СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОТОКОЛОВ С НУЛЕВЫМ РАЗГЛАШЕНИЕМ

COMPARATIVE ANALYSIS OF ZKP PROTOCOLS

Sadykova Darya Sergeevna

student, Department of Information Systems Security, Samara State University,

Russia, Samara

АННОТАЦИЯ

Приведены основные сведения о криптографических протоколах с нулевым разглашением.

Представлены результаты сравнительного анализа наиболее распространенных протоколов с нулевым разглашением. Отмечены их достоинства и недостатки. Сформулированы рекомендации по их применению.

ABSTRACT

The basic information about zero-knowledge cryptographic protocols is given.

The results of a comparative analysis of the most common zero-knowledge protocols are presented. Their advantages and disadvantages are noted. Recommendations on their application are formulated.

Ключевые слова: протоколы с нулевым разглашением, криптография, защита информации.

Keywords: zero-knowledge proof, cryptography, information protection.

Введение

Протоколы с нулевым разглашением, или Zero-Knowledge Proof (ZKP), представляют собой уникальный инструмент криптографии, позволяющий одной стороне убедить другую в достоверности определённого утверждения, не раскрывая при этом само содержание секрета [2]. Такая возможность кардинально отличается от традиционных методов аутентификации и проверки информации, где для подтверждения часто требуется раскрытие конфиденциальных данных. Сущность концепции заключается в том, чтобы создать ситуацию, при которой проверяющая сторона получает уверенность в корректности утверждения, но не приобретает никаких сведений, которые могли бы быть использованы для восстановления исходного секрета.

Современные технологии ZKP активно интегрируются в блокчейн–платформы, финансовые сервисы и системы защиты данных. Они позволяют создавать приватные криптовалютные транзакции, проверять корректность вычислений смарт–контрактов и обеспечивать анонимность пользователей без ущерба для достоверности операций. Это открывает новые горизонты для цифровых финансов, интернет–идентичности и защищённых вычислений в распределённых сетях.

Сравнительный анализ протоколов с нулевым разглашением

Сравнение протоколов с нулевым разглашением позволяет выявить их сильные и слабые стороны, определить области применения и выбрать оптимальный подход для конкретных задач. Основные параметры, по которым проводится анализ, включают интерактивность, требования к доверенной настройке, размер доказательства, скорость проверки, устойчивость к квантовым атакам и сложность реализации. Эти характеристики формируют представление о практической ценности каждого протокола и позволяют сравнивать классические решения, такие как протокол Фиата-Шамира [1], с современными, включая zk-SNARK [3] и zk-STARK [5].

Протокол Фиата-Шамира представляет собой интерактивное решение, где доказательство формируется с учётом случайных вызовов проверяющей стороны. Главным преимуществом является простота реализации и надёжность в малых системах аутентификации. Недостатком является зависимость от интерактивного обмена, что ограничивает масштабируемость и применение в распределённых сетях с большим числом участников. Вероятностная природа протокола позволяет снизить риск подделки доказательства, однако многократные итерации могут увеличивать время взаимодействия [4].

Современный протокол zk-SNARK характеризуется неинтерактивностью и высокой компактностью создаваемых доказательств. Размер доказательства остаётся практически неизменным независимо от сложности вычислений, что делает этот подход особенно эффективным для блокчейн-платформ и публичных сетей. Основным недостатком является необходимость проведения trusted setup, которая создаёт потенциальный риск компрометации в случае нарушения безопасности на этапе генерации параметров. При этом проверка доказательства выполняется очень быстро, а применяемые криптографические конструкции обеспечивают нулевое разглашение и высокую надёжность. Благодаря сочетанию скорости, компактности и масштабируемости zk-SNARK хорошо подходит для систем, где критично минимизировать объём передаваемых данных [7].

Протокол zk-STARK был разработан для устранения ограничений zk-SNARK, связанных с доверенной настройкой. Он представляет собой прозрачное и масштабируемое решение, полностью исключающее необходимость trusted setup, что существенно повышает уровень безопасности и упрощает внедрение в распределённых системах. Доказательства в zk-STARK остаются достаточно компактными, а их проверка занимает крайне мало времени даже при обработке больших объёмов вычислений. Дополнительным преимуществом является устойчивость к квантовым атакам, что делает протокол перспективным инструментом для долгосрочной защиты данных. Единственным относительным недостатком можно считать несколько увеличенный размер доказательств по сравнению с zk-SNARK, однако этот компромисс оправдывается высокой степенью прозрачности и дополнительными мерами безопасности [6].

Для наглядного сравнения ключевых характеристик протоколов была составлена таблица 1:

Таблица 1

Сравнение ключевых характеристик протоколов с нулевым разглашением.

