В быстро развивающейся области технологии блокчейн было предложено и реализовано множество протоколов. Однако каждый протокол использует свой метод консенсуса — от вычислительного доказательства работы до доказательства доли на основе стимулов и т. д. Из-за различий в протоколах в различных аспектах, таких как консенсус, безопасность, языки программирования и т. д., ликвидность и активы постепенно распределялись между различными цепочками с первых дней существования блокчейна. Межцепочные мосты появляются как решение этой проблемы, уменьшая фрагментацию и интегрируя ликвидность между различными блокчейнами. Одним из таких протоколов межцепочного моста является Wormhole, который облегчает обращение 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 межцепочного моста является важной задачей, поскольку активы, хранящиеся в смарт-контрактах или центральных хранителях, должны быть защищены. Поскольку средства моста хранятся централизованно, он исторически был целью хакеров. Развивающаяся конструкция мостов также предоставляет злоумышленникам возможности находить новые уязвимости и эксплойты. В 2022 году Wormhole был взломан после загрузки исправления безопасности на Github, что привело к потере 325 миллионов долларов. Хакеру это удалось, и он забрал средства. Chainaанализ сообщает, что атаки через мосты между цепочками составили 69% от общего количества украденных средств в 2022 году.
Еще одной проблемой, с которой пришлось столкнуться, была низкая производительность и зависимость от центральных органов. Существующие межцепочные мосты сталкиваются с проблемами масштабируемости. Чтобы обновлять и корректировать состояние обеих цепочек, межцепочные мосты требуют большого объема вычислительной мощности и емкости хранилища, что приводит к значительным накладным расходам. Чтобы облегчить это бремя, некоторые межсетевые мосты перешли на комитетный подход, при котором только ограниченный набор валидаторов (или даже только держатели мультиподписей) одобряет государственные передачи. Однако такой подход подвергает их уязвимостям и потенциальным атакам.
Именно эти проблемы побудили разработчиков начать искать альтернативные решения, особенно те, которые используют криптографию с нулевым разглашением. Среди этих подходов использование технологии zk-SNARKs устраняет необходимость в модели комитета, обеспечивая при этом масштабируемость сети.
Перекрестный мост на основе технологии zk-SNARKs
В настоящее время существует несколько проектов по разработке технологических мостов ZK для разных экосистем и этапов разработки, таких как:
Краткие лаборатории
zkIBC от Electron Labs
zkBridge от Polyhedra Network
Эти инициативы используют технологию zk-SNARKS, чтобы произвести революцию в конструкции перекрестных мостов. Однако для успешной реализации всех этих подходов ключевым требованием является легкий клиентский протокол — часть программного обеспечения, которая подключается к полным узлам и облегчает взаимодействие с блокчейном. Этот протокол гарантирует, что узлы могут эффективно синхронизировать заголовки блоков с подтвержденным статусом блокчейна.
При применении технологии zk-SNARKs для перекрестных мостов возникают две основные проблемы. Во-первых, мосты с перекрестными цепочками требуют большего масштаба схемы, чем свертывания. Во-вторых, необходимо решить проблему минимизации накладных расходов на хранение и вычисления в цепочке.
Краткие лаборатории
Succinct Labs разрабатывает легкий клиент для консенсуса PoS (доказательство доли) Ethereum 2.0, создавая межцепной мост с минимальным доверием между Gnosis и Ethereum. Этот межцепочный мост использует эффективность zk-SNARKS для краткой проверки доказательств достоверности консенсуса в цепочке.
В установке задействован синхронизированный комитет из 512 валидаторов, которые выбираются случайным образом каждые 27 часов. Эти валидаторы несут ответственность за подпись каждого заголовка блока в течение назначенного им периода времени. Состояние Ethereum считается действительным, если более ⅔ его валидаторов подписывают каждый заголовок блока. Процесс проверки в основном включает в себя проверку следующего:
1. Доказательство Меркла заголовка блока
2. Доказательство Меркла валидаторов в комитете по синхронизации
3. Подпись BLS для обеспечения правильной ротации комитетов по синхронизации.
Этот процесс требует значительных вычислительных затрат, поскольку основная концепция заключается в том, что легкий клиент использует zk-SNARK (Groth16) для создания доказательства постоянного размера (доказательства достоверности), которое можно эффективно проверить в цепочке Gnosis. Доказательство генерируется посредством вычислений вне цепочки, которые включают в себя создание схемы, которая проверяет валидатор и его подпись, а затем генерирует доказательство zk-SNARK. Доказательство и заголовок блока затем передаются в смарт-контракт в цепочке Gnosis для проверки.
Внедрение zk-SNARK помогает снизить накладные расходы на хранилище и сложность схемы, тем самым уменьшая предположения о доверии. Тем не менее, этот подход специально оптимизирован для консенсусного протокола Ethereum 2.0 и EVM и может потребовать большей адаптируемости для применения в других сетях блокчейнов.
