zk-SNARK

Um einen zk-SNARK zu konstruieren, wird die zu beweisende Berechnung als arithmetischer Schaltkreis ausgedrückt, üblicherweise in Form eines R1CS (Rank-1 Constraint System) oder QAP (Quadratic Arithmetic Program). Das Schema nutzt bilineare Paarungen über pairing-freundlichen elliptischen Kurven wie BN254 oder BLS12-381 und erfordert ein Trusted Setup, das einen Structured Reference String (SRS) erzeugt; das dabei verwendete Geheimnis, die Toxic Waste, muss vernichtet werden. Die theoretische Grundlage geht auf GGPR aus dem Jahr 2013 zurück, mit Pinocchio als erster praktischer Implementierung; das wegen seiner Verifikationseffizienz dominierende Schema ist Groth16 (Jens Groth, Eurocrypt 2016): drei Gruppenelemente und drei Pairing-Operationen.

Er ermöglicht zwei Dinge: Privatsphäre durch vertrauliche Transaktionen und Skalierung, da ein Verifizierer eine riesige Berechnung in konstanter Zeit prüft. Diese Kompaktheit löst die Verbindung zwischen den Kosten der Verifikation und der Größe der Berechnung und ist die Grundlage der zk-Rollups, die Netzwerke wie Ethereum entlasten. Spätere Schemata wie PLONK, Marlin und Sonic führen ein universelles und aktualisierbares Setup ein, das einfacher zu betreiben ist.