STARK 友好型哈希

什么是 STARK 友好型哈希？

STARK 友好型哈希是一种密码学哈希函数，旨在 STARK 证明系统及其他代数型零知识证明环境中高效运行。

在加密货币领域，哈希函数用于将数据压缩为固定长度输出、构建 Merkle 树、创建承诺、生成标识符、检查完整性，并支持许多区块链安全工作流程。

STARK 友好型哈希与普通哈希函数承担相同的通用任务，但其设计可在有限域和多项式约束下高效运行。

这很重要，因为 STARK 证明通过证明者必须证明、验证者必须检查的代数陈述来表示计算。

如果某个哈希函数难以表示为简单的代数约束，证明大量哈希运算就会变得缓慢且昂贵。

SHA-256 和 Keccak 等传统哈希函数非常适合普通软件和区块链共识，但在许多零知识证明电路或 STARK 算术化中成本可能较高。

因此，STARK 友好型哈希优化的重点是证明生成，而不只是 CPU 性能。

官方 StarkWare STARK 技术页面将 STARK 证明描述为：只有实际使用所需辅助输入执行过计算的链下证明者才能生成的证明。

由于计算证明是核心成本，因此必须谨慎选择该计算中使用的哈希函数。

简单来说，STARK 友好型哈希是在基于 STARK 的区块链系统中更易证明、成本更低且证明速度更快的哈希函数。

为什么 STARK 友好型哈希很重要

STARK 友好型哈希很重要，因为零知识系统通常需要对海量数据进行哈希计算。

Rollup 可能需要对交易数据、账户更新、状态承诺、Merkle 路径、消息和证明输入进行哈希。

隐私协议可能需要对票据、无效标记、承诺、秘密数据和 Merkle 树叶节点进行哈希。

区块链执行层可能需要对交易字段、合约调用、存储键和账户数据进行哈希。

如果每次哈希都需要大量代数约束，证明就会更重。

更重的证明可能增加证明者耗时、内存使用、成本和用户延迟。

Poseidon 哈希论文指出，Poseidon 专为零知识证明系统设计；在作者分析的设置中，其每个消息比特所需约束可远少于 Pedersen 哈希。

这类效率提升十分重要，因为在大量使用证明的应用中，哈希通常会重复数千次乃至数百万次。

对加密货币用户而言，更好的哈希选择可能间接意味着更低的交易成本、更快的证明生成、更低的基础设施成本和更具扩展性的应用。

对开发者而言，STARK 友好型哈希是 ZK 应用架构中最重要的设计选择之一。

STARK 是什么？

STARK 是 Scalable Transparent Argument of Knowledge 的缩写。

STARK 证明允许证明者证明计算已被正确执行，而验证者无需重新运行完整计算。

“Scalable（可扩展）”指高效证明大规模计算的目标。

“Transparent（透明）”指该证明系统不像某些其他证明系统那样依赖可信设置仪式。

“Argument（论证）”指该系统在既定假设下提供强有力的密码学保证。

“of Knowledge（知识）”表示证明者展示其知晓满足该陈述的数据或计算。

在区块链系统中，STARK 常用于有效性 Rollup、可验证计算、隐私系统和可扩展执行。

官方 Starknet 网站将 Starknet 描述为使用 STARK 技术以密码学方式验证链下交易的有效性 Rollup。

哈希函数在这些系统中持续出现，因为承诺和 Merkle 树是核心构件。

因此，STARK 友好型哈希并非无关紧要的技术细节，而是可扩展证明工程的核心部分。

STARK 友好型哈希如何运作

STARK 友好型哈希通常在有限域上运行，而非仅将数据视为字节和位运算。

有限域是一个数学集合，其中加、减、乘、除可按照模运算规则进行。

STARK 证明系统天然围绕有限域和多项式约束构建。

使用域加法、乘法、简单幂运算和线性层的哈希函数，可能比围绕位旋转、布尔逻辑和字节级操作构建的哈希函数更易证明。

