في مجال تكنولوجيا blockchain سريع التطور، تم اقتراح وتنفيذ العديد من البروتوكولات، ومع ذلك، يعتمد كل بروتوكول طريقة إجماع مختلفة - بدءًا من إثبات العمل الحسابي إلى إثبات الحصة القائم على الحوافز، وما إلى ذلك. منذ الأيام الأولى لتقنية blockchain، تم توزيع السيولة والأصول تدريجيًا بين سلاسل مختلفة بسبب الاختلافات في البروتوكولات في جوانب مختلفة مثل الإجماع والأمن ولغات البرمجة. تظهر الجسور عبر السلاسل كحل لهذه المشكلة، مما يقلل من التجزئة ويدمج السيولة بين سلاسل الكتل المختلفة. أحد بروتوكولات الجسر عبر السلسلة هو Wormhole، الذي يسهل تداول العملات المشفرة والرموز غير القابلة للاستبدال (NFTs) بين مختلف سلاسل العقود الذكية مثل Solana وEthereum.
المخاطر الحالية لجسر السلاسل
يمكن القول إن جسور السلاسل معقدة للغاية. إن ضمان أمان جسر السلاسل يمثل تحدياً مهماً، لأن الأصول المخزنة في العقود الذكية أو لدى جهة إسناد مركزية يجب حمايتها. وبما أن تمويل الجسر يُجمع في التخزين، فقد كان دائماً هدفاً للمتسللين. كما أن التصميم المتطور للجسر يوفّر للمهاجمين فرصاً للعثور على ثغرات جديدة واستغلالها. في عام 2022، تعرضت Wormhole للهجوم بعد رفعها لإصلاحات أمنية إلى Github، مما أدى إلى خسارة قدرها 325 مليون دولار، واستولى المهاجمون على هذه الأموال. ووفقاً لتقرير Chainalysis، شكلت هجمات جسور السلاسل في عام 2022 نسبة 69% من إجمالي الأموال المسروقة.
تحدٍ آخر يتمثل في ضعف الأداء والاعتماد على جهة مركزية. تواجه جسور السلاسل الحالية مشاكل في قابلية التوسع. ولكي يتم تحديث وضبط حالة سلسلتين، تحتاج جسور السلاسل إلى قدر كبير من القدرة الحاسوبية وسعة التخزين، ما يؤدي إلى تكاليف كبيرة. وللتخفيف من هذا العبء، اتجهت بعض جسور السلاسل إلى أسلوب لجان يعتمد على مجموعة محدودة فقط من المدققين (وأحياناً حتى حاملي multi-sig) للموافقة على تحويل الحالة. ومع ذلك، يجعلها هذا الأسلوب عرضة للثغرات والهجمات المحتملة.
هذه المشكلات هي ما دفع المطورين إلى البحث عن حلول بديلة، وخاصة باستخدام التشفير اللامركزي/المعتمد على المعرفة الصفرية. من بين هذه الأساليب، يؤدي استخدام zk-SNARKs إلى إزالة الحاجة إلى نموذج اللجان، مع ضمان قابلية توسع الشبكة.
جسر سلاسل مبني على تقنيات zk-SNARKs
حالياً، تعمل عدة مشاريع على تطوير حلول جسور تعتمد على تقنية ZK عبر أنظمة بيئية ومراحل تطوير مختلفة، مثل:
Succinct Labs
zkIBC بواسطة Electron Labs
zkBridge بواسطة Polyhedra Network
تستفيد هذه المبادرات بشكل كامل من تقنيات zk-SNARKS لإحداث تحول في تصميم جسور السلاسل. ومع ذلك، لكي تنجح في تنفيذ كل هذه الأساليب، هناك شرط رئيسي وهو بروتوكول العميل الخفيف - وهو برنامج يتصل بالعُقد الكاملة ويمكّن التفاعل مع بلوك تشين. يضمن هذا البروتوكول أن تتم مزامنة رؤوس الكتل الخاصة بالحالات المؤكدة من بلوك تشين بشكل فعّال.
عند تطبيق تقنيات zk-SNARKs على جسور السلاسل، تظهر تحديات رئيسية اثنتان. أولاً، وبالمقارنة مع rollups، تتطلب جسور السلاسل حجماً أكبر من حيث حجم الدارة. ثانياً، يلزم معالجة مشكلة تقليل تكاليف التخزين والحساب على السلسلة.
Succinct Labs
تقوم Succinct Labs بتطوير عميل خفيف لتوافق إجماع PoS (إثبات الحصة) من Ethereum 2.0، بهدف إنشاء جسر سلاسل يقلل من الحاجة إلى الثقة بين Gnosis وEthereum. يستفيد هذا الجسر من كفاءة zk-SNARKS للتحقق من إثبات صحة الإجماع على السلسلة بطريقة موجزة.
