No campo de rápido desenvolvimento da tecnologia blockchain, muitos protocolos foram propostos e implementados. No entanto, cada protocolo adota um método de consenso diferente – desde prova de trabalho computacional até prova de participação baseada em incentivos, etc. Desde os primórdios do blockchain, a liquidez e os ativos foram gradualmente dispersos entre diferentes cadeias devido a diferenças nos protocolos em vários aspectos, como consenso, segurança e linguagens de programação. As pontes entre cadeias surgem como uma solução para este problema, reduzindo a fragmentação e integrando a liquidez entre várias blockchains. Um desses protocolos de ponte entre cadeias é o Wormhole, que facilita a circulação de criptomoedas e tokens não fungíveis (NFTs) entre diferentes blockchains de contratos inteligentes, como Solana e Ethereum.
Riscos atuais de pontes entre cadeias
As pontes entre cadeias podem ser bastante complicadas. Garantir a segurança da sua ponte entre cadeias é um desafio importante, uma vez que os ativos armazenados em contratos inteligentes ou custodiantes centrais precisam de ser protegidos. Como os fundos da ponte são armazenados centralmente, ela tem sido historicamente alvo de hackers. A evolução do design das pontes também oferece oportunidades para os invasores encontrarem novas vulnerabilidades e explorações. Em 2022, o Wormhole foi hackeado depois que uma correção de segurança foi carregada no Github, causando um prejuízo de US$ 325 milhões. Chainalysis relata que os ataques de pontes entre cadeias representaram 69% do total de fundos roubados em 2022.
Outro desafio enfrentado foi o fraco desempenho e a dependência de entidades centrais. As atuais pontes entre cadeias enfrentam problemas de escalabilidade. Para atualizar e ajustar o status de ambas as cadeias, as pontes entre cadeias requerem uma grande quantidade de poder computacional e capacidade de armazenamento, resultando em sobrecarga significativa. Para aliviar este fardo, algumas pontes entre cadeias mudaram para uma abordagem de estilo comité, onde apenas um conjunto limitado de validadores (ou mesmo apenas detentores de múltiplas assinaturas) aprovam transferências estatais. No entanto, esta abordagem os expõe a vulnerabilidades e ataques potenciais.
Foram esses problemas que levaram os desenvolvedores a começar a procurar soluções alternativas, especialmente aquelas que aproveitam a criptografia de conhecimento zero. Entre essas abordagens, o aproveitamento da tecnologia zk-SNARKs elimina a necessidade de um modelo de comitê, garantindo ao mesmo tempo a escalabilidade da rede.
Ponte de cadeia cruzada baseada na tecnologia zk-SNARKs
Atualmente, existem vários projetos desenvolvendo soluções de ponte tecnológica ZK em diferentes ecossistemas e estágios de desenvolvimento, tais como:
Laboratórios Sucintos
zkIBC por Electron Labs
zkBridge por Polyhedra Network
Essas iniciativas aproveitam a tecnologia zk-SNARKS para revolucionar o projeto de pontes entre cadeias. No entanto, para implementar com sucesso todas essas abordagens, um requisito fundamental é um protocolo de cliente leve – um software que se conecta a nós completos e facilita a interação com o blockchain. Este protocolo garante que os nós possam sincronizar eficientemente os cabeçalhos dos blocos com o status confirmado do blockchain.
Ao aplicar a tecnologia zk-SNARKs em pontes entre cadeias, surgem dois desafios principais. Primeiro, as pontes entre cadeias requerem uma escala de circuito maior do que os rollups. Em segundo lugar, o problema de minimizar o armazenamento em cadeia e a sobrecarga computacional precisa ser resolvido.
Laboratórios Sucintos
A Succinct Labs está desenvolvendo um cliente leve para o consenso PoS (prova de participação) do Ethereum 2.0, criando uma ponte cruzada de cadeia minimizada entre Gnosis e Ethereum. Esta ponte entre cadeias aproveita a eficiência do zk-SNARKS para verificar as provas de validade de consenso na cadeia de forma concisa.
A configuração envolve um comitê sincronizado de 512 validadores, selecionados aleatoriamente a cada 27 horas. Esses validadores são responsáveis por assinar cada cabeçalho de bloco dentro do período de tempo atribuído. O estado do Ethereum é considerado válido se mais de ⅔ de seus validadores assinarem cada cabeçalho de bloco. O processo de verificação inclui principalmente a verificação do seguinte:
1. Prova Merkle do cabeçalho do bloco
2. Prova Merkle de validadores no comitê de sincronização
3. Assinatura BLS para garantir a rotação correta dos comitês de sincronização
Este processo incorre em custos computacionais significativos, pois o conceito básico é que o cliente leve aproveite zk-SNARK (Groth16) para criar uma prova de tamanho constante (prova de validade) que pode ser verificada de forma eficiente na cadeia Gnose. A prova é gerada por meio de computação off-chain, que envolve a construção de um circuito que verifica o validador e sua assinatura e, em seguida, a geração de uma prova zk-SNARK. A prova e o cabeçalho do bloco são então submetidos a um contrato inteligente na cadeia Gnosis para verificação.
A adoção de zk-SNARKs ajuda a reduzir a sobrecarga de armazenamento e a complexidade do circuito, reduzindo assim as suposições de confiança. No entanto, esta abordagem é otimizada especificamente para o protocolo de consenso Ethereum 2.0 e EVM e pode exigir maior adaptabilidade para ser aplicável a outras redes blockchain.