许多 STARK 友好型哈希采用基于置换的设计。

基于置换的哈希会通过多轮非线性和线性操作反复转换状态。

非线性层可防御代数攻击和差分攻击。

线性层将变化扩散至内部状态。

最终输出取自转换后状态的一部分。

设计目标是在保持哈希函数密码学强度的同时，使每一轮都能以较低成本在证明系统中表示。

STARK 友好型哈希与普通哈希的区别

普通哈希函数通常针对软件速度、硬件速度、安全分析和广泛兼容性进行优化。

STARK 友好型哈希则针对代数证明系统内的高效证明生成进行优化。

SHA-256 是强大且广泛使用的哈希函数，但其位运算在许多算术电路中表示成本较高。

Keccak 在区块链系统中被广泛使用，但其位级置换在偏好域算术的证明系统中也可能成本较高。

STARK 友好型哈希避免使用许多此类高成本位运算。

它采用与证明系统原生域相匹配的操作。

这并不意味着普通哈希不好。

这意味着它们是为不同环境设计的。

对于普通区块链签名、交易标识符或与现有协议兼容的场景，可能仍需使用传统哈希。

对于内部 ZK 电路、Merkle 树和证明原生承诺，STARK 友好型哈希可能高效得多。

STARK 友好型哈希与 ZK 友好型哈希的区别

STARK 友好型哈希属于 ZK 友好型哈希的一种。

ZK 友好型哈希是一个更广泛的类别，指为零知识证明系统设计的哈希函数。

STARK 友好型哈希侧重于在 STARK 风格算术化中的效率，例如 AIR 或相关多项式约束系统。

某些哈希函数专为 SNARK 电路、STARK 电路、PLONK 风格系统、R1CS 或同时适用于多个证明系统而设计。

最佳哈希选择取决于证明系统、有限域、电路语言、安全级别、证明成本和实现环境。

在一个证明系统中高效的哈希，在另一个系统中未必是最佳选择。

例如，针对素数域 SNARK 优化的哈希，未必适合二元域 STARK。

因此，开发者不应将“ZK 友好型”视为通用标签。

更准确的问题是：该哈希对所使用的特定证明系统是否高效且安全。

STARK 友好型哈希以 STARK 特定的方式实现 ZK 友好性。

为什么 SHA-256 和 Keccak 在 STARK 中可能成本较高

SHA-256 和 Keccak 的主要设计目标并非代数证明系统。

SHA-256 使用大量位运算，包括旋转、移位、XOR 和布尔函数。

Keccak 也在其海绵置换中使用位级操作。

这些操作在普通计算机上很高效，因为处理器天然处理比特和字节。

但 STARK 证明者通常处理域元素和多项式约束。

在域约束中表示每项位操作可能需要许多额外步骤。

这些额外步骤会增加证明者工作量和证明系统复杂度。

因此，STARK 友好型哈希会尽量使用直接适配证明系统的代数操作。

在某些情况下，为兼容现有链、跨链桥或地址格式，仍需使用传统哈希。

而在许多内部证明工作流程中，STARK 友好型哈希可能是更好的工程选择。

Poseidon 哈希

Poseidon 是讨论最广泛的 ZK 友好型哈希函数之一。

它旨在有限域上高效运行，并减少证明系统所需的约束数量。

Poseidon 的 USENIX Security 演示页面将其描述为可原生处理有限域对象、专为零知识证明系统设计的哈希函数。

Poseidon 使用基于代数置换的类海绵结构。

它在多轮中应用非线性 S-box 操作和线性混合层。

其主要优势是，在许多 ZK 环境中，其证明成本可远低于传统的面向字节哈希。

Poseidon 常用于 Merkle 树、承诺、无效标记和大量使用证明的应用中的内部哈希。

在 Starknet 和 Cairo 语境中，Poseidon 很重要，因为基于证明效率，许多 Cairo 程序推荐使用它。

官方 Cairo 书籍中关于使用哈希的章节指出，在 STARK 证明系统中，Poseidon 比 Pedersen 更便宜、更快，现已成为 Cairo 程序推荐的哈希函数。

