزيز الأمان وحماية خصوصية المستخدم ودعم التوسع باستخدام شبكات الطبقة الثانية.

تمكن ZKPs أحد الأطراف من إثبات صحة معلومة معينة لطرف آخر دون الكشف عن أي معلومات سرية إضافية. تعتبر ZKPs مفيدة لزيادة الخصوصية - لأنها تقلل من كمية المعلومات المشتركة بين الأطراف - وقابلية التوسع، لأنها تسمح بالتحقق من البراهين بمعدل أسرع مما لو كان لا بد من التحقق من مجموعة البيانات بأكملها.

في حال مازلت لا تعرف الكثير حول حلول الطبقة الثانيه في شبكات البلوكتشين او حلول مُجمعات المعرفة الصفرية (ZK Rollups) يمكننا العوده إلى أحد الكورسات لدينا، بالإضافة إلى أحد المقال لدينا هنا.

هناك نظامان بارزان لإثبات المعرفة الصفرية هما SNARKs و STARKs. في هذه المقالة، سوف نتعمق في كل منهما، وكيفية عملهم، والاختلافات الرئيسية بينهم.

ماهي أدلة SNARK؟

يُشار إليها باسم (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge).

• المعرفة الصفرية (Zero-Knowledge).
• موجزة (Succinct): إنها صغيرة، ويمكن التحقق منها بسرعة بواسطة المدقق.
• غير تفاعلية (Non-Interactive): ناقشنا هذا سابقًا. مطلوب جولة واحدة فقط من الاتصال بين المُثبت والمُحقق.
• البُرهان (Argument): من غير المحتمل نظريًا أن نتمكن من "خداع" النظام.
• من المعرفة (of Knowledge): لا يمكن إكمالها دون الوصول إلى المعلومة السرية (الشاهد).

يرمز zk-SNARK إلى حجة المعرفة الصفرية غير التفاعلية - وقد تم تقديمها في ورقة بحثية عام 2012 شارك في تأليفها نير بيتانسكي، وران كانيتي، وأليساندرو كييزا، وعيران ترومر. توفر SNARKs القدرة لأحد الأطراف على أن يثبت للطرف الآخر أنه يعرف سرًا دون الكشف عن السر نفسه.

يمكن إضافة zk-SNARKs إلى حلول شبكات البلوكتشين كبروتوكول إثبات المعرفة الصفرية لتعزيز الخصوصية وقابلية التوسع. كان Zcash أول تطبيق واسع النطاق لـ zk-SNARKs، حيث تم تطبيق التكنولوجيا لإنشاء معاملات محمية يتم فيها الحفاظ على خصوصية المرسل والمستلم والمبلغ. يمكن تشفير المعاملات المحمية في Zcash بالكامل على البلوكتشين ومع ذلك لا يزال يتم التحقق من صحتها بموجب قواعد الإجماع الخاصة بالشبكة باستخدام zk-SNARKs.

من الخصائص المهمة لبعض SNARKs اعتمادها على "بيئة موثوقة" (Trusted Environment) - وهي مرحلة يتم فيه إنشاء المفاتيح المستخدمة لإنشاء البراهين المطلوبة للمعاملات الخاصة والتحقق من تلك البراهين. إذا لم يتم تدمير الأسرار المستخدمة لإنشاء المفاتيح المشتركة، فمن الممكن استخدامها لإنشاء أدلة كاذبة. وهذا من شأنه أن يمنح المشاركين القدرة على تزوير المعاملات. ونظرًا لميزات الخصوصية المتأصلة في SNARKs، لن تكون هناك طريقة للتحقق من أن الأدلة المزورة مزورة بالفعل.

هذا المفتاح المشترك هو ما يجعل ZK-SNARKs ممكنًا؛ على الرغم من أن هذا يعد أيضًا أكبر عيب لديهم لأنه يخلق ما يُعرف باسم "بيئة موثوقة" (Trusted Environment).

