SNARK

SNARK steht für Succinct Non-interactive ARgument of Knowledge. Succinct (knapp), weil Größe des Beweises und Verifikationszeit konstant oder polylogarithmisch im Verhältnis zur bewiesenen Berechnung sind. Non-interactive, weil nur ein einziger Beweis gesendet wird, häufig über die Fiat-Shamir-Heuristik. Argument, weil die Soundness rechnerisch ist, also gegenüber Angreifern mit begrenzter Rechenleistung gilt. Of Knowledge, weil der Beweiser den Zeugen (Witness) tatsächlich besitzt. Wird dieser zudem nicht offengelegt, kommt das Präfix zk für Zero-Knowledge hinzu. Die Berechnung wird in einen Schaltkreis (R1CS oder Gates im PLONKish-Stil) kompiliert, in Polynome übersetzt und mit einem Polynom-Commitment-Schema verankert.

Viele SNARKs erfordern ein Trusted Setup, eine Zeremonie, die Parameter aus einem Geheimnis erzeugt, das anschließend vernichtet werden muss. Groth16 (2016) liefert den kompaktesten Beweis in der Größenordnung von 128 Bytes, benötigt aber ein Setup pro Schaltkreis. PLONK (2019, Aztec) führte das universelle und aktualisierbare Setup ein, das für jeden Schaltkreis wiederverwendbar ist, um den Preis etwas größerer Beweise. Im Vergleich dazu ist ein STARK transparent, also ohne Zeremonie, und da er ausschließlich auf Hashes beruht, ist er unter Postquanten-Gesichtspunkten attraktiv, während SNARKs mit Pairings auf elliptischen Kurven dies nicht sind.

Der SNARK ist die Grundlage der ZK-Rollups: Tausende Transaktionen werden off-chain ausgeführt, und auf Ethereum wird ein einziger Gültigkeitsbeweis veröffentlicht, den der Smart Contract ohne erneute Ausführung verifiziert. So skaliert man und erbt zugleich die Sicherheit der Basisschicht, mit günstiger Verifikation in Gas. Zcash war Vorreiter mit zk-SNARKs auf Basis von Groth16 für abgeschirmte Transaktionen; Scroll und zkSync Era sind Beispiele für Rollups auf Basis von Gültigkeitsbeweisen; PLONK stammt von Aztec. Zu beachten ist, dass Starknet STARKs und keine SNARKs verwendet, den STARK aber meist in einen SNARK verpackt, um die abschließende Verifikation zu verbilligen.