Performance Evaluation of zk-SNARK Protocols for Privacy-Preserving Sensor Data Verification: A Systematic Benchmarking Study

2026

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/s26082486
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

The proliferation of sensor networks in critical infrastructure, healthcare monitoring, and smart city applications demands robust privacy-preserving mechanisms for data verification. Zero-knowledge succinct non-interactive arguments of knowledge (zk-SNARKs) offer a promising cryptographic primitive that enables data integrity verification without revealing sensitive sensor readings. However, the practical feasibility of deploying zk-SNARKs in resource-constrained sensor network environments remains insufficiently characterized. This paper presents a systematic benchmarking study of the Groth16 zk-SNARK protocol across eight representative circuit types spanning six orders of magnitude in computational complexity, from basic arithmetic operations (1 constraint) to ECDSA signature verification (1,510,185 constraints). Using an automated open-source benchmarking framework built on the Circom-snarkjs toolchain, we conducted 160 statistically controlled measurements (20 iterations per circuit) with cold/warm separation, collecting proof generation time, verification time, proof size, memory consumption, and witness generation overhead. Our results demonstrate that Groth16 proofs maintain a constant size of 804.7±1.7 bytes and near-constant verification time of 0.662±0.032 s regardless of circuit complexity, with coefficients of variation below 5% across all circuit types. Proof generation time exhibits sub-linear scaling (α=0.256, R2=0.608), with statistically significant differences between circuit categories confirmed by one-way ANOVA (F=355.0, p<10-79, η2=0.94). We identify three operational deployment tiers for sensor network architectures and estimate energy budgets for battery-powered devices. These findings provide actionable guidance for the design of privacy-preserving data verification systems in next-generation sensor networks.