يتم قياس مستوى أمان SNARK بمقدار العمل الذي يجب القيام به للعثور على دليل مقنع لبيان كاذب. بمعنى آخر، يكون SNARK آمنًا إذا كان من غير الممكن حسابيًا تقديم دليل مقنع على عبارة ”كاذب“. بالنسبة لـ SNARK التي تتطلب إعدادًا موثوقًا ليتم اعتبارها آمنة، يجب أن يقوم مشارك واحد على الأقل في مرحلة الإعداد الأولي بإنتاج باب مُغلق ثم التخلص منه، والذي، إذا تم دمجه مع الأبواب المغلقة الأخرى، من شأنه أن يجعل من الممكن تعريض أمن SNARK للخطر. على هذا النحو، يتم تشغيل بيئة موثوقة بشكل شائع مع العديد من المشاركين لتقليل احتمالية حدوث ذلك بدرجة كافية.

في حين أن الإعداد الموثوق به مطلوب فقط في البداية ولبعض أدلة SNARK فقط، ويجب على مستخدمي الشبكة المستندة إلى SNARK أن يثقوا بأن مرحلة الإعداد قد تمت بشكل صحيح وأن الأسرار قد تم إتلافها ولا يحتفظ بها المشاركون في مرحلة لإعداد الأولي. كان الاعتماد على مثل هذا الاحتفال موضع انتقاد لبعض SNARKs باعتباره كعب أخيل أمني محتمل.

هناك قيد آخر على بعض SNARKs وهو أنها لا تعتبر ”مقاومة للكم“. يقول أنصار SNARKs أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تشكل تهديدًا كبيراً على أدلة SNARKs، فستكون هناك مشكلات أكبر في عالم التشفير.

ماهي أدلة STARK؟

يُشار إليها باسم (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge).

• المعرفة الصفرية (Zero-Knowledge).
• قابلة للتطوير (Scalable): بدلاً من أن تكون "موجزة"، فهي قابلة للتطوير؛ مما يعني أنهم يقومون بإنشاء الأدلة والتحقق منها باستخدام شهود (كلمات سرية) أكبر بشكل أكثر كفاءة من ZK-SNARKs.
• شفاف (Transparent): ليس هناك حاجة إلى إعداد موثوق. إنهم يعتمدون على العشوائية التي يمكن التحقق منها بشكل عام لإنشاء المفتاح المشترك.
• البُرهان (Argument): من غير المحتمل نظريًا أن نتمكن من "خداع" النظام.
• من المعرفة (of Knowledge): لا يمكن إكمالها دون الوصول إلى المعلومة السرية (الشاهد).

تدعم STARKs تقنية قابلية التوسع الخاصة بـ StarkWare. من خلال تمكين المطورين من أخذ التخزين والحساب خارج السلسلة، تعمل STARKs على زيادة قابلية التوسع، حيث يمكن إنتاج أدلة STARK التي تتحقق من دقة الحسابات خارج السلسلة بواسطة خدمات خارج السلسلة ثم نشرها على السلسلة.

تسمح STARKs لشبكات البلوكتشين بنقل العمليات الحسابية إلى دليل STARK واحد خارج السلسلة ثم التحقق من سلامة تلك الحسابات باستخدام أداة التحقق من أدلة STARK الموجودة على السلسلة. يمكن لشبكات الطبقة الثانية فتح فوائد قابلية التوسع عن طريق حساب عدد كبير من المعاملات في دفعة واحدة باستخدام أدلة STARKs ثم استخدام دليل STARK واحد لتأكيد صحة المعاملات على السلسلة. تتقاسم جميع المعاملات في الدفعة تكلفة التشغيل على السلسلة، مما يوفر تكلفة غاز منخفضة لكل معاملة فردية على شبكة الطبقة الثانية.

من خلال تمكين المطورين من نقل العمليات الحسابية والتخزين خارج السلسلة، تعمل STARKs على زيادة قابلية التوسع. يمكن إنتاج أدلة STARK التي تتحقق من دقة الحسابات خارج السلسلة. بعد ذلك، يتم إعادة نشر هذه البراهين على السلسلة حتى يتمكن أي شخص مهتم من التحقق من الحساب.

الأهم من ذلك، نظرًا لأن العشوائية التي يستخدمها المدقق متاحة للجمهور، ويمكن التحقق من الدليل دون الاعتماد على أي معلمات خارجية، فإن STARKs ليس لديها متطلبات مرحلة الإعداد وبيئة موثوقة (Trusted Environment).

