З. К. Бриджес: Как доказательство с нулевым разглашением расширяет возможности кроссчейн-мира?

В быстро развивающейся области технологии блокчейн было предложено и реализовано множество протоколов, но каждый протокол использует свой метод консенсуса — от вычислительного доказательства работы (Proof-of-Work) до основанного на поощрении Proof-of-Stake. и т. д. С первых дней существования блокчейна ликвидность и активы постепенно распределялись между разными цепочками из-за различий в протоколах в различных аспектах, таких как консенсус, безопасность и язык программирования. Межсетевой мост стал решением этой проблемы, который может уменьшить фрагментацию и интегрировать ликвидность между различными блокчейнами. Одним из таких межсетевых протоколов моста является Wormhole, который облегчает циркуляцию криптовалют и невзаимозаменяемых токенов (NFT) между различными блокчейнами смарт-контрактов, такими как Solana и Ethereum.

Текущие риски перекрестных мостов

Перекрестные мосты могут быть довольно сложными. Обеспечение безопасности межсетевых мостов является важной задачей, поскольку активы, хранящиеся в смарт-контрактах или центральных хранителях, должны быть защищены. Поскольку промежуточные средства хранятся централизованно, они исторически были целью для хакеров. Постоянно развивающийся дизайн мостов также открывает злоумышленникам возможности для поиска новых уязвимостей и эксплойтов. В 2022 году Wormhole был взломан после того, как на Github было загружено исправление безопасности, что привело к убыткам в размере 325 миллионов долларов, и после успеха хакер забрал средства. Chainalysis сообщает, что в 2022 году на межсетевые мостовые атаки будет приходиться 69% от общего объема украденных средств.

Кредит изображения

Изображение предоставлено DEFIYIELD

Еще одной проблемой является низкая производительность и зависимость от центральных объектов. Текущие мосты между сетями сталкиваются с проблемами масштабируемости. Чтобы обновить и настроить состояние двух цепочек, мосту между цепями требуется много вычислительной мощности и емкости хранилища, что приводит к значительным накладным расходам. Чтобы облегчить это бремя, некоторые мосты между цепями обратились к подходу в стиле комитета, при котором только ограниченный набор валидаторов (или даже только держатели мультиподписи) одобряет передачу состояния. Однако такой подход подвергает их уязвимостям и потенциальным атакам.

Именно эти проблемы побудили разработчиков искать альтернативные решения, особенно те, которые используют криптографию с нулевым разглашением. Среди этих методов использование технологии zk-SNARKs устраняет необходимость в моделях комитетов, обеспечивая при этом масштабируемость сети.

Кроссчейн-мост на основе технологии zk-SNARKs

В настоящее время несколько проектов разрабатывают промежуточные решения на основе технологии ZK для разных экосистем и этапов разработки, например:

• Краткие лаборатории
• zkIBC от Electron Labs
• zkBridge от сети Polyhedra

Эти инициативы используют технологию zk-SNARKS, чтобы произвести революцию в конструкции мостов с перекрестными цепями. Однако для успешной реализации всех этих методов ключевым требованием является легкий клиентский протокол — часть программного обеспечения, которое подключается к полным узлам и облегчает взаимодействие с блокчейном. Этот протокол гарантирует, что узлы могут эффективно синхронизировать заголовки блоков подтвержденного состояния блокчейна.

Две основные проблемы возникают при применении технологии zk-SNARKs к перекрестным мостам. Во-первых, по сравнению с агрегированием, мосты между цепями требуют большего размера цепи. Во-вторых, необходимо решить проблему минимизации накладных расходов на хранение и вычисления в сети.

Краткие лаборатории

Succinct Labs разрабатывает легкий клиент для консенсуса PoS (Proof of Stake) Ethereum 2.0, создавая мост между Gnosis и Ethereum с минимальным доверием. Этот межсетевой мост использует эффективность zk-SNARKS для краткой проверки доказательства достоверности консенсуса в цепочке.

В установке задействован синхронный комитет из 512 валидаторов, которые выбираются случайным образом каждые 27 часов. Эти валидаторы несут ответственность за подписание каждого заголовка блока в течение отведенного им периода времени. Состояние Ethereum считается действительным, если более ⅔ валидаторов подписывают каждый заголовок блока. Процесс проверки в основном включает в себя проверку следующего:

1. Доказательство Merkle заголовка блока
2. Доказательства Меркла валидаторов в комитете по синхронизации
3. Подписи BLS для обеспечения правильной ротации комитета по синхронизации

Этот процесс влечет за собой значительные вычислительные затраты, поскольку основная концепция заключается в том, что легкие клиенты используют zk-SNARK (Groth16) для создания доказательства постоянного размера (доказательства достоверности), которое можно эффективно проверить в цепочке Gnosis. Доказательства генерируются с помощью вычислений вне сети, которые включают построение схем для проверки валидаторов и их подписей, а затем генерирование доказательств zk-SNARK. Затем доказательства и заголовки блоков отправляются в смарт-контракты в цепочке Gnosis для проверки.

Внедрение zk-SNARK помогает снизить накладные расходы на хранение и сложность схемы, тем самым уменьшая доверительные отношения. Тем не менее, этот подход оптимизирован специально для протокола консенсуса Ethereum 2.0 и EVM и может потребовать большей адаптации к другим сетям блокчейна.

