У сфері технології блокчейн, що швидко розвивається, було запропоновано та впроваджено багато протоколів, однак кожен протокол використовує інший консенсусний метод — від обчислювального підтвердження роботи до підтвердження частки на основі стимулів тощо. З перших днів блокчейна ліквідність і активи поступово розподілялися між різними ланцюгами через відмінності в протоколах у різних аспектах, таких як консенсус, безпека та мови програмування. Міжланцюгові мости з’являються як рішення цієї проблеми, зменшуючи фрагментацію та об’єднуючи 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 перехресних ланцюгових мостів
Перехресні ланцюгові мости можуть бути досить складними. Забезпечення безпеки його міжланцюгового мосту є важливою проблемою, оскільки активи, що зберігаються в смарт-контрактах або центральних зберігачах, потребують захисту. Оскільки кошти мосту зберігаються централізовано, він історично був мішенню для хакерів. Розвиток дизайну мостів також надає зловмисникам можливість знаходити нові вразливості та експлойти. У 2022 році Wormhole було зламано після того, як на Github було завантажено виправлення безпеки, що призвело до збитків у розмірі 325 мільйонів доларів США та забрало кошти. Chainalysis повідомляє, що міжланцюгові атаки на мости становили 69% від загальної кількості викрадених коштів у 2022 році.
Іншою проблемою, з якою зіткнулися, була низька продуктивність і залежність від центральних організацій. Сучасні міжланцюгові мости стикаються з проблемами масштабованості. Щоб оновити та налаштувати статус обох ланцюгів, міжланцюгові мости вимагають великої обчислювальної потужності та ємності для зберігання, що призводить до значних накладних витрат. Щоб полегшити цей тягар, деякі крос-ланцюгові мости перейшли до підходу в стилі комітету, де лише обмежений набір валідаторів (або навіть лише власники кількох підписів) затверджують державні передачі. Однак такий підхід наражає їх на вразливі місця та потенційні атаки.
Саме ці проблеми спонукали розробників почати шукати альтернативні рішення, особливо ті, які використовують криптографію з нульовим знанням. Серед цих підходів використання технології zk-SNARK усуває потребу в моделі комітету, забезпечуючи при цьому масштабованість мережі.
Перехресний ланцюговий міст на основі технології zk-SNARKs
Наразі існує декілька проектів, які розробляють технологічні мостові рішення ZK між різними екосистемами та етапами 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 успішного впровадження всіх цих підходів 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 із підтвердженим статусом блокчейну.
При застосуванні технології zk-SNARKs для перехресних ланцюгових мостів виникають дві основні проблеми. По-перше, перехресні ланцюгові мости вимагають більшого масштабу схеми, ніж зведення. По-друге, необхідно вирішити проблему мінімізації накладних витрат на зберігання в мережі та обчислень.
Короткі лабораторії
Succinct Labs розробляє легкий клієнт для консенсусу PoS (доказ частки) Ethereum 2.0, створюючи перехресний міст між Gnosis і Ethereum з мінімізованою довірою. Цей міжланцюговий міст використовує ефективність zk-SNARKS для стислої перевірки доказів дійсності консенсусу в ланцюжку.
У налаштуваннях бере участь синхронізований комітет із 512 валідаторів, які випадковим чином вибираються кожні 27 годин. Ці валідатори відповідають за підпис кожного заголовка блоку протягом призначеного періоду часу. Стан Ethereum вважається дійсним, якщо більше ніж ⅔ його валідаторів підписують кожен заголовок блоку. Процес перевірки в основному включає перевірку наступного:
1. Доказ Меркла заголовка блоку
2. Доказ Меркла валідаторів у комітеті синхронізації
3. Підпис BLS для забезпечення правильної ротації комітетів синхронізації
Цей процес вимагає значних обчислювальних витрат, оскільки основна концепція полягає в тому, що легкий клієнт використовує zk-SNARK (Groth16) для створення доказу постійного розміру (доказу дійсності), який можна ефективно перевірити в ланцюжку Gnosis. Доказ генерується за допомогою обчислень поза ланцюгом, що передбачає побудову схеми, яка перевіряє валідатор і його підпис, а потім генерує доказ zk-SNARK. Підтвердження та заголовок блоку потім передаються в смарт-контракт у ланцюжку Gnosis 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 для застосування в інших мережах блокчейну.