يمكنك البدء في تعلم كتابة براهين ZK-STRAKs والعقود الذكية على Starknet مجاناً من هنا.

مقارنة بين أدلة SNARKs و STARKs

تتمتع كل من أدلة SNARKs و STARKs بمزاياها، ويعتمد الاختيار بين الاثنين على متطلبات حالة الاستخدام المحددة للمستخدم. من المهم أيضًا ملاحظة أن كلا من SNARKs و STARKs عبارة عن تقنيات متطورة لإثباتات المعرفة الصفرية (ZK)، لذا قد تعتمد المقارنة بينهما على التطورات والاكتشافات المستمرة في هذا المجال.

يعتبر مؤيدو أدلة SNARKs أنها أكثر كفاءة وأسرع، حيث يمكن التحقق منها في غضون أجزاء من الثانية. ومع ذلك، فإن هذه الكفاءة تأتي بتكلفة، حيث تعتمد بعض SNARK على رابط أمني ضعيف محتمل - وهو مرحلة الإعداد الأولي والمفتاح المشترك وخلق الحاجة إلى ”بيئة موثوقة“. وهذا يعني أن المعلمات الأولية المستخدمة في الدليل يجب أن يتم إنشاؤها في بيئة آمنة، وأي اختراق للمعلمات يمكن أن يؤدي إلى خرق للأمن.

يمكن أن توفر STARKs أمانًا محسنًا من خلال عدم الحاجة إلى إعداد موثوق به مثل المفتاح المشترك، ولكن يمكن أن يستغرق التحقق وقتًا أطول، وبالتالي يمكن اعتباره أقل كفاءة نتيجة لذلك. تمتلك أدلة STARKs أحجام إثبات أكبر من أدلة SNARKs، مما يعني أن التحقق من أدلة STARKs قد يستغرق وقتًا أطول ويكون أكثر كثافة للغاز من أدلة SNARKs. من ناحية أخرى، نظرًا لأنه يمكن التحقق من إثبات STARKs دون الاعتماد على أي معلمات خارجية او مفتاح مشترك، فقد يكون تدقيق أدلة STARKs أسهل من أدلة SNARKs، على الرغم من أن هذا قد يعتمد على التنفيذ الفردي على عكس معظم أدلة SNARKs.

تعتمد أدلة STARKs على وظائف التجزئة التي تعتبر ”مقاومة للكم“ (مقاومة لهجمات أجهزة الكمبيوتر الكمومية).

هناك عدة أسباب وراء اعتماد أدلة SNARKs في البداية على نطاق أوسع من أدلة STARKs، على الرغم من أن أدلة SNARK تحتوي على عيوب أمنية محتملة مرتبطة في الإعداد الأولي والبيئة الموثوقة. تم تطوير أدلة SNARKs قبل ست سنوات من أدلة STARKs، مما ساعد في منحهم الأولوية من حيث التبني.

يُعتبر أدلة STARKs أحدث من أدلة SNARKs، ويطلق عليها ”Vitalik“ مؤسس شبكة Ethereum إسم "ابن عمها الأحدث والأكثر لمعانًا! 🤠" لذا، كخلاصة سريعة:

بناءً على المناقشة أعلاه، هل أدلة STARK أفضل من أدلة SNARK؟ تم التحدث عن أدلة STARKs بشكل إيجابي بشكل واضح في المقارنة مع أدلة SNARKs. والسبب هو أن أدلة STARK توفر المزيد من قابلية التوسع والشفافية والأمان والنزاهة لجميع شبكات البلوكتشين. ومع ذلك، من المهم أن نتذكر أن أدلة STARK لها حجم إثبات أكبر.

الأفكار الختامية

إن إثباتات المعرفة الصفرية (ZK) هي تطبيقات حقيقية في البلوكتشين يمكن أن تكون أساسًا لمستقبل أكثر توجهاً نحو الخصوصية؛ تم عرضه في منتجات Starkware بالكامل.

هذا كل شيء! أنت الآن تعرف الفرق بين أدلة STARKs و SNARKs في المعرفة الصفرية (ZK). أخبرنا بمهاراتك على Twitter أو Telegram. نود أن نعرف ما الذي تقوم ببنائه!