ZK‑SNARKs vs ZK‑STARKs: O Guia Definitivo para Entender as Principais Tecnologias de Prova Zero‑Knowledge

Nos últimos anos, a privacidade e a escalabilidade tornaram‑se prioridades críticas para desenvolvedores de blockchain. Entre as soluções mais avançadas estão as provas zero‑knowledge (ZK), que permitem validar informações sem revelá‑las. Dentro desse universo, duas tecnologias se destacam: ZK‑SNARKs e ZK‑STARKs. Embora ambas cumpram o mesmo objetivo básico, elas diferem em princípios criptográficos, requisitos de confiança, performance e resistência a ataques quânticos. Este artigo aprofunda cada aspecto, comparando-as ponto a ponto e oferecendo insights práticos para desenvolvedores, investidores e entusiastas.

1. Conceitos Fundamentais de Provas Zero‑Knowledge

Uma prova zero‑knowledge permite que um prover (provedor) demonstre a um verifier (verificador) que uma afirmação é verdadeira, sem revelar nenhum detalhe adicional. Em termos de blockchain, isso significa que podemos provar que uma transação cumpre certas regras (por exemplo, que o remetente possui saldo suficiente) sem expor valores ou endereços.

Essas provas são construídas sobre matemática avançada, envolvendo pares de curvas elípticas, polígonos, códigos de correção de erros e, nos casos mais recentes, polinômios de alta dimensão. As duas famílias que analisaremos – SNARKs (Succinct Non‑Interactive Argument of Knowledge) e STARKs (Scalable Transparent ARguments of Knowledge) – representam abordagens distintas para alcançar a mesma meta.

2. O que são ZK‑SNARKs?

ZK‑SNARKs surgiram por volta de 2012, com a publicação do paper “Snarks for C” de Ben‑Sasson et al.. Seu nome já indica as principais características:

• Succinct: as provas são extremamente curtas (geralmente alguns kilobytes), independentemente da complexidade da computação subjacente.
• Non‑Interactive: a prova pode ser gerada e verificada sem trocas de mensagens, usando o modelo de Fiat‑Shamir heuristic.
• Argument of Knowledge: garante que o prover realmente conhece a witness (dados ocultos) que sustenta a afirmação.

O ponto central dos SNARKs é a necessidade de um trusted setup (configuração confiável). Esse processo gera uma crença comum – dois parâmetros públicos (chave de verificação e chave de prova) – a partir de um número aleatório secreto. Se esse segredo for comprometido, um atacante poderia criar provas falsas.

2.1 Como funciona o Trusted Setup?

O setup consiste em duas fases:

1. Phase 1: gera-se um “toxic waste” (informação secreta).
2. Phase 2: descarta‑se o toxic waste, mantendo apenas os parâmetros públicos.

Para mitigar riscos, projetos como o Zcash adotam multi‑party computation (MPC) onde várias partes colaboram, tornando impossível que uma única entidade retenha o toxic waste.

2.2 Principais Vantagens dos SNARKs

• Provas muito curtas → economia de largura de banda.
• Verificação extremamente rápida (milissegundos).
• Amplamente adotados em blockchains públicas (Zcash, Aztec, Loopring).

2.3 Limitações dos SNARKs

• Dependência de trusted setup → risco de segurança se comprometido.
• Não são naturalmente resistentes a computadores quânticos (baseados em curvas elípticas).
• Algoritmos de prova podem ser custosos em termos de CPU para circuits muito grandes.

3. O que são ZK‑STARKs?

STARKs foram introduzidos em 2018 pelos mesmos autores de SNARKs, como resposta direta às limitações de confiança e resistência quântica. O acrônimo significa Scalable Transparent ARguments of Knowledge e traz três pilares:

• Scalable: provas que crescem de forma sub‑linear em relação à complexidade da computação.
• Transparent: não requerem trusted setup – a confiança vem de parâmetros públicos gerados de forma aleatória e verificável.
• ARguments of Knowledge: mantém a garantia de conhecimento.

STARKs utilizam polinômios de alta dimensão e códigos de correção de erros (Reed‑Solomon) para criar compromissos que podem ser verificados de forma eficiente. A eliminação do trusted setup elimina o risco do toxic waste, tornando a tecnologia “transparent”.

3.1 Como funcionam os STARKs?

O processo pode ser resumido em três etapas:

1. Encoding: a execução da máquina virtual (ex.: VM de Ethereum) é codificada como um grande polinômio.
2. Commitment: o prover gera um “Merkle tree” ou “FRI commitment” que vincula o polinômio a uma raiz pública.
3. Query & Check: o verifier solicita aleatoriamente certas posições do polinômio; o prover devolve provas que são verificadas usando a raiz do commitment.