这使 Poseidon 成为实际区块链开发中 STARK 友好型哈希的核心示例。

Pedersen 哈希

Pedersen 哈希是 STARK 和 Starknet 历史上的另一重要哈希函数。

Pedersen 哈希基于椭圆曲线操作，并已用于许多密码学系统。

官方 Starknet 密码学文档将 Pedersen 哈希列为 Starknet 规范中使用的哈希函数之一。

Starknet 历史上曾在重要位置使用 Pedersen 哈希，包括旧版存储映射行为和较早的系统组件。

官方 Cairo 书籍说明，Pedersen 是 Starknet 最早使用的哈希函数，目前仍用于一些与旧版存储相关的场景。

Pedersen 可以安全且实用，但对许多 STARK 证明工作负载而言，可能不如 Poseidon 高效。

因此，当兼容性不要求使用 Pedersen 时，较新的 Cairo 开发通常更倾向于 Poseidon。

Pedersen 仍然重要，因为旧合约、地址和存储方案可能依赖它。

开发者需要了解各个场景预期使用哪种哈希。

使用错误的哈希函数可能导致地址错误、存储查询失效、签名无效或证明失败。

Rescue 哈希

Rescue 是另一种专为代数证明系统高效使用而构建的哈希设计。

与 Poseidon 类似，Rescue 围绕有限域操作而非位级逻辑设计。

Rescue 风格哈希使用具有精心选择的非线性层和线性混合的代数置换。

其目标是在保持强密码学安全性的同时，降低证明约束数量。

Rescue 常与 Poseidon、Griffin、Anemoi 及其他现代 ZK 友好型设计一同被归入面向算术化的哈希类别。

视实现、参数和安全假设而定，它可能适合某些证明系统。

但 STARK 友好并不自动意味着某种哈希应在所有场景使用。

开发者应检查该哈希是否拥有成熟实现、经审计的参数、生态支持和明确的域分离实践。

Poseidon 在许多 ZK 生态中尤其常见，但 Rescue 作为更广泛设计空间的一部分仍然重要。

多种 STARK 友好型哈希的存在表明，这一领域仍在积极演进。

Starknet 哈希函数

Starknet 针对不同的协议和应用需求使用多种哈希函数。

官方 Starknet 密码学文档将 Starknet Keccak、Pedersen 哈希和 Poseidon 哈希描述为贯穿 Starknet 规范使用的哈希函数。