يتضمن هذا الإعداد لجنة متزامنة تضم 512 مدققاً يتم اختيارها عشوائياً كل 27 ساعة. وتقوم هذه المدققون بتوقيع رأس كل كتلة ضمن الفترات الزمنية التي تم تخصيصها لها. إذا تم توقيع رأس كل كتلة من قبل أكثر من الثلثين (⅔) من المدققين، يُعتبر أن حالة Ethereum صالحة. تتضمن عملية التحقق بشكل أساسي التحقق من ما يلي:
1. إثبات ميركل في رأس الكتلة
2. إثبات ميركل للمدققين داخل اللجنة المتزامنة
3. توقيعات BLS لضمان التناوب الصحيح للجنة المتزامنة
تنتج هذه العملية تكلفة حسابية كبيرة، لأن الفكرة الأساسية هي أن العميل الخفيف يستخدم zk-SNARK (Groth16) لإنشاء إثبات ثابت الحجم (إثبات صحة) يمكن التحقق منه بكفاءة على سلسلة Gnosis. يتم توليد الإثبات عبر الحوسبة خارج السلسلة، ويتضمن ذلك بناء الدارة للتحقق من المدققين وتوقيعاتهم، ثم توليد إثبات zk-SNARK. بعد ذلك، يتم تقديم الإثبات ورأس الكتلة إلى عقد ذكي على سلسلة Gnosis لإجراء التحقق.
يساعد اعتماد zk-SNARKs على تقليل تكاليف التخزين وتعقيد الدارات، وبالتالي خفض افتراضات الثقة. ومع ذلك، تم تحسين هذه الطريقة خصيصاً لبروتوكول إجماع Ethereum 2.0 وEVM، وقد تتطلب قدراً أكبر من التكيّف لتكون مناسبة لشبكات بلوك تشين أخرى.
في هذا العام نفسه، أطلقت Succinct Labs إعلاناً مهماً، مؤكدةً أن عميلها الخفيف الخاص بـ Ethereum ZK قد تم دمجه رسمياً في الشبكة الرئيسية لتعزيز أمان Gnosis Omnibridge. سيمكن هذا الدمج Succinct Labs من تولي مسؤولية حماية Gnosis Omnibridge، حيث تتجاوز القيمة الإجمالية المقفلة في هذا الجسر (TVL) 40 مليون دولار، وقد أتاح حتى الآن تدفق أكثر من 1.5 مليار دولار من أصول العملات المستقرة.
zkIBC بواسطة Electron Labs
تعمل Electron Labs على بناء جسر سلاسل ينشأ من نظام Cosmos SDK البيئي، وهو إطار موجه لسلاسل بلوك تشين خاصة بالتطبيقات. سيستخدم جسر السلاسل هذا تقنية IBC (التواصل بين السلاسل) لتمكين الاتصال السلس بين جميع سلاسل الكتل المستقلة المعرفة داخل الإطار.
لكن تنفيذ العميل الخفيف الخاص بـ Cosmos SDK داخل Ethereum مليء بالتعقيدات. يعمل العميل الخفيف من Tendermint الذي يستخدمه Cosmos SDK على منحنى Edwards مشوّه (Ed25519)، وهو منحنى لا يدعمه بلوك تشين Ethereum بشكل أصلي. لذلك فإن التحقق من توقيعات Ed25519 على منحنى BN254 في Ethereum مكلف وغير فعّال. للتغلب على هذه العقبة، تعمل Electron Labs على تطوير حل يعتمد على تقنيات zk-SNARKs. سيقوم هذا النظام بتوليد إثبات صحة للتوقيع خارج السلسلة، ثم يتم فقط التحقق من الإثبات على سلسلة Ethereum، مما يعالج المشكلة بشكل فعال.
