zk-STARK

Ein zk-STARK ist ein Beweissystem, das vollständig auf kryptografischen Hashfunktionen statt auf elliptischen Kurven (Pairings) aufbaut, was ihm seine beiden entscheidenden Eigenschaften verleiht: Transparenz und Post-Quanten-Resistenz. Der Prover wandelt eine Berechnung in eine Polynomdarstellung um und nutzt anschließend eine Technik namens FRI (Fast Reed-Solomon Interactive Oracle Proof of Proximity), um zu zeigen, dass das Polynom korrekt aufgebaut wurde, ohne die zugrunde liegenden Daten preiszugeben. Jeder kann das Ergebnis allein mit öffentlicher Zufälligkeit verifizieren, es gibt also keine geheime Setup-Phase, die eine kompromittierte Partei ausnutzen könnte.

Das Konzept wurde 2018 von Eli Ben-Sasson und Kollegen eingeführt, die anschließend StarkWare mitgründeten, das Unternehmen hinter Cairo, einer Programmiersprache, die speziell für das Schreiben STARK-beweisbarer Programme entwickelt wurde. StarkEx und StarkNet wenden zk-STARKs auf die Skalierung von Ethereum an: Bündel von Transaktionen werden off-chain ausgeführt, anschließend wird ein einziger STARK-Beweis, der ihre Korrektheit bestätigt, on-chain veröffentlicht. Das senkt die Gaskosten und übernimmt gleichzeitig die Sicherheit von Ethereum. Damit sind zk-STARKs ein zentraler Baustein moderner Zero-Knowledge Rollups.

Da Verifikationszeit und Beweisgröße nur quasilinear mit der Komplexität der Berechnung wachsen, verarbeiten zk-STARKs große, sich wiederholende Workloads effizient. Der Kompromiss gegenüber zk-SNARKs liegt in der Beweisgröße: STARK-Beweise umfassen typischerweise mehrere Dutzend bis Hunderte Kilobyte, gegenüber wenigen Hundert Bytes bei SNARKs, was höhere On-Chain-Speicher- und Gaskosten bedeutet. Laufende Forschung zu rekursiver Beweiskomposition und kompakteren hashbasierten Commitments verkleinert diesen Abstand stetig.