Apenas em julho deste ano, a Succinct Labs fez um grande anúncio, confirmando que seu cliente Ethereum ZK light foi oficialmente integrado à rede principal para aumentar a segurança do Gnosis Omnibridge. Essa integração fará com que a Succinct Labs proteja o Gnosis Omnibridge, que atualmente tem um valor total bloqueado (TVL) de mais de US$ 40 milhões e facilitou mais de US$ 1,5 bilhão em fluxos de ativos de stablecoin até o momento.
zkIBC por Electron Labs
A Electron Labs está construindo uma ponte entre cadeias que se origina do ecossistema Cosmos SDK, uma estrutura para blockchains específicos de aplicativos. Sua ponte entre cadeias aproveitará a tecnologia IBC (Inter-Chain Communication) para permitir a comunicação perfeita entre todos os blockchains independentes definidos na estrutura.
No entanto, implementar um cliente leve do Cosmos SDK no Ethereum é repleto de dificuldades. O cliente leve Tendermint usado pelo Cosmos SDK é executado na Twisted Edwards Curve (Ed25519), que é uma curva que o blockchain Ethereum não suporta nativamente. Portanto, verificar as assinaturas Ed25519 na curva BN254 do Ethereum é caro e ineficiente. Para superar este obstáculo, a Electron Labs está desenvolvendo uma solução baseada na tecnologia zk-SNARKs. Este sistema irá gerar uma prova de validade da assinatura fora da cadeia e apenas verificar a prova na cadeia Ethereum, resolvendo efetivamente este problema.
Ao adotar essa abordagem, as assinaturas Ed25519 no Cosmos SDK podem ser verificadas de forma eficiente e econômica no blockchain Ethereum, evitando a introdução de quaisquer suposições de confiança adicionais. Um problema potencial que essa abordagem pode enfrentar, entretanto, é a latência. A taxa de geração de blocos no Cosmos SDK é de 7 segundos. Para acompanhar essa taxa, o tempo de prova deve ser significativamente reduzido. A Electron Labs pretende resolver este problema usando vários computadores para gerar provas simultaneamente e depois fundi-las em uma única prova zk-SNARK.
zkBridge por Polyhedra Network
Em comparação com as outras duas construções de pontes de cadeia cruzada líderes do setor baseadas em provas de conhecimento zero, o zkBridge se destaca por sua estrutura flexível e diversificada que facilita o desenvolvimento de múltiplas aplicações em sua plataforma. Ele utiliza efetivamente zk-SNARKs para estabelecer um processo de comunicação eficiente, permitindo ao provador convencer a cadeia receptora de que ocorreu uma transição de estado específica na cadeia emissora. A estrutura zkBridge consiste em dois componentes principais:
Rede de retransmissão de cabeçalho de bloco: Este componente obtém o cabeçalho do bloco da cadeia de envio, gera uma prova para validar o cabeçalho do bloco e, em seguida, transmite o cabeçalho do bloco e a prova para o contrato de atualização na cadeia de recebimento.
Contrato de atualização: esta parte mantém um estado leve do cliente e o incorpora automaticamente no cabeçalho do bloco da cadeia de envio após a verificação da prova de associação. Além disso, ele também mantém atualizado o status atual da cadeia principal da cadeia de envio.
A principal diferença entre o zkBridge e outras abordagens líderes do setor é que o zkBridge requer apenas a presença de um nó honesto na rede de retransmissão e assume a confiabilidade dos zk-SNARKs.
Um avanço importante nesta construção reside no uso paralelo de zk-SNARKs: o provador Virgo (deVirgo), que introduz um novo sistema de provas distribuídas para acelerar o processo de geração de provas e usa provas recursivas para reduzir o custo de verificação de provas em cadeia. deVirgo depende do protocolo GKR e de um esquema de compromisso polinomial para gerar provas para circuitos que verificam múltiplas assinaturas. A prova deVirgo é então comprimida através do provador Groth16 e verificada pelo contrato de atualização na blockchain alvo. A combinação desses sistemas de prova permite que o zkBridge possibilite uma comunicação eficiente entre cadeias sem depender de suposições de confiança externas.
A versão Alpha da mainnet do zkBridge foi lançada em abril de 2023 e agora está facilitando a interoperabilidade entre várias redes blockchain L1 e L2, como BNB Chain, Ethereum e Arbitrum. Falando no evento ETHCC Paris zkDAY 2023, o CTO da Polyhedra Network, Tiancheng Xie, destacou que o protocolo atraiu mais de 50.000 usuários ativos diários e 800.000 usuários ativos mensais desde seu lançamento na rede principal.
Com sua arquitetura modular, o zkBridge abre vastas possibilidades para desenvolvedores e usuários. Essas possibilidades incluem ponte e troca de tokens, mensagens e lógica computacional que se adapta às mudanças de estado entre diferentes redes blockchain.
Resumir
A incorporação da tecnologia zk-SNARKs no projeto de pontes entre cadeias pode resolver efetivamente problemas relacionados à descentralização e segurança. No entanto, isso também cria um gargalo computacional devido à grande escala do circuito envolvido. À medida que o foco na interoperabilidade continua a aumentar, acredito que mais desenvolvedores trabalharão duro para desenvolver uma tecnologia de ponte entre cadeias segura e escalável. Espera-se que esses desenvolvimentos tenham um impacto positivo no avanço geral e na aplicação da tecnologia ZK. Portanto, podemos esperar progressos significativos na investigação, implementação de inovação e adoção mais ampla de aplicações entre cadeias num futuro próximo.