Буквально в июле прошлого года Succinct Labs сделала важное заявление, подтвердив, что ее легкий клиент Ethereum ZK был официально интегрирован в основную сеть для повышения безопасности Gnosis Omnibridge. В результате интеграции Succinct Labs возьмет на себя ответственность за безопасность Gnosis Omnibridge, общая заблокированная стоимость которого (TVL) в настоящее время превышает 40 миллионов долларов, и на сегодняшний день она обеспечила потоки активов в стейблкоинах на сумму более 1,5 миллиардов долларов.

zkIBC от Electron Labs

Electron Labs строит кроссчейн-мост, основанный на экосистеме Cosmos SDK, фреймворке для блокчейнов для конкретных приложений. Его межсетевой мост будет использовать технологию IBC (Inter-chain Communication), чтобы обеспечить беспрепятственную связь между всеми независимыми блокчейнами, определенными в рамках.

Однако внедрение легких клиентов Cosmos SDK в Ethereum сопряжено с трудностями. Облегченный клиент Tendermint, используемый Cosmos SDK, работает на искривленной кривой Эдвардса (Ed25519), которая изначально не поддерживается блокчейном Ethereum. Следовательно, проверять подписи Ed25519 на кривой Ethereum BN254 дорого и неэффективно. Чтобы преодолеть это препятствие, Electron Labs разрабатывает решение на основе технологии zk-SNARKs. Эта система будет генерировать внешнее доказательство действительности подписи и проверять только доказательство в цепочке Ethereum, эффективно решая эту проблему.

Используя этот подход, подписи Ed25519 в Cosmos SDK можно эффективно и с минимальными затратами проверить на блокчейне Ethereum, избегая при этом каких-либо дополнительных предположений о доверии. Однако при таком подходе вы можете столкнуться с одной потенциальной проблемой — задержкой. Скорость генерации блоков в Cosmos SDK составляет 7 секунд, и чтобы не отставать от этой скорости, время доказательства приходится значительно сокращать. Electron Labs намеревается решить эту проблему, используя несколько компьютеров для одновременной генерации доказательств, а затем объединяя их в одно доказательство zk-SNARK.

zkBridge от сети Polyhedra

По сравнению с двумя другими ведущими в отрасли конструкциями кроссчейн-моста на основе доказательства с нулевым разглашением, zkBridge выделяется своей гибкой и разнообразной структурой, которая облегчает разработку нескольких приложений на его платформе. Он эффективно использует zk-SNARK для установления эффективного процесса связи, позволяя доказывающей стороне убедить принимающую цепочку в том, что в отправляющей цепочке произошел определенный переход состояния. Платформа zkBridge состоит из двух ключевых компонентов:

1. Сеть ретрансляции заголовка блока: этот компонент получает заголовок блока из цепочки отправки, генерирует подтверждение для проверки заголовка блока, а затем передает заголовок блока и подтверждение в контракт обновления в цепочке получения.
2. Обновление контракта: эта часть поддерживает легкое состояние клиента и автоматически включает заголовок блока цепочки отправки после проверки подтверждения ассоциации. Кроме того, он также поддерживает текущее обновление состояния основной цепочки отправляющей цепочки.

Источник изображения Сеть многогранников

Основное отличие zkBridge от других ведущих в отрасли подходов заключается в том, что zkBridge требует только наличия честного узла в сети ретрансляции и предполагает надежность zk-SNARK.

Ключевой прогресс в этой конструкции заключается в параллельном использовании zk-SNARK: доказывающая система Virgo (deVirgo), которая вводит новую систему распределенных доказательств для ускорения процесса генерации доказательств и использует рекурсивные доказательства для сокращения проверки доказательств в цепочке. стоимость. deVirgo использует протокол GKR и полиномиальную схему фиксации для создания доказательств для цепей, проверяющих несколько подписей. Впоследствии доказательства deVirgo сжимаются проверкой Groth16 и проверяются контрактом на обновление в целевом блокчейне. Комбинация этих систем проверки позволяет zkBridge обеспечивать эффективную связь между сетями, не полагаясь на внешние предположения о доверии.

Альфа-версия zkBridge для основной сети была выпущена в апреле 2023 года и теперь обеспечивает межсетевое взаимодействие между несколькими блокчейн-сетями L1 и L2, такими как BNB Chain, Ethereum и Arbitrum. На мероприятии ETHCC Paris zkDAY 2023 технический директор Polyhedra Network Тяньчэн Се подчеркнул, что с момента запуска основной сети протокол привлек более 50 000 активных пользователей в день и 800 000 активных пользователей в месяц.

Благодаря своей модульной архитектуре zkBridge открывает широкие возможности для разработчиков и пользователей. Эти возможности включают в себя соединение и обмен токенами, передачу сообщений и вычислительную логику, которая адаптируется к изменениям состояния между различными сетями блокчейнов.

Подведем итог

Внедрение технологии zk-SNARKs в конструкцию кроссчейн-моста может эффективно решить проблемы, связанные с децентрализацией и безопасностью. Однако это также создает вычислительное узкое место из-за большого масштаба схемы. Поскольку внимание к функциональной совместимости продолжает расти, считается, что все больше разработчиков будут усердно работать над разработкой безопасной и масштабируемой технологии моста между цепями. Ожидается, что эти достижения окажут положительное влияние на общее развитие и применение технологии ZK. Таким образом, мы можем ожидать значительного прогресса в исследованиях, инновационном внедрении и более широком внедрении межсетевых приложений в ближайшем будущем.