Анализ сравнительной таблицы показывает, что каждый протокол обладает собственным набором характеристик и оптимальными сценариями применения.

Протокол Фиата–Шамира наиболее эффективен в простых системах аутентификации с ограниченным числом участников, где важны минимальная сложность реализации и достаточный уровень надёжности.

Протокол zk-SNARK обеспечивает компактность доказательств и высокую скорость проверки, что делает его привлекательным для публичных сетей и блокчейн-платформ, однако необходимость проведения доверенной настройки создаёт потенциальный вектор риска.

Протокол zk-STARK объединяет прозрачность, масштабируемость и устойчивость к квантовым атакам, благодаря чему подходит для высоконагруженных и публичных систем, ориентированных на долгосрочную безопасность данных.

Интерактивность является важным фактором, влияющим на область применения протоколов. Интерактивные схемы ограничивают масштабируемость, поскольку требуют последовательного обмена сообщениями между участниками. Неинтерактивные протоколы, напротив, позволяют проверять доказательства в любое время и любым пользователем, что значительно повышает гибкость и адаптивность систем. Размер доказательства и скорость его проверки напрямую определяют эффективность функционирования сетей с большим количеством узлов. Наличие trusted setup в zk-SNARK делает необходимым проведение отдельного этапа безопасной генерации параметров, тогда как прозрачная архитектура zk-STARK полностью устраняет этот риск, обеспечивая дополнительное преимущество в распределённых и публичных вычислительных средах.

Надёжность и нулевое разглашение остаются ключевыми характеристиками всех рассматриваемых протоколов, обеспечивая их устойчивость к подделке доказательств и защиту конфиденциальной информации. Дополнительное преимущество zk-STARK заключается в устойчивости к квантовым атакам, что делает этот протокол особенно актуальным в условиях развития вычислительных технологий и появления новых угроз. Масштабируемость также играет важную роль: она позволяет использовать протоколы в распределённых системах, где требуется проверять большое количество операций без снижения уровня приватности.

Сравнение протоколов демонстрирует характерные компромиссы между размером доказательства, скоростью проверки и уровнем безопасности. В zk-SNARK доказательство имеет минимальный размер и быстро проверяется, однако необходимость проведения trusted setup создаёт потенциальный риск. В zk-STARK доказательства более объёмны, но протокол обеспечивает прозрачность, отсутствие доверенной настройки и повышенную устойчивость к угрозам. Протокол Фиата–Шамира выделяется простотой и надёжностью, однако его масштабируемость и скорость взаимодействия ограничены, что делает его менее эффективным в крупных сетях и распределённых системах.

В целом, выбор протокола зависит от специфики задач:

• для локальных систем и аутентификации подойдёт протокол Фиата-Шамира;
• для публичных сетей с высокой нагрузкой и требованиями к скорости – zk-SNARK;
• для масштабируемых, безопасных и квантово-устойчивых систем – zk-STARK.

Сравнение позволяет оценить сильные и слабые стороны каждого решения, определить целевое применение и разработать рекомендации по внедрению протоколов в практические системы.

Выводы

1. Протоколы с нулевым разглашением находят все более широкое применение в различных сферах человеческой деятельности и имеют множество практических реализаций. Поэтому задача сравнительного анализа характеристик наиболее известных реализаций ZKP протоколов является важной и актуальной.

2. Представленные результаты сравнительного анализа ZKP протоколов позволяют делать обоснованный выбор для их применения в различных областях деятельности.

Список литературы:

1. Доказательство с нулевым разглашением (ZKP) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://habr.com/ru/articles/692088/ (дата обращения: 29.11.2025).
2. Молдовян, А. А. Протоколы аутентификации с нулевым разглашением секрета / А. А. Молдовян, Д. Н. Молдовян, А. Б. Левина. – Санкт-Петербург: Университет ИТМО, 2016. – 55 с.
3. Что такое zk-SNARKs и zk-STARKs? [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.binance.com/ru/academy/articles/zk-snarks-and-zk-starks-explained (дата обращения: 29.11.2025).
4. A Gentle Introduction to Zero-Knowledge Proofs [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://arxiv.org/abs/1906.07221 (дата обращения: 29.11.2025).
5. Anatomy of a STARK [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://aszepieniec.github.io/stark-anatomy/ (дата обращения: 29.11.2025).
6. SNARKs vs STARKs [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://medium.com/@inphi/snarks-vs-starks-technology-comparison-fae1bf7fe55 (дата обращения: 29.11.2025).
7. ZK-SNARKs in Blockchain [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ethereum.org/en/developers/docs/scaling/zk-snarks/ (дата обращения: 29.11.2025).