Theoretical and practical introduction to ZK-SNARKs and ZK-STARKs

Bc. Anh Minh Tran

Master's thesis

Anotácia:

Práce má za cíl poskytnout úvod do problematiky efektivních univerzálních důkazů s nulovou znalostí (tzv. zero-knowledge proofs). V práci znázorňujeme konstrukci důkazů ve dvou různých systémech důkazů, Groth16 a FRI-STARK, a také vysvětlujeme důlažité matematické a kryptografické pojmy potřebné k těmto kontrukcím. Dále popisujeme praktické aplikace těchto systémů a upozorňujeme na možná úskalí spojená s použitím důkazů s nulovou znalostí v praxi. V práci rovněž poskytujeme přehled dostupných nástrojů pro psaní důkazů s nulovou znalostí, charakterizaci různých druhů nástrojů a příklady jejich použití.

Abstract:

This work aims to introduce the reader to the topic of efficient general-purpose zero-knowledge proofs. We illustrate the construction of proofs in two different proof systems, Groth16 and FRI-STARK, and also explain the most important mathematical and cryptographical concepts necessary for their construction. Then we describe practical applications of these argument systems and point out issues related to using zero-knowledge proofs in practice. Finally, we provide an overview of available tools for writing zero-knowledge proofs, characterization of different types of tools, and examples of their usage.

Keywords

verifiable computation, zero-knowledge proof, SNARKs, STARKs, arithmetic circuit, algebraic execution trace, constraint system, arithmetization-friendly primitives

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 17. 5. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 20. 6. 2022
• Vedúci: RNDr. Dušan Klinec
• Oponent: Mgr. Marek Sýs, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / odbor:
Computer systems, communication and security / Information security