ZK Bridges: Як доказ нульового знання розширює можливості світу крос-ланцюгів?

У сфері технології блокчейн, що швидко розвивається, було запропоновано та реалізовано багато протоколів, але кожен протокол приймає інший консенсусний метод — від обчислювального підтвердження роботи (Proof-of-Work) до Proof-of-Stake на основі стимулів, тощо З перших днів блокчейну ліквідність і активи поступово розподілялися між різними ланцюгами через відмінності в протоколах у різних аспектах, таких як консенсус, безпека та мова програмування. Перехресний міст став рішенням цієї проблеми, який може зменшити фрагментацію та інтегрувати ліквідність між різними блокчейнами. Одним із таких міжланцюгових мостових протоколів є Wormhole, який полегшує обіг криптовалют і незамінних токенів (NFT) між різними блокчейнами смарт-контрактів, такими як Solana та Ethereum.

Поточні ризики міжланцюгових мостів

Перехресні ланцюгові мости можуть бути досить складними. Забезпечення безпеки міжланцюгових мостів є важливою проблемою, оскільки необхідно захистити активи, що зберігаються в смарт-контрактах або центральних зберігачах. Оскільки кошти мосту зберігаються централізовано, вони історично були мішенню для хакерів. Дизайн мостів, що постійно розвивається, також відкриває можливості для зловмисників знаходити нові вразливості та експлойти. У 2022 році Wormhole було зламано після того, як виправлення безпеки було завантажено на Github, що призвело до збитків у розмірі 325 мільйонів доларів, і хакер забрав кошти після успіху. Chainalysis повідомляє, що міжланцюгові атаки на мости становитимуть 69% від загальної кількості викрадених коштів у 2022 році.

Кредит зображення Chainalysis

Кредит зображення DEFIYIELD

Іншою проблемою є низька продуктивність і залежність від центральних організацій. Сучасні міжланцюгові мости стикаються з проблемами масштабованості. Щоб оновити та налаштувати стан двох ланцюгів, перехресний міст потребує великої обчислювальної потужності та ємності для зберігання, що призводить до значних накладних витрат. Щоб полегшити цей тягар, деякі крос-ланцюгові мости звернулися до підходу в стилі комітету, де лише обмежений набір валідаторів (або навіть просто власників кількох підписів) схвалює державні передачі. Однак такий підхід наражає їх на вразливі місця та потенційні атаки.

Саме ці проблеми спонукали розробників шукати альтернативні рішення, особливо ті, що використовують криптографію з нульовим знанням. Серед цих методів використання технології zk-SNARK усуває потребу в моделі комітету, забезпечуючи при цьому масштабованість мережі.

Крос-ланцюговий міст на основі технології zk-SNARKs

Наразі кілька проектів розробляють мостові рішення на основі технології ZK для різних екосистем і етапів розробки, наприклад:

• Короткі лабораторії
• zkIBC від Electron Labs
• zkBridge від Polyhedra Network

Ці ініціативи використовують технологію zk-SNARKS для революції в дизайні перехресних ланцюгових мостів. Однак для того, щоб успішно реалізувати всі ці методи, ключовою вимогою є легкий клієнтський протокол – частина програмного забезпечення, яке підключається до повних вузлів і полегшує взаємодію з блокчейном. Цей протокол гарантує, що вузли можуть ефективно синхронізувати заголовки блоків підтвердженого стану блокчейну.

При застосуванні технології zk-SNARKs для перехресних ланцюгових мостів виникають дві основні проблеми. По-перше, порівняно з згортанням, перехресні ланцюгові мости вимагають більшого розміру схеми. По-друге, необхідно вирішити проблему мінімізації мережевих сховищ і обчислювальних витрат.

Succinct Labs

Succinct Labs розробляє легкий клієнт для консенсусу PoS (Proof of Stake) Ethereum 2.0, будуючи перехресний міст між Gnosis і Ethereum з мінімізованою довірою. Цей міжланцюговий міст використовує ефективність zk-SNARKS для перевірки доказу дійсності консенсусу в стислому вигляді в ланцюжку.

У налаштуваннях бере участь синхронний комітет із 512 валідаторів, які випадковим чином вибираються кожні 27 годин. Ці валідатори відповідають за підпис кожного заголовка блоку протягом відведеного періоду часу. Стан Ethereum вважається дійсним, якщо більше ⅔ валідаторів підписують кожен заголовок блоку. Процес перевірки в основному включає перевірку наступного:

1. Доказ Меркла заголовка блоку
2. Докази Merkle валідаторів у комітеті синхронізації
3. Підписи BLS для забезпечення належної ротації комітету синхронізації

Цей процес вимагає значних обчислювальних витрат, оскільки основна концепція полягає в тому, що легкі клієнти використовують zk-SNARK (Groth16) для створення доказу постійного розміру (доказу дійсності), який можна ефективно перевірити в ланцюжку Gnosis. Докази генеруються за допомогою обчислень поза ланцюгом, які включають побудову схем для перевірки валідаторів та їхніх підписів, а потім генерацію доказів zk-SNARK. Підтвердження та заголовки блоків потім надсилаються до смарт-контрактів у Gnosis Chain для перевірки.

Прийняття zk-SNARK допомагає зменшити накладні витрати на зберігання та складність схеми, тим самим зменшуючи припущення про довіру. Тим не менш, цей підхід оптимізовано спеціально для консенсусного протоколу Ethereum 2.0 і EVM і може вимагати більшої адаптації до інших мереж блокчейну.

