Trong lĩnh vực công nghệ blockchain đang phát triển nhanh chóng, nhiều giao thức đã được đề xuất và triển khai. Tuy nhiên, mỗi giao