Только в июле этого года Succinct Labs сделала важное заявление, подтвердив, что ее легкий клиент Ethereum ZK был официально интегрирован в основную сеть для повышения безопасности Gnosis Omnibridge. Благодаря этой интеграции Succinct Labs защитит Gnosis Omnibridge, общая заблокированная стоимость которого (TVL) в настоящее время составляет более 40 миллионов долларов США, и на сегодняшний день он способствовал потокам активов стейблкоинов на сумму более 1,5 миллиардов долларов США.
zkIBC от Electron Labs
Electron Labs строит межцепной мост, основанный на экосистеме Cosmos SDK, платформе для блокчейнов для конкретных приложений. Его межцепочный мост будет использовать технологию IBC (межсетевая связь), чтобы обеспечить бесперебойную связь между всеми независимыми блокчейнами, определенными в рамках.
Однако внедрение легкого клиента Cosmos SDK в Ethereum сопряжено с трудностями. Легкий клиент Tendermint, используемый Cosmos SDK, работает на кривой Twisted Edwards Curve (Ed25519), которая представляет собой кривую, которую блокчейн Ethereum изначально не поддерживает. Поэтому проверка подписей Ed25519 на кривой BN254 Ethereum является дорогостоящей и неэффективной. Чтобы преодолеть это препятствие, Electron Labs разрабатывает решение на основе технологии zk-SNARKs. Эта система будет генерировать внесетевое доказательство действительности подписи и проверять доказательство только в цепочке Ethereum, эффективно решая эту проблему.
Используя этот подход, подписи Ed25519 в Cosmos SDK можно эффективно и экономично проверять в блокчейне Ethereum, избегая при этом каких-либо дополнительных предположений о доверии. Однако одной из потенциальных проблем, с которыми может столкнуться этот подход, является задержка. Скорость генерации блока в Cosmos SDK составляет 7 секунд. Чтобы соответствовать этой скорости, время доказательства необходимо значительно сократить. Electron Labs намерена решить эту проблему, используя несколько компьютеров для одновременной генерации доказательств, а затем объединяя их в одно доказательство zk-SNARK.
zkBridge от Polyhedra Network
По сравнению с двумя другими ведущими в отрасли конструкциями перекрестных мостов, основанными на доказательствах с нулевым разглашением, zkBridge выделяется своей гибкой и разнообразной структурой, которая облегчает разработку множества 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:
Сеть ретрансляции заголовка блока: этот компонент получает заголовок блока из отправляющей цепочки, генерирует подтверждение для проверки заголовка блока, а затем передает как заголовок блока, так и доказательство в контракт обновления в принимающей цепочке.
Контракт обновления: эта часть поддерживает состояние легкого клиента и автоматически включает его в заголовок блока отправляющей цепочки после проверки доказательства ассоциации. Кроме того, он также обновляет текущий статус основной цепочки отправки.
Основное отличие zkBridge от других ведущих в отрасли подходов заключается в том, что zkBridge требует только наличия честного узла в ретрансляционной сети и предполагает надежность zk-SNARK.
Ключевое достижение в этой сборке заключается в параллельном использовании zk-SNARK: средства доказательства Virgo (deVirgo), которое представляет новую распределенную систему доказательств для ускорения процесса генерации доказательств и использует рекурсивные доказательства для снижения затрат на проверку доказательств в сети. из. deVirgo использует протокол GKR и схему полиномиальной фиксации для создания доказательств для схем, проверяющих несколько подписей. Затем доказательство deVirgo сжимается с помощью средства проверки Groth16 и проверяется контрактом обновления в целевом блокчейне. Комбинация этих систем проверки позволяет zkBridge обеспечить эффективную межсетевую связь, не полагаясь на предположения внешнего доверия.
Альфа-версия основной сети zkBridge была выпущена в апреле 2023 года и теперь обеспечивает межсетевое взаимодействие между несколькими сетями блокчейнов L1 и L2, такими как BNB Chain, Ethereum и Arbitrum. Выступая 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 огромные возможности для разработчиков и пользователей. Эти возможности включают в себя соединение и обмен токенов, обмен сообщениями и вычислительную логику, которая адаптируется к изменениям состояния между различными сетями блокчейнов.
Подведем итог
Включение технологии zk-SNARKs в конструкцию перекрестного моста может эффективно решить проблемы, связанные с децентрализацией и безопасностью. Однако это также создает узкие места в вычислениях из-за большого размера схемы. Поскольку внимание к совместимости продолжает расти, я считаю, что все больше разработчиков будут усердно работать над разработкой безопасной и масштабируемой технологии межсетевых мостов. Ожидается, что эти разработки окажут положительное влияние на общее развитие и применение технологии ZK. Поэтому мы можем ожидать значительного прогресса в исследованиях, внедрении инноваций и более широком внедрении кросс-чейн-приложений в ближайшем будущем.