Starknet Keccak 是 Keccak 的 Starknet 特定版本，可将输出映射至 STARK 域。

Pedersen 曾用于旧版场景，且仍是部分 Starknet 行为的一部分。

Poseidon 用于较新的交易哈希计算，并在许多 Cairo 编程场景中被推荐。

官方 Starknet 交易字段和哈希计算参考显示，v3 交易哈希使用 Poseidon 对交易元素进行计算。

这很重要，因为哈希选择不仅是理论问题。

它会直接影响交易标识符、存储键、签名、合约行为和证明性能。

在 Starknet 上开发的开发者必须遵循特定协议组件要求的哈希函数。

用户无需了解每个细节，但应理解不同哈希可在同一生态中承担不同角色。

有限域

有限域是许多 STARK 友好型哈希的数学基础。

有限域包含有限数量的元素，并支持结果保持在该域内的算术运算。

STARK 证明系统使用有限域，因为多项式恒等式、求值域和代数约束可在其中自然表达。

当 STARK 友好型哈希的内部操作为域加法、乘法、幂运算和矩阵式混合时，它就能良好运行。

与位运算相比，这些操作可以在证明系统中更直接地表示。

这正是域原生哈希通常更适合 ZK 证明的原因之一。

但有限域设计也带来参数问题。

哈希必须在所选域上保持安全。

S-box 指数、轮常数、状态宽度和轮数都必须谨慎选择。

STARK 友好型哈希并非只是“用数学进行哈希”，而是为特定代数环境调优的密码学设计。

算术化

算术化是将计算转化为证明系统可证明的代数约束的过程。

在 STARK 中，计算可表示为执行轨迹，并通过多项式约束进行检查。

当哈希函数可以用相对较少的简单约束表示时，它就具有算术化友好性。

这正是 STARK 友好型哈希存在的主要原因。

如果一个哈希函数每轮或每个输入比特需要大量约束，每条 Merkle 路径和每个承诺都会变得昂贵。

如果哈希函数使用域原生操作，其算术化规模可能小得多。

更小的算术化可减少证明者耗时、内存使用和证明生成成本。

它也有助于应用使用更深的 Merkle 树或更大的批次。

对开发者而言，理解算术化有助于解释为何最适合普通软件的哈希未必最适合证明内部。

最佳 STARK 友好型哈希是在保持密码学安全性的前提下，适配证明系统代数结构的哈希。

Merkle 树与 STARK 友好型哈希

Merkle 树是 STARK 友好型哈希最常见的应用场景之一。

Merkle 树将数据哈希为叶节点，再反复对成对或成组节点进行哈希，直至生成一个根。

Merkle 根用于状态承诺、包含证明、Rollup 批次、隐私票据、空投列表及许多其他加密货币工作流程。

若证明系统必须验证 Merkle 路径，可能需要证明大量哈希操作。

一棵较深的 Merkle 树可能要求一次证明进行数十次哈希计算。

Rollup 或隐私系统可能在一个批次中验证许多 Merkle 路径。

这使哈希函数成为主要成本驱动因素。

使用 STARK 友好型哈希可显著降低 STARK 内 Merkle 证明验证的成本。

这可以支持更大的状态树、更快的证明和更低的应用成本。

对 ZK 系统而言，Merkle 树的实用性往往取决于其内部哈希函数。

承诺和无效标记

以隐私为重点的加密货币系统常使用承诺和无效标记。

承诺可以隐藏秘密值，同时仍将用户约束于该值。

当私密票据被使用时，无效标记通过公开唯一标签来防止双重支付。

承诺和无效标记通常都依赖哈希函数。

若这些哈希在 STARK 内被证明，STARK 友好型哈希可降低证明成本。

例如，用户可证明自己知晓某个承诺位于 Merkle 树内的秘密票据，而无需披露票据本身。

该证明可能需要对票据进行哈希、计算无效标记并验证 Merkle 路径。