Тільки в липні цього року Succinct Labs зробила важливу заяву, підтвердивши, що її легкий клієнт Ethereum ZK був офіційно інтегрований у основну мережу для підвищення безпеки Gnosis Omnibridge. Завдяки цій інтеграції Succinct Labs захистить Gnosis Omnibridge, загальна заблокована вартість якого (TVL) наразі становить понад 40 мільйонів доларів США, і на сьогоднішній день він забезпечив потоки активів стейблкойнів на суму понад 1,5 мільярда доларів США.
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 легкого клієнта Cosmos SDK в Ethereum сповнене труднощів. Легкий клієнт Tendermint, який використовується Cosmos SDK, працює на Twisted Edwards Curve (Ed25519), яка є кривою, яку блокчейн Ethereum спочатку не підтримує. Тому перевірка підписів Ed25519 на кривій BN254 Ethereum є дорогою та неефективною. 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. Однак однією потенційною проблемою, з якою може зіткнутися цей підхід, є затримка. Швидкість генерації блоків у Cosmos SDK становить 7 секунд, щоб не відставати від цієї швидкості. Electron Labs має намір вирішити цю проблему, використовуючи кілька комп’ютерів для одночасного створення доказів, а потім об’єднуючи їх у єдиний доказ zk-SNARK.
zkBridge від Polyhedra Network
Порівняно з двома іншими провідними міжланцюжковими мостовими конструкціями, заснованими на доказах з нульовим знанням, zkBridge виділяється своєю гнучкою та різноманітною структурою, яка полегшує розробку багатьох програм на його платформі. Він ефективно використовує zk-SNARK для встановлення ефективного процесу зв’язку, дозволяючи пруверу переконати приймальний ланцюг, що в ланцюзі відправлення відбувся певний перехід стану. Фреймворк zkBridge складається з двох ключових компонентів:
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.
Оновлення контракту: ця частина підтримує легкий стан клієнта та автоматично включає його в заголовок блоку ланцюжка надсилання після перевірки підтвердження асоціації. Крім того, він також оновлює поточний статус основного ланцюга надсилання.
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 збірці 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 зниження вартості перевірки доказів у ланцюжку. deVirgo покладається на протокол GKR і поліноміальну схему зобов’язань для створення доказів для схем, які перевіряють кілька підписів. Потім підтвердження deVirgo стискається за допомогою прувера Groth16 і перевіряється контрактом оновлення цільового блокчейну. Поєднання цих систем перевірки дозволяє zkBridge забезпечувати ефективний міжланцюговий зв’язок, не покладаючись на зовнішні припущення про довіру.
Альфа-версія основної мережі zkBridge була випущена в квітні 2023 року і тепер забезпечує взаємодію між кількома блокчейн-мережами L1 і L2, такими як BNB Chain, Ethereum і Arbitrum. Виступаючи на заході ETHCC Paris zkDAY 2023, технічний директор Polyhedra Network Тяньчен Сє підкреслив, що протокол залучив понад 50 000 активних користувачів щодня та 800 000 активних користувачів щомісяця з моменту запуску основної мережі.
Завдяки своїй модульній архітектурі zkBridge відкриває широкі можливості для розробників і користувачів. Ці можливості включають перемикання токенів і обмін, обмін повідомленнями та обчислювальну логіку, яка адаптується до змін стану між різними блокчейн-мережами.
Підведіть підсумки
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. У міру того як увага до сумісності продовжує зростати, я вважаю, що більше розробників наполегливо працюватимуть 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 значного прогресу в дослідженнях, впровадженні інновацій і ширшого впровадження крос-ланцюгових додатків у найближчому майбутньому.