من خلال تبني هذه الطريقة، يمكن التحقق بكفاءة وفعالية من حيث التكلفة من توقيعات Ed25519 في Cosmos SDK على سلسلة Ethereum، مع تجنب إدخال أي افتراضات ثقة إضافية. ومع ذلك، تتمثل إحدى المشكلات المحتملة في هذه الطريقة في التأخير. تبلغ سرعة توليد الكتل في Cosmos SDK 7 ثوانٍ، وللتماشي مع هذا المعدل، يجب أن يتم تقصير زمن توليد الإثبات بشكل كبير. تخطط Electron Labs لمعالجة هذه المشكلة عبر استخدام عدة أجهزة كمبيوتر لتوليد الإثباتات بشكل متزامن، ثم دمجها في إثبات zk-SNARK واحد.
zkBridge بواسطة Polyhedra Network
مقارنة ببنى جسور السلاسل عبر الإثباتات المعرفية الصفرية التي تتبعها شركتان رائدتان أخريان، يبرز zkBridge بفضل مرونته وتنوع إطاره، بما يتيح تطوير تطبيقات متعددة على منصته. فهو يستفيد بشكل فعال من zk-SNARKs لإنشاء عملية اتصال فعّالة، مما يمكّن المبرهِن من جعل السلسلة المستقبلة تثق بأن تحول حالة معيّن قد حدث على السلسلة المُرسِلة. يتكون إطار zkBridge من عنصرين رئيسيين:
ترحيل رأس الكتلة: يحصل هذا المكون على رأس الكتلة من السلسلة المُرسِلة، وينشئ إثباتاً للتحقق من رأس الكتلة، ثم ينقل رأس الكتلة والإثبات معاً إلى عقد التحديث على السلسلة المستقبلة.
عقد التحديث: يحافظ هذا الجزء على حالة عميل خفيف، ويدرج تلقائياً رؤوس الكتل من السلسلة المُرسِلة ضمن العقد بعد التحقق من الإثبات المرتبط. إضافةً إلى ذلك، يحافظ أيضاً على تحديث الحالة الرئيسية الحالية للسلسلة المُرسِلة.
الفرق الأساسي بين zkBridge والأساليب التي تتبعها الشركات الرائدة الأخرى في القطاع هو أن zkBridge لا يتطلب سوى وجود عقدة صادقة واحدة في شبكة الترحيل، مع افتراض موثوقية zk-SNARK.
يتمثل أحد التقدمات الحاسمة في هذا النوع من البناء في الاستخدام المتوازي لـ zk-SNARKs: مُثبّت Virgo (deVirgo)، الذي يقدم نظاماً توزيعياً جديداً لتسريع عملية توليد الإثبات، ويستخدم الإثباتات التراجعية لتقليل تكلفة التحقق من الإثباتات على السلسلة. يعتمد deVirgo على بروتوكول GKR وخطط الالتزام بالمتعددات لتوليد إثباتات للدارة الخاصة بالتحقق من عدة توقيعات. ثم يتم ضغط إثبات deVirgo عبر مُثبت Groth16، ويتم التحقق منه بواسطة عقد تحديث على السلسلة الهدف. إن الجمع بين أنظمة الإثبات هذه يمكّن zkBridge من تحقيق اتصالات عبر السلاسل بكفاءة عالية دون الاعتماد على افتراضات ثقة خارجية.
تم إصدار النسخة Alpha من الشبكة الرئيسية لـ zkBridge في أبريل 2023، وهي تعمل حالياً على تعزيز قابلية التشغيل البيني عبر السلاسل بين عدة شبكات L1 وL2، مثل BNB Chain وEthereum وArbitrum. وفي فعالية zkDAY التابعة لـ ETHCC باريس في عام 2023، أكد كبير التقنيين في Polyhedra Network، Tiancheng Xie، أنه منذ إصدار الشبكة الرئيسية، اجتذب البروتوكول أكثر من 50,000 مستخدم نشط يومياً و800,000 مستخدم نشط شهرياً.
بفضل بنيته المعيارية، يفتح zkBridge آفاقاً واسعة للمطورين والمستخدمين. تشمل هذه الإمكانيات ربط الرموز وتبادلها، وإرسال الرسائل، ومنطق حسابي يمكنه التكيّف مع تغييرات الحالة بين شبكات بلوك تشين مختلفة.
الملخص
يساعد إدخال تقنيات zk-SNARKs في تصميم جسور السلاسل على حل المشاكل المتعلقة باللامركزية والأمان بفعالية. ومع ذلك، وبسبب أحجام الدارات الكبيرة التي تنطوي عليها هذه العملية، فإنها تسبب أيضاً عنق زجاجة في الحساب. ومع استمرار تزايد التركيز على قابلية التشغيل البيني، من المتوقع أن يشارك المزيد من المطورين في تطوير تقنيات جسور سلاسل آمنة وقابلة للتوسع. ومن المتوقع أن تؤثر هذه التطورات بشكل إيجابي على التقدم الشامل في تقنيات ZK وتطبيقاتها. لذلك، يمكننا توقع تحقيق تقدم ملحوظ في الأبحاث والابتكار والتنفيذ خلال فترة ليست بعيدة، إلى جانب تبني أوسع لتطبيقات عبر السلاسل.