Kernpunkte

• zk-SNARKs und zk-STARKs sind kryptografische Werkzeuge, mit denen eine Partei Wissen über Informationen gegenüber einer anderen Partei nachweisen kann, ohne die Informationen selbst offenzulegen – mithilfe eines Konzepts namens Zero-Knowledge-Proofs.

• zk-SNARKs benötigen ein initiales vertrauenswürdiges Setup, um öffentliche Parameter zu erzeugen, während zk-STARKs transparent sind und diese Anforderung eliminieren – sie verwenden nur öffentlich verifizierbare Zufälligkeit.

• zk-STARKs erzeugen größere Beweisgrößen als zk-SNARKs, gelten aber als widerstandsfähiger gegen mögliche Bedrohungen durch Quantencomputing. Grund dafür ist ihre Abhängigkeit von Hash-Funktionen statt von Elliptic-Curve-Kryptografie.

• Beide Technologien werden inzwischen breit in der Blockchain-Skalierung eingesetzt und ermöglichen Layer-2-Netzwerke, die große Mengen von Transaktionen verarbeiten und einen einzigen kompakten Beweis an das Ethereum-Mainnet übermitteln.

• Neuere SNARK-Konstruktionen wie PLONK haben die Sorge um das vertrauenswürdige Setup reduziert, indem sie ein universelles Setup ermöglichen, das für viele verschiedene Programme funktioniert. Auch neuere Systeme wie Plonky2, Plonky3 und Circle STARKs treiben das Feld weiter voran.

Einführung

zk-SNARKs und zk-STARKs sind zwei Implementierungen von Zero-Knowledge-Proofs (ZK-Proofs) – einer kryptografischen Methode, die es einer Partei ermöglicht, zu beweisen, dass eine Aussage wahr ist, ohne die zugrunde liegenden Daten offenzulegen. Beide sind zu einem zentralen Bestandteil dessen geworden, wie moderne Blockchains Privatsphäre und Skalierbarkeit handhaben.

Das anfängliche Interesse an diesen Technologien kam aus datenschutzbezogenen Anwendungen in Kryptowährungen. Im Laufe der Zeit hat sich ihr wirkungsvollster Anwendungsfall jedoch hin zur Skalierung verschoben. ZK-Proofs bilden heute die Grundlage für einige der größten Layer-2-Netzwerke auf Ethereum und ermöglichen schnellere und günstigere Transaktionen, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.

Dieser Artikel erklärt, wie zk-SNARKs und zk-STARKs funktionieren, worin sie sich unterscheiden und wie sie in der Praxis eingesetzt werden.

Was sind Zero-Knowledge-Proofs?

Ein Zero-Knowledge-Proof ermöglicht es einem Beweiser, einen Prüfer davon zu überzeugen, dass eine Aussage wahr ist, ohne dass der Beweiser irgendetwas offenlegt – außer der Tatsache, dass die Aussage wahr ist. Das klassische Beispiel ist Ali Babas Höhle: Stell dir eine ringförmige Höhle mit einer magischen Tür in der Mitte vor. Alice behauptet, sie kenne die geheimen Worte, um die Tür zu öffnen.

Bob wartet draußen, während Alice hineingeht. Dann ruft er, aus welchem Ausgang sie erscheinen soll. Wenn Alice durchgehend aus dem richtigen Ausgang erscheint, wird Bob sicher, dass sie die geheimen Worte kennt – obwohl er die Worte selbst nie hört. Dieser Prozess kann wiederholt werden, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass sie nur aus Glück richtig rät.

ZK-Proofs übertragen dieses Konzept in kryptografische Protokolle, die Berechnungen verifizieren, Identitäten authentifizieren und Transaktionen validieren – und das alles, ohne die zugrunde liegenden Informationen offenzulegen.

Was sind zk-SNARKs?

zk-SNARK steht für „zero-knowledge succinct non-interactive argument of knowledge“. Zcash war eines der ersten Krypto-Projekte, das zk-SNARKs eingesetzt hat. Mit ihnen konnten private Transaktionen so verifiziert werden, dass weder die Transaktionsbeträge noch die Adressen offengelegt werden.

„Succinct“ bedeutet, dass die Beweise klein sind und sich schnell verifizieren lassen – selbst dann, wenn die zugrunde liegende Berechnung komplex ist. „Non-interactive“ bedeutet, dass Beweiser und Prüfer keine mehreren Nachrichten austauschen müssen: Der Beweiser erzeugt einen Beweis und der Prüfer prüft ihn in einem einzigen Schritt. Dadurch werden zk-SNARKs für Blockchain-Anwendungsfälle praktikabel.