Лише в липні минулого року Succinct Labs оголосила про важливе оголошення, підтверджуючи, що його легкий клієнт Ethereum ZK був офіційно інтегрований у основну мережу для підвищення безпеки Gnosis Omnibridge. Завдяки інтеграції Succinct Labs відповідатиме за безпеку Gnosis Omnibridge, який наразі має загальну заблоковану вартість (TVL) понад 40 мільйонів доларів і на сьогоднішній день забезпечив потоки активів стейблкойнів на суму понад 1,5 мільярда доларів.

zkIBC від Electron Labs

Electron Labs будує крос-ланцюжковий міст, який походить від екосистеми Cosmos SDK, фреймворку для блокчейнів для певних програм. Його крос-ланцюговий міст використовуватиме технологію IBC (Inter-chain Communication), щоб забезпечити безперебійний зв’язок між усіма незалежними блокчейнами, визначеними в рамках.

Однак впровадження легких клієнтів Cosmos SDK в Ethereum сповнене труднощів. Легкий клієнт Tendermint, який використовується Cosmos SDK, працює на основі скрученої кривої Едвардса (Ed25519), яка не підтримується блокчейном Ethereum. Тому перевіряти підписи Ed25519 на кривій BN254 Ethereum дорого й неефективно. Щоб подолати цю перешкоду, Electron Labs розробляє рішення на основі технології zk-SNARKs. Ця система генеруватиме підтвердження дійсності підпису поза ланцюгом і перевірятиме лише підтвердження в ланцюзі Ethereum, ефективно вирішуючи цю проблему.

Застосовуючи цей підхід, підписи Ed25519 у Cosmos SDK можна ефективно та економічно перевіряти в блокчейні Ethereum, уникаючи введення будь-яких додаткових припущень про довіру. Однією з потенційних проблем, з якими ви можете зіткнутися при такому підході, є затримка. Швидкість генерації блоків у Cosmos SDK становить 7 секунд, і щоб не відставати від цієї швидкості, час перевірки потрібно значно скоротити. Electron Labs має намір вирішити цю проблему, використовуючи кілька комп’ютерів для одночасного створення доказів, а потім об’єднавши їх у єдиний доказ zk-SNARK.

zkBridge від Polyhedra Network

Порівняно з двома іншими провідними в галузі міжланцюжковими мостовими конструкціями з нульовим знанням, zkBridge виділяється своєю гнучкою та різноманітною структурою, яка полегшує розробку кількох програм на його платформі. Він ефективно використовує zk-SNARK для встановлення ефективного процесу зв’язку, дозволяючи пруверу переконати приймальний ланцюжок, що в ланцюзі відправлення відбувся певний перехід стану. Фреймворк zkBridge складається з двох ключових компонентів:

1. Мережа ретрансляції заголовка блоку: цей компонент отримує заголовок блоку з ланцюжка надсилання, генерує доказ для перевірки заголовка блоку, а потім передає заголовок блоку та доказ до контракту оновлення в ланцюжку отримання.
2. Оновлення контракту: ця частина підтримує легкий стан клієнта та автоматично включає заголовок блоку ланцюжка надсилання після перевірки підтвердження асоціації. Крім того, він також зберігає поточне оновлення стану основного ланцюга ланцюга надсилання.

Джерело зображення Polyhedra Network

Основна відмінність між zkBridge та іншими провідними в галузі підходами полягає в тому, що zkBridge вимагає лише наявності чесного вузла в мережі ретрансляції та передбачає надійність zk-SNARK.

Ключовий прогрес у цій конструкції полягає в паралельному використанні zk-SNARK: перевірки Virgo (deVirgo), яка представляє нову розподілену систему перевірки для прискорення процесу генерації доказів і використовує рекурсивні докази для зменшення перевірки доказів у ланцюжку. вартість. deVirgo покладається на протокол GKR і поліноміальну схему зобов’язань для створення доказів для схем, які перевіряють кілька підписів. Згодом докази deVirgo стискаються првером Groth16 і перевіряються контрактом на оновлення в цільовому блокчейні. Поєднання цих систем перевірки дозволяє zkBridge забезпечувати ефективний міжланцюговий зв’язок, не покладаючись на зовнішні припущення про довіру.

Альфа-версія zkBridge для основної мережі була випущена в квітні 2023 року і тепер забезпечує взаємодію між кількома блокчейн-мережами L1 і L2, такими як BNB Chain, Ethereum і Arbitrum. На заході ETHCC Paris zkDAY у 2023 році технічний директор Polyhedra Network Тяньчен Сє підкреслив, що з моменту запуску основної мережі протокол залучив понад 50 000 активних користувачів щодня та 800 000 активних користувачів щомісяця.

Завдяки своїй модульній архітектурі zkBridge відкриває широкі можливості для розробників і користувачів. Ці можливості включають перемикання токенів і обмін, передачу повідомлень і обчислювальну логіку, яка адаптується до змін стану між різними мережами блокчейну.

Підсумуйте

Включення технології zk-SNARKs у дизайн міжланцюгового мосту може ефективно вирішити проблеми, пов’язані з децентралізацією та безпекою. Однак це також створює вузьке місце в обчисленнях через великий масштаб схеми. Оскільки увага до сумісності продовжує зростати, вважається, що більше розробників будуть наполегливо працювати над розробкою безпечної та масштабованої міжланцюгової мостової технології. Очікується, що ці досягнення матимуть позитивний вплив на загальний розвиток і застосування технології ZK. Таким чином, ми можемо очікувати значних успіхів у дослідженнях, інноваційному впровадженні та більш широкому застосуванні крос-ланцюгових програм у найближчому майбутньому.