ZK Bridges: ¿Cómo la prueba de conocimiento cero empodera el mundo de cadenas cruzadas?

En el campo de rápido desarrollo de la tecnología blockchain, se han propuesto e implementado muchos protocolos, pero cada protocolo adopta un método de consenso diferente, desde la prueba de trabajo computacional (Prueba de trabajo) hasta la Prueba de participación basada en incentivos. etc. Desde los primeros días de blockchain, la liquidez y los activos se han ido dispersando gradualmente entre diferentes cadenas debido a las diferencias en los protocolos en varios aspectos, como el consenso, la seguridad y el lenguaje de programación. El puente entre cadenas se ha convertido en una solución a este problema, que puede reducir la fragmentación e integrar la liquidez entre varias cadenas de bloques. Uno de esos protocolos de puente entre cadenas es Wormhole, que facilita la circulación de criptomonedas y tokens no fungibles (NFT) entre diferentes cadenas de bloques de contratos inteligentes como Solana y Ethereum.

Riesgos actuales de los puentes entre cadenas

Los puentes de cadena cruzada pueden ser bastante complicados. Garantizar la seguridad de sus puentes entre cadenas es un desafío importante, ya que es necesario proteger los activos almacenados en contratos inteligentes o custodios centrales. Dado que los fondos del puente se almacenan de forma centralizada, históricamente han sido un objetivo para los piratas informáticos. El diseño en constante evolución de los puentes también abre oportunidades para que los atacantes encuentren nuevas vulnerabilidades y exploits. En 2022, Wormhole fue pirateado después de que se cargara una corrección de seguridad en Github, lo que provocó una pérdida de $ 325 millones, y el pirata informático se llevó los fondos después de tener éxito. Chainalysis informa que los ataques de puentes entre cadenas representarán el 69% del total de fondos robados en 2022.

Crédito de la imagen Chainalysis

Crédito de la imagen DEFIYIELD

Otro desafío es el bajo rendimiento y la dependencia de las entidades centrales. Los puentes de cadena cruzada actuales enfrentan problemas de escalabilidad. Para actualizar y ajustar el estado de las dos cadenas, el puente entre cadenas requiere mucha potencia informática y capacidad de almacenamiento, lo que genera una sobrecarga significativa. Para aliviar esta carga, algunos puentes entre cadenas han recurrido a un enfoque de estilo comité, donde solo un conjunto limitado de validadores (o incluso solo titulares de múltiples firmas) aprueban las transferencias estatales. Sin embargo, este enfoque los expone a vulnerabilidades y posibles ataques.

Son estos problemas los que han llevado a los desarrolladores a buscar soluciones alternativas, especialmente aquellas que utilizan criptografía de conocimiento cero. Entre estos métodos, el uso de la tecnología zk-SNARKs elimina la necesidad de modelos de comité al tiempo que garantiza la escalabilidad de la red.

Puente de cadena cruzada basado en tecnología zk-SNARKs

Actualmente, varios proyectos están desarrollando soluciones puente basadas en tecnología ZK en diferentes ecosistemas y etapas de desarrollo, tales como:

• Laboratorios sucintos
• zkIBC de Electron Labs
• zkBridge de Polyhedra Network

Estas iniciativas aprovechan la tecnología zk-SNARKS para revolucionar el diseño de puentes de cadena cruzada. Sin embargo, para implementar todos estos métodos con éxito, un requisito clave es un protocolo de cliente ligero, una pieza de software que se conecta a nodos completos y facilita la interacción con la cadena de bloques. Este protocolo garantiza que los nodos puedan sincronizar eficientemente los encabezados de bloque del estado de cadena de bloques confirmado.

Surgen dos desafíos principales al aplicar la tecnología zk-SNARK a los puentes de cadena cruzada. En primer lugar, en comparación con los paquetes acumulativos, los puentes de cadena cruzada requieren un tamaño de circuito mayor. En segundo lugar, se debe abordar el problema de minimizar el almacenamiento en cadena y la sobrecarga informática.

Laboratorios sucintos

Succinct Labs está desarrollando un cliente ligero para el consenso PoS (Prueba de participación) de Ethereum 2.0, construyendo un puente de cadena cruzada de confianza minimizada entre Gnosis y Ethereum. Este puente entre cadenas utiliza la eficiencia de zk-SNARKS para verificar la prueba de validez de consenso de manera concisa en la cadena.

La configuración involucra un comité sincrónico de 512 validadores seleccionados al azar cada 27 horas. Estos validadores son responsables de firmar cada encabezado de bloque dentro de su período de tiempo asignado. El estado de Ethereum se considera válido si más de ⅔ de validadores firman cada encabezado de bloque. El proceso de verificación incluye principalmente verificar lo siguiente:

1. Prueba de Merkle del encabezado del bloque
2. Pruebas Merkle de validadores en el comité de sincronización
3. Firmas de BLS para garantizar la rotación adecuada del comité de sincronización

Este proceso incurre en costos computacionales significativos porque el concepto básico es que los clientes ligeros utilizan zk-SNARK (Groth16) para crear una prueba de tamaño constante (prueba de validez) que se puede verificar de manera eficiente en la cadena Gnosis. Las pruebas se generan mediante computación fuera de la cadena, lo que implica construir circuitos para verificar validadores y sus firmas, y luego generar pruebas zk-SNARK. Luego, las pruebas y los encabezados de bloque se envían a contratos inteligentes en la Cadena Gnosis para su verificación.

La adopción de zk-SNARK ayuda a reducir la sobrecarga de almacenamiento y la complejidad del circuito, lo que reduce las suposiciones de confianza. No obstante, este enfoque está optimizado específicamente para el protocolo de consenso Ethereum 2.0 y EVM y puede requerir una mayor adaptación a otras redes de blockchain.