上述每个步骤都可能涉及哈希操作。

证明原生哈希可使私密交易更高效。

因此，STARK 友好型哈希不仅对扩展性重要，对实用隐私应用也同样重要。

域分离

域分离是指使用不同标签、前缀、常数或输入结构，以便同一哈希函数能够安全用于不同场景。

这很重要，因为用于 Merkle 树节点的哈希不应在含义上意外与用于交易、无效标记、签名消息或存储键的哈希发生冲突。

域分离有助于避免跨协议混淆。

对于 STARK 友好型哈希，域分离可通过前缀、常数、海绵容量、类型化编码或协议特定规则实现。

开发者不应在不了解预期编码的情况下简单拼接域元素。

即使哈希函数本身很强，模糊的编码也可能在应用层造成冲突。

例如，将两个值作为一对进行哈希，不应与对一个更长列表进行哈希混淆。

良好的域分离可使证明系统更安全且更易审计。

哈希函数提供密码学强度，但协议必须正确使用它。

许多 ZK 漏洞源于不良数据编码，而非哈希原语失效。

安全要求

STARK 友好型哈希仍需具备正常的密码学安全属性。

它应抵抗原像攻击，即攻击者尝试找到与已知输出匹配的输入。

它应抵抗第二原像攻击，即攻击者尝试找到与已知输入具有相同输出的另一输入。

它应抵抗碰撞攻击，即攻击者尝试找到任意两个输出相同的不同输入。

它还应抵抗对基于域的哈希设计可能更为相关的代数攻击。

仅有高效率并不足够。

一个证明成本低但无法抵抗密码分析的哈希很危险。

安全性取决于轮数、S-box 选择、域大小、参数生成、实现正确性和域分离。

开发者应使用经过充分审查的参数，并避免在没有专家审查的情况下自行设计自定义哈希设置。

在密码学中，参数的微小改动可能造成严重安全问题。

参数选择

参数选择是 STARK 友好型哈希设计中最困难的部分之一。

参数可能包括状态宽度、速率、容量、轮数、S-box 指数、MDS 矩阵、轮常数和域选择。

这些选择会影响安全性和性能。

更多轮数可能提升安全性，但会增加证明成本。

更少轮数可能提高速度，但会削弱安全裕度。

更宽的状态可能每次置换吸收更多数据，但每轮需要更多操作。

不同的域可能改变哪些指数高效或安全。

在可能的情况下，轮常数应以透明且可复现的方式生成。

实现必须与官方或经审计的参数集完全一致。

投入生产环境的 STARK 友好型哈希，其可靠性取决于所用参数和实现。

STARK 友好型哈希与 Cairo

Cairo 是用于基于 STARK 的计算和 Starknet 智能合约的编程语言。

Cairo 中的哈希函数很重要，因为它们影响合约存储、交易数据、签名和证明效率。

官方 Cairo 书籍说明，Poseidon 现被推荐用于 Cairo 程序，因为在处理 STARK 证明时它比 Pedersen 更便宜、更快。

这一建议反映了 STARK 友好型哈希背后的实际目标。

开发者选择 Poseidon 并非只是因为它流行。

他们选择它是因为它更适配证明系统的算术结构。

但 Cairo 开发者在特定协议场景中仍可能需要 Pedersen 或 Keccak。

例如，与旧版存储或外部 Ethereum 风格数据兼容可能要求特定哈希。

优秀的 Cairo 开发者应了解每种哈希适用于何种目的。

即使使用最高效的哈希，若用在错误的位置，应用仍可能失效。

STARK 友好型哈希与交易哈希

交易哈希用于标识交易，并对重要交易字段作出承诺。

在 Starknet 中，较新的交易哈希格式可对域元素使用 Poseidon。

官方 Starknet 交易参考显示，v3 交易哈希使用 Poseidon 处理版本、发送方地址、Gas 上限、链 ID、nonce、calldata 哈希和相关数据等交易字段。