Essa estratégia de probabilistic checking reduz drasticamente o custo de verificação, mantendo alta segurança.

3.2 Principais Vantagens dos STARKs

• Transparência total – sem trusted setup.
• Resistência a ataques quânticos (baseado em hash functions, não em curvas).
• Provas escaláveis – tamanho da prova cresce apenas logaritmicamente.

3.3 Limitações dos STARKs

• Provas são maiores que as de SNARK (geralmente dezenas de kilobytes).
• Verificação ainda rápida, mas levemente mais custosa que SNARKs.
• Implementação mais recente – menos ecossistema amadurecido.

4. Comparativo Direto: SNARKs vs STARKs

Critério	ZK‑SNARKs	ZK‑STARKs
Tamanho da Prova	~200 B a 2 KB (dependendo do circuito)	~10 KB a 30 KB (mais alto, mas ainda compacto)
Tempo de Verificação	Milissegundos (muito rápido)	Alguns milissegundos (ligeiramente mais lento)
Trusted Setup	Sim – necessário	Não – transparente
Resistência Quântica	Vulnerável (curvas elípticas)	Resistente (baseado em hash)
Complexidade de Prova	Elevada para circuits muito grandes	Escalável, ideal para computações massivas
Ecosistema	Maduro – Zcash, Aztec, Loopring, Tornado Cash	Emergente – StarkWare, Immutable X, dYdX (versão STARK)

5. Casos de Uso Reais

Ambas as tecnologias já foram adotadas em projetos de grande relevância:

• ZK‑SNARKs: Zcash (privacidade de transações), Aztec (privacidade em Ethereum), Loopring (DEXs de alta velocidade).
• ZK‑STARKs: StarkWare (Rollups de escalabilidade), Immutable X (NFTs sem gas), dYdX (derivativos de camada‑2).

Ao escolher entre elas, analise o trade‑off entre privacidade absoluta + provas menores (SNARKs) e transparência total + resistência quântica (STARKs).

6. Como Integrar ZK‑SNARKs ou ZK‑STARKs em Seu Projeto

Segue um roteiro prático:

1. Defina o problema: qual dado precisa ser provado sem divulgação?
2. Escolha a ferramenta:
   • Para SNARKs: snarkjs, ZoKrates.
   • Para STARKs: Cairo, StarkEx.
3. Modelar o circuito: descreva a lógica em linguagem de alto nível (ZoKrates, Circom para SNARKs; Cairo para STARKs).
4. Gerar a prova:
   • SNARKs – execute o trusted setup (ou use um setup já existente).
   • STARKs – basta gerar um seed aleatório; o processo é transparente.
5. Verificar no contrato inteligente: inclua a verificação da prova no código Solidity ou Vyper.
6. Testar em testnet antes de lançar na mainnet.

7. Futuro das Provas Zero‑Knowledge

O panorama aponta para convergência e inovação:

• Hybrid Proofs: combinar SNARKs e STARKs para aproveitar o melhor de cada mundo.
• Post‑Quantum Ready: projetos como PLONK‑Q buscam unir succinctness com resistência quântica.
• Integração com DeFi e NFTs: privacidade em empréstimos, swaps e propriedade de NFTs será cada vez mais demandada.

Para quem deseja aprofundar, vale conferir também nossos artigos sobre Desvendando o Trilema da Blockchain, O que é Web3? e Como funciona o Ethereum. Esses recursos complementam a compreensão de como ZK‑SNARKs e ZK‑STARKs se inserem no ecossistema blockchain mais amplo.

8. Conclusão

Embora ZK‑SNARKs e ZK‑STARKs compartilhem o objetivo de prover privacidade e eficiência, suas diferenças técnicas são decisivas para a escolha de um projeto. SNARKs oferecem provas menores e verificação ultra‑rápida, porém exigem um trusted setup vulnerável a falhas de segurança e não são pós‑quânticos. STARKs, por outro lado, entregam transparência total e resistência quântica, sacrificando um pouco de tamanho de prova e velocidade.

Entender esses trade‑offs permite que desenvolvedores construam soluções de camada‑2, privacidade de transações e protocolos DeFi que atendam às exigências de segurança, escalabilidade e futuro‑próprio. A escolha correta pode ser o diferencial entre um produto que sobrevive ao próximo upgrade de rede e um que rapidamente se torna obsoleto.

FAQ

Confira as respostas para as dúvidas mais comuns sobre ZK‑SNARKs e ZK‑STARKs.