Traditionelle zk-SNARKs erfordern eine vertrauenswürdige Setup-Phase. Dabei wird ein Satz gemeinsamer öffentlicher Parameter erzeugt, den sowohl der Beweiser als auch der Prüfer verwenden. Wenn die für dieses Setup verwendete Zufälligkeit jemals geleakt würde, könnte jemand betrügerische Beweise erzeugen, die gültig aussehen. Zcash hat dies durch eine Zeremonie zur Multi-Party-Berechnung adressiert: Dabei steuern mehrere Teilnehmer jeweils Zufälligkeit bei; das Setup ist sicher, solange mindestens ein Teilnehmer den eigenen Anteil zerstört.

Neuere SNARK-Konstruktionen, insbesondere PLONK (2019), nutzen ein universelles und aktualisierbares vertrauenswürdiges Setup. Das bedeutet, dass dasselbe Setup für viele unterschiedliche Programme funktioniert, anstatt eine separate Zeremonie pro Schaltkreis/„Circuit“ zu erfordern. Das reduziert die praktische Sorge um vertrauenswürdige Setups erheblich. Seitdem hat sich die Landschaft der Beweissysteme weiterentwickelt: Systeme wie Plonky2 und Plonky3 kombinieren SNARK-ähnliche Kompaktheit mit STARK-ähnlicher Transparenz, und Circle STARKs bieten weitere Effizienzgewinne für bestimmte Arten von Berechnungen.

Was sind zk-STARKs?

zk-STARK steht für „zero-knowledge scalable transparent argument of knowledge“. Der entscheidende Unterschied liegt im Wort „transparent“: zk-STARKs benötigen kein vertrauenswürdiges Setup. Sie stützen sich auf öffentlich verifizierbare Zufälligkeit, die aus Hash-Funktionen generiert wird. Das bedeutet, dass jeder die Setup-Parameter verifizieren kann, ohne einer Gruppe von Zeremonie-Teilnehmern vertrauen zu müssen.

zk-STARKs nutzen kollisionsresistente Hash-Funktionen statt der Elliptic-Curve-Kryptografie, die den meisten SNARK-Konstruktionen zugrunde liegt. Dadurch sind sie potenziell widerstandsfähiger gegen Angriffe von Quantencomputern, die theoretisch elliptic-curve-basierte Systeme brechen könnten. Hash-Funktionen gelten allgemein als quantenresistenter.

Der Trade-off ist die Beweisgröße. zk-STARK-Proofs sind deutlich größer als zk-SNARK-Proofs, was die Menge an Daten erhöht, die auf der Kette veröffentlicht werden müssen. Das kann in manchen Kontexten zu höheren Transaktionskosten führen, doch Forschende finden weiterhin Wege, die Beweisgrößen zu reduzieren.

zk-SNARKs vs. zk-STARKs: Die wichtigsten Unterschiede

Die beiden Technologien erfüllen ähnliche Zwecke, treffen aber unterschiedliche Abwägungen. zk-SNARKs erzeugen kleinere, schnell zu verifizierende Beweise und verfügen über ein reiferes Ökosystem an Werkzeugen. Ihr größter Nachteil ist die Anforderung an das vertrauenswürdige Setup, die einen Koordinations- und Vertrauensaufwand einführt. Neuere Konstruktionen haben das jedoch reduziert.

zk-STARKs eliminieren das vertrauenswürdige Setup vollständig, was sie leichter zu prüfen und bereitzustellen macht. Ihre Beweise sind größer, aber die Technologie gilt als besser für die Zukunft gegenüber möglichen Fortschritten im Bereich Quantencomputing. Starknet, ein wichtiges Ethereum-Layer-2, basiert auf zk-STARKs. ZKsync nutzt ein eigenes Beweissystem namens Boojum, das Designprinzipien aus beiden Welten aufgreift, statt sich sauber in eine der beiden Kategorien einzuordnen. Polygon zkEVM basiert primär auf SNARK-basierten Beweisen.

Für die meisten praktischen Blockchain-Anwendungen im Jahr 2026 sind beide Technologien geeignet. Die Entscheidung hängt häufig von den spezifischen Implementierungsanforderungen, der Verfügbarkeit von Werkzeugen und der Vertrautheit des Teams mit jedem System ab.

Anwendungsfälle für zk-SNARKs und zk-STARKs

Der bedeutendste Anwendungsfall heute ist die Skalierung von Layer 2. ZK-Rollups bündeln große Mengen von Transaktionen außerhalb der Kette und senden anschließend eine einzige ZK-Bestätigung an das Ethereum-Mainnet, die bestätigt, dass alle Transaktionen gültig sind. So kann das Netzwerk viel mehr Transaktionen bei geringeren Kosten verarbeiten, ohne die Sicherheitsgarantien der Basisschicht zu schwächen.

Projekte wie ZKsync und Starknet betreiben ZK-basierte Layer-2-Netzwerke und verwenden dabei jeweils ihre eigenen Beweissysteme. Die Entwicklung der zkEVM-Technologie hat ZK-Beweise für die allgemeine Ausführung von Smart Contracts praktisch gemacht – kompatibel mit der Ethereum Virtual Machine. Seit 2026 sind mehrere Live-zkEVM-Netzwerke in Betrieb.

Jenseits der Skalierung werden ZK-Beweise auch für datenschutzfreundliche Transaktionen (wie bei Zcash) eingesetzt, für dezentrale Identitätssysteme, in denen Nutzer Eigenschaften nachweisen können, ohne personenbezogene Daten offenzulegen, sowie für verifizierbare Wahlsysteme. Im Vergleich zu Optimistic Rollups haben ZK-Rollups den Vorteil, dass kein 7-tägiger Challenge-Zeitraum für Auszahlungen ins Mainnet erforderlich ist. In der Praxis dauert die Erstellung des Beweises jedoch weiterhin eine Weile, sodass Auszahlungen nicht sofort erfolgen. Da aber kein Challenge-Fenster existiert, kann die finale Bestätigung (Finality) deutlich schneller erreicht werden.

FAQ

Was ist der Unterschied zwischen zk-SNARKs und zk-STARKs?

zk-SNARKs erzeugen kleinere, schnell zu verifizierende Beweise, erfordern jedoch eine vertrauenswürdige Setup-Phase. zk-STARKs beseitigen dieses vertrauenswürdige Setup und gelten als stärker quantenresistent, erzeugen aber größere Beweisgrößen. Beide werden heute in wichtigen Blockchain-Layer-2-Netzwerken eingesetzt. Siehe unseren Eintrag im Glossar für Zero-Knowledge-Proofs für einen schnellen Überblick.

Warum benötigen zk-SNARKs ein vertrauenswürdiges Setup?

zk-SNARKs benötigen einen gemeinsamen Satz öffentlicher Parameter, um zu funktionieren. Diese Parameter werden während einer Setup-Phase mithilfe von geheimer Zufälligkeit erzeugt. Wenn diese Zufälligkeit offengelegt würde, könnte jemand möglicherweise gefälschte Beweise erstellen. Neuere SNARK-Designs wie PLONK verwenden ein universelles Setup, das das erforderliche Vertrauen deutlich reduziert.

Sind zk-STARKs sicherer als zk-SNARKs?

zk-STARKs entfernen das vertrauenswürdige Setup vollständig und nutzen kryptografische Verfahren auf Basis von Hash-Funktionen. Diese gelten im Vergleich zur Elliptic-Curve-Kryptografie in den meisten SNARK-Systemen als widerstandsfähiger gegen Bedrohungen durch Quantencomputing. Ob eines „sicherer“ ist, hängt jedoch vom konkreten Bedrohungsmodell und den Implementierungsdetails ab.

Welche Blockchains verwenden zk-SNARKs oder zk-STARKs?

Zcash nutzt zk-SNARKs für private Transaktionen. Starknet nutzt zk-STARKs, um sein Ethereum-Layer-2 zu betreiben. ZKsync Era verwendet ein eigenes Beweissystem (Boojum), das Elemente beider Ansätze kombiniert. Polygon zkEVM nutzt SNARK-basierte Beweise für die ZK-Rollup-Skalierung. ZK-Beweissysteme gehören zu den am aktivsten weiterentwickelten Bereichen in der Blockchain-Infrastruktur.

Können zk-Beweise außerhalb von Krypto genutzt werden?

Ja. ZK-Beweise haben Anwendungen in datenschutzfreundlicher Identitätsprüfung (z. B. ein bestimmtes Alter oder die Staatsbürgerschaft nachweisen, ohne einen Reisepass offenzulegen), in sicheren Wahlsystemen sowie in authentifizierten Datenabfragen. Die am weitesten gereiften und am häufigsten eingesetzten Anwendungsfälle (Stand 2026) bleiben jedoch weiterhin in Blockchain-Netzwerken.

Abschlussgedanken

zk-SNARKs und zk-STARKs sind zwei bedeutende Implementierungen der Zero-Knowledge-Proof-Technologie. Anfangs waren sie vor allem mit privaten Transaktionen in der Kryptowelt verbunden. Inzwischen haben sich ZK-Beweise auf Layer-2-Skalierung, Identitätssysteme und die Verifikation allgemeiner Berechnungen ausgeweitet.

Beide Technologien entwickeln sich weiterhin sehr schnell. Die Beweisgrößen werden kleiner, die Werkzeuge reifen, und neuere Beweissysteme verwischen zunehmend die Grenzen zwischen den Kategorien SNARK und STARK. Wenn Leser die Trade-offs zwischen ihnen verstehen – insbesondere rund um vertrauenswürdige Setups, Beweisgröße und Quantenresistenz – können sie die Entwicklungen in diesem Bereich besser nachvollziehen.

Weiterführende Lektüre

• Was ist ein Zero-Knowledge-Proof und wie wirkt er sich auf die Blockchain aus?

• Was sind ZK-Rollups? Die Layer-2-Skalierungstechnik

• Optimistic vs. Zero-Knowledge Rollups: Was ist der Unterschied?

• Was ist ein zkEVM und wie kann es das Ethereum-Ökosystem verbessern?

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