这是 STARK 友好型哈希用于核心协议工作流程的示例。

交易哈希必须是确定性的。

每个节点和钱包必须从相同字段计算出相同哈希。

如果钱包签署一个哈希而网络验证另一个哈希，交易将失败。

这意味着哈希规范必须精确。

开发者应遵循官方交易哈希公式，而不是自行构建快捷方案。

协议层哈希不是可以猜测处理的领域。

STARK 友好型哈希与存储键

存储键是哈希函数发挥作用的另一领域。

智能合约存储通常使用哈希键，将变量、地址和索引映射至存储位置。

在 Starknet 历史中，Pedersen 曾用于某些存储映射行为。

Cairo 书籍指出，LegacyMap 使用 Pedersen 对 Starknet 上存储映射的键进行哈希。

在获得支持和推荐时，较新的应用代码可能更倾向于 Poseidon。

这为开发者带来了兼容性问题。

旧存储布局必须继续使用预期哈希，才能读取正确数据。

更改存储哈希函数可能改变值的存储位置。

如处理不当，旧余额、授权或配置值可能变得无法访问。

存储哈希必须被视为应用永久数据布局的一部分。

STARK 友好型哈希与 Rollup

Rollup 使用哈希对批次、交易、状态更新、消息和证明作出承诺。

基于 STARK 的有效性 Rollup 可受益于 STARK 友好型哈希，因为大量使用哈希的计算证明成本更低。

官方 StarkWare Starknet 页面将 Starknet 描述为在链下生成 STARK 证明并将这些证明发送至链上的 Layer 2。

在这类系统中，链下证明工作是运营成本的重要组成部分。

若内部哈希效率低下，证明者必须为每个批次做更多工作。

若内部哈希高效，系统就能以更低的证明开销处理更多数据。

即使用户从未直接看到哈希函数，这也可能提升用户可获得的扩展性。

Rollup 用户通常关注手续费和速度。

在底层，这些面向用户的结果部分取决于证明系统效率。

STARK 友好型哈希是让高吞吐量有效性 Rollup 更具实用性的基础构件之一。

STARK 友好型哈希与账户抽象

账户抽象允许账户使用灵活的验证逻辑，而非仅使用固定签名模型。

哈希函数会出现在账户抽象中，因为账户可能需要对交易数据、签名、会话密钥、策略规则或验证消息进行哈希。

在基于 STARK 的链上，账户验证逻辑必须作为执行的一部分被证明。

若账户代码执行许多高成本哈希操作，可能增加证明成本。

在协议支持时，STARK 友好型哈希可提高账户验证效率。

但账户抽象可能还需要兼容外部签名方案或消息格式。

这意味着开发者有时需要在同一账户系统中同时使用 STARK 友好型哈希和传统哈希。

正确设计取决于钱包标准、签名验证、跨链桥兼容性和用户安全。

高效哈希有帮助，但账户安全必须始终是首要优先事项。

若削弱签名域分离或交易授权，再便宜的哈希也毫无用处。

STARK 友好型哈希与跨链桥

跨链桥通常需要跨不同链验证消息、状态根、存储证明或 Rollup 输出。

当跨链桥一侧使用 STARK 友好型哈希而另一侧使用传统哈希时，哈希兼容性变得重要。

例如，基于 STARK 的系统可能在内部使用 Poseidon，而另一条链的原生证明可能要求 Keccak 或 SHA-256。

跨链桥可能需要证明或验证这两类哈希。

这可能增加成本，因为证明系统可能需要为兼容性纳入高成本传统哈希。

一些系统使用适配器、递归证明或独立承诺层来处理这一问题。

跨链桥开发者必须对哈希假设极为谨慎。

域编码、字节序、填充或域分离不匹配都可能导致验证失败。

STARK 友好型哈希可提升内部效率，但跨链系统仍须与外部协议精确兼容。

因此，哈希函数选择既是跨链桥安全问题，也是性能问题。

STARK 友好型哈希与 Merkle 证明验证

Merkle 证明验证往往是使用 STARK 友好型哈希的主要原因。

Merkle 证明表明某叶节点属于已承诺的树根。

要在 STARK 内验证该证明，证明者必须计算路径上的每次哈希。

若树较深，证明可能需要大量重复哈希。

若每次哈希成本较高，整个证明也会昂贵。

在许多基于域的证明系统中，Poseidon 风格哈希可减轻这一负担。

这有助于使用 Merkle 树进行状态承诺、许可名单、代币快照、隐私票据、跨链桥消息和数据可用性承诺的应用。

使用 STARK 友好型哈希构建的 Merkle 树可在证明内高效运行，但与期望传统哈希根的系统可能兼容性较低。

开发者应决定 Merkle 树主要用于内部证明，还是用于外部兼容。

最佳哈希取决于证明将在何处、以何种方式验证。

STARK 友好型哈希与硬件

STARK 友好并不总是意味着在普通硬件上最快。