Justo en julio pasado, Succinct Labs hizo un importante anuncio, confirmando que su cliente ligero Ethereum ZK se había integrado oficialmente en la red principal para mejorar la seguridad de Gnosis Omnibridge. La integración pondrá a Succinct Labs a cargo de asegurar Gnosis Omnibridge, que actualmente tiene un valor total bloqueado (TVL) de más de $ 40 millones y ha facilitado más de $ 1.5 mil millones en flujos de activos de monedas estables hasta la fecha.

zkIBC de Electron Labs

Electron Labs está construyendo un puente entre cadenas que se originó en el ecosistema SDK de Cosmos, un marco para cadenas de bloques específicas de aplicaciones. Su puente entre cadenas utilizará la tecnología IBC (Comunicación entre cadenas) para permitir una comunicación fluida entre todas las cadenas de bloques independientes definidas dentro del marco.

Sin embargo, la implementación de clientes ligeros de Cosmos SDK en Ethereum está plagada de dificultades. El cliente ligero de Tendermint utilizado por Cosmos SDK se ejecuta en una curva de Edwards retorcida (Ed25519), que no es compatible de forma nativa con la cadena de bloques de Ethereum. Por lo tanto, es costoso e ineficiente verificar las firmas Ed25519 en la curva BN254 de Ethereum. Para superar este obstáculo, Electron Labs está desarrollando una solución basada en la tecnología zk-SNARKs. Este sistema generaría una prueba de validez de firma fuera de la cadena y solo verificaría la prueba en la cadena Ethereum, resolviendo este problema de manera efectiva.

Al adoptar este enfoque, las firmas Ed25519 en Cosmos SDK se pueden verificar de manera eficiente y rentable en la cadena de bloques de Ethereum, al tiempo que se evita la introducción de suposiciones de confianza adicionales. Sin embargo, un problema potencial que podría enfrentar con este enfoque es la latencia. La tasa de generación de bloques en Cosmos SDK es de 7 segundos y, para mantener esta tasa, el tiempo de prueba debe reducirse significativamente. Electron Labs tiene la intención de resolver este problema utilizando múltiples computadoras para generar pruebas simultáneamente y luego combinándolas en una sola prueba zk-SNARK.

zkBridge de Polyhedra Network

En comparación con las otras dos construcciones de puentes de cadenas cruzadas basadas en prueba de conocimiento cero líderes en la industria, zkBridge se destaca por su marco flexible y diverso, que facilita el desarrollo de múltiples aplicaciones en su plataforma. Utiliza efectivamente zk-SNARK para establecer un proceso de comunicación eficiente, lo que permite que el probador convenza a la cadena de recepción de que se produjo una determinada transición de estado en la cadena de envío. El marco zkBridge consta de dos componentes clave:

1. Red de retransmisión de encabezado de bloque: este componente obtiene el encabezado de bloque de la cadena de envío, genera una prueba para verificar el encabezado de bloque y luego transmite tanto el encabezado de bloque como la prueba al contrato de actualización en la cadena de recepción.
2. Actualizar contrato: esta parte mantiene un estado de cliente ligero e incluye automáticamente el encabezado de bloque de la cadena de envío después de que se verifique la prueba de asociación. Además, también mantiene la actualización del estado actual de la cadena principal de la cadena de envío.

Fuente de la imagen Red de poliedros

La principal diferencia entre zkBridge y otros enfoques líderes en la industria es que zkBridge solo requiere la presencia de un nodo honesto en la red de retransmisión y asume la confiabilidad de zk-SNARK.

Un avance clave en esta construcción radica en el uso paralelo de zk-SNARK: el probador de Virgo (deVirgo), que introduce un novedoso sistema de pruebas distribuidas para acelerar el proceso de generación de pruebas y utiliza pruebas recursivas para reducir la verificación de pruebas en cadena. costo de. deVirgo se basa en el protocolo GKR y un esquema de compromiso polinomial para generar pruebas para circuitos que verifican múltiples firmas. Posteriormente, las pruebas de deVirgo son comprimidas por un probador Groth16 y verificadas por un contrato de actualización en la cadena de bloques de destino. La combinación de estos sistemas de prueba permite que zkBridge permita una comunicación eficiente entre cadenas sin depender de suposiciones de confianza externas.

La versión mainnet Alpha de zkBridge se lanzó en abril de 2023 y ahora facilita la interoperabilidad entre cadenas entre varias redes de cadenas de bloques L1 y L2, como BNB Chain, Ethereum y Arbitrum. En el evento ETHCC Paris zkDAY en 2023, el CTO de Polyhedra Network, Tiancheng Xie, destacó que desde el lanzamiento de su red principal, el protocolo ha atraído a más de 50 000 usuarios activos diarios y 800 000 usuarios activos mensuales.

Con su arquitectura modular, zkBridge abre amplias posibilidades para desarrolladores y usuarios. Estas posibilidades incluyen puentes e intercambio de tokens, paso de mensajes y lógica computacional que se adapta a los cambios de estado entre diferentes redes de blockchain.

Resumir

La incorporación de la tecnología zk-SNARK en el diseño del puente de cadena cruzada puede resolver de manera efectiva los problemas relacionados con la descentralización y la seguridad. Sin embargo, esto también crea un cuello de botella computacional debido a la gran escala del circuito involucrado. A medida que el enfoque en la interoperabilidad continúa aumentando, se cree que más desarrolladores trabajarán arduamente para desarrollar una tecnología de puente de cadena cruzada segura y escalable. Se espera que estos avances tengan un impacto positivo en el avance general y la aplicación de la tecnología ZK. Como tal, podemos esperar avances significativos en la investigación, la implementación innovadora y una adopción más amplia de aplicaciones entre cadenas en un futuro próximo.