SHA-256 等传统哈希可以在 CPU、GPU、ASIC 和优化库上极快运行。

域原生哈希在普通软件中可能较慢，但在证明系统内成本更低。

这一差异对基准测试很重要。

开发者不应只按原始软件速度比较哈希函数。

还应比较证明者耗时、证明约束、内存使用、验证成本、审计成熟度和兼容性。

在纯 Rust、C++ 或 JavaScript 中看似较慢的哈希，仍可能更适合 STARK 证明者。

在证明中快速的哈希，未必适合证明外的通用数据完整性用途。

不同环境会偏好不同设计。

STARK 友好首先意味着证明友好，而非在任何环境中都普遍最快。

STARK 友好型哈希与抗量子性

人们常讨论 STARK 主要依赖哈希函数和信息论技术，而非椭圆曲线配对。

这使 STARK 系统与依赖配对友好曲线的某些证明系统具有不同的安全特征。

但用户应谨慎看待关于抗量子性的宽泛说法。

STARK 友好型哈希仍依赖哈希函数安全性和所选安全参数。

量子算法可通过改变某些攻击的有效成本而影响安全级别。

开发者可能需要更大的输出长度或更强的参数，以维持预期安全裕度。

“STARK 友好”并不自动代表可抵御所有未来密码学威胁。

它表示该哈希在 STARK 风格证明系统中高效。

针对经典攻击者和量子攻击者的安全性仍须分别评估。

严谨的密码学工程不会将营销术语变成安全保证。

STARK 友好型哈希的优势

STARK 友好型哈希的首要优势是较低的证明成本。

更少的代数约束可降低证明者工作负载。

第二个优势是加速大量使用哈希的应用的证明生成。

这可改善 Rollup、隐私工具和可验证应用的用户体验。

第三个优势是在 STARK 内更低成本地验证 Merkle 证明。

这对状态树、无效标记树、许可名单和承诺树很重要。

第四个优势是与有限域算术更好地匹配。

相比许多位运算，域原生操作更易算术化。

第五个优势是批量处理的可扩展性。

当许多哈希一同被证明时，效率增益可显著累积。

STARK 友好型哈希的风险与局限

第一个风险是，与较早的传统哈希相比，其成熟度可能较低。

一些 STARK 友好型哈希所经历的长期现实世界分析可能不及 SHA-256 或 Keccak。

第二个风险是参数误用。

改变轮数、常数、域选择或编码可能削弱安全性。

第三个风险是兼容性失败。

期望 Keccak 或 SHA-256 的协议不能在不修改验证规则的情况下直接接受 Poseidon。

第四个风险是实现漏洞。

域算术、序列化、字节序和模约简错误可能破坏正确性。

第五个风险是域分离失效。

在不同场景中使用相同哈希输入而没有标签，可能造成危险的歧义。

第六个风险是过度泛化。

在一个证明系统中高效的哈希，在另一个系统中未必理想。

开发者应将 STARK 友好型哈希视为专用密码学工具，而非所有哈希函数的即插即用替代品。

关于 STARK 友好型哈希的常见误解

一个常见误解是，STARK 友好型哈希自动比 SHA-256 或 Keccak 更安全。

STARK 友好意味着对 STARK 证明系统高效，并不意味着普遍更强。

另一个误解是传统哈希已经过时。

传统哈希对许多区块链协议、签名、地址和兼容层仍不可或缺。

第三个误解是 Poseidon、Pedersen 和 Rescue 可互换。

它们拥有不同的设计、参数、性能特征和生态角色。

第四个误解是仅凭哈希函数就能让系统具备隐私性。

隐私性需要完整协议设计，包括承诺、无效标记、证明、钱包和数据处理。

第五个误解是开发者可为了速度随意修改哈希参数。

密码学参数只能在专家分析和严格审查后进行修改。

如何评估 STARK 友好型哈希

首先检查该哈希是否针对所使用的确切证明系统设计。

审查该哈希是否与 STARK 系统使用相同有限域。

检查该哈希是否已有公开的密码学分析。

检查参数是否标准化、有文档记录并经过广泛审查。

在实际工作负载下审查证明者成本、内存使用和证明约束。

检查编程环境中是否有可靠的库。

审查该哈希是否已获目标链、钱包、合约语言或证明者栈支持。

检查是否需要与现有 Keccak、SHA-256 或 Pedersen 数据兼容。

仔细审查域分离和输入编码规则。

不要仅因某哈希在一项孤立测试中基准值更低就选择它。

开发者最佳实践

计算交易哈希、存储键、签名或地址时，应使用官方协议哈希函数。

当兼容性允许时，对内部证明原生承诺使用推荐的 STARK 友好型哈希。

遵循 Cairo、Starknet 或目标 STARK 框架的官方文档。

除非具备密码学专业知识并获得独立审查，否则不要设计自定义哈希参数。

针对不同哈希场景使用明确的域分离。

对域元素、字节数组、列表和配对使用无歧义的序列化方式。

使用已知测试向量测试哈希输出。

审计在字节与域元素之间转换的代码。

应在真实工作负载中对证明者成本进行基准测试，而非只测量软件哈希速度。

记录每种哈希函数的使用原因及其所依赖的兼容性假设。

用户最佳实践

应理解 STARK 友好型哈希主要是钱包、Rollup、合约和证明系统使用的基础设施工具。

不要仅因项目使用 Poseidon、Pedersen、Rescue 或其他 ZK 友好型哈希就认为该项目安全。

检查应用是否经过审计、是否有官方文档和明确的安全假设。

使用跨链桥时应谨慎，因为跨链哈希兼容性可能很复杂。

使用遵循目标网络官方哈希规则的可信钱包软件。

除非了解协议规范，否则不要手动重建交易哈希。

请记住，哈希效率无法消除智能合约风险、密钥风险、预言机风险或跨链桥风险。

应理解，隐私应用要保护用户数据所需的不仅是哈希函数。

关注可能改变推荐哈希函数或交易格式的协议升级。

只有在搭配强健实现和审查时，才应将哈希函数选择视为工程质量的标志。

FAQ

STARK 友好型哈希是什么意思？

STARK 友好型哈希是一种通过采用易于表示为代数约束的操作，而在 STARK 证明系统中高效运行的哈希函数。

为什么加密货币中会使用 STARK 友好型哈希？

因为 Rollup、隐私系统、Merkle 树和承诺通常需要大量哈希，而高效哈希可降低证明成本。

Poseidon 是 STARK 友好型哈希吗？

是。Poseidon 是一种广泛使用的 ZK 友好型哈希，在许多有限域证明系统中高效，并被推荐用于许多 Cairo 程序。

Pedersen 是 STARK 友好型哈希吗？

Pedersen 已用于 Starknet 和其他密码学系统，但由于在相关场景中可能更便宜、更快，较新的 STARK 证明工作负载通常更倾向于 Poseidon。

SHA-256 对 STARK 友好吗？

SHA-256 安全且被广泛使用，但通常不被视为 STARK 友好型哈希，因为其位运算在许多代数证明系统中证明成本较高。

Keccak 对 STARK 友好吗？

Keccak 在区块链系统中被广泛使用，但与为代数算术化设计的哈希相比，其位级设计在基于域的证明系统中成本可能较高。

STARK 友好是否意味着更安全？

不是。STARK 友好意味着对 STARK 证明高效；安全性取决于密码学设计、参数、实现和审查。

STARK 友好型哈希用于哪些地方？

它们用于 Merkle 树、承诺、无效标记、交易哈希、存储键、Rollup 状态更新、隐私系统和证明原生应用逻辑。

开发者可以将所有哈希替换为 Poseidon 吗？

不可以。开发者必须使用各协议场景要求的哈希，因为地址、存储布局、签名和跨链桥证明可能依赖特定哈希函数。

使用 STARK 友好型哈希的主要风险是什么？

主要风险包括参数误用、实现漏洞、域分离薄弱，以及在兼容性要求使用其他哈希的场景中错误使用该哈希。

结论

STARK 友好型哈希是针对基于 STARK 的零知识系统内高效证明而优化的哈希函数。

其设计可与有限域、代数约束和证明原生计算良好协作。

这使其不同于 SHA-256 和 Keccak 等传统哈希；后者是出色的通用哈希，但在许多 ZK 环境中证明成本可能较高。

STARK 友好型哈希很重要，因为 Rollup、隐私协议、Merkle 树、承诺、无效标记、存储键和交易哈希都可能需要极大量的哈希计算。

Poseidon 是最知名的例子之一，官方 Cairo 文档推荐将其用于许多 Cairo 程序，因为在 STARK 证明场景中它比 Pedersen 更便宜、更快。

Pedersen 在旧版 Starknet 场景及其他密码学系统中仍然重要。

Rescue 和其他面向算术化的哈希表明，该领域仍在持续演进。

STARK 友好型哈希的主要优势，是降低大量使用哈希的工作负载的证明成本。

主要风险是误以为证明效率自动代表通用安全性或通用兼容性。

开发者必须遵循官方规范、使用经过审查的参数、实施域分离、谨慎测试序列化，并针对每个协议场景选择正确的哈希。

用户无需直接管理这些哈希，但当 Rollup、钱包和隐私应用正确使用它们时，用户会从中受益。

在加密货币术语表语境中，STARK-Friendly Hash 指为 STARK 系统设计的证明高效型哈希函数，其中必须平衡代数性能、密码学安全性和协议兼容性。

核心要点是，STARK 友好型哈希有助于让零知识区块链系统更快、成本更低，但必须以严谨的密码学规范和精确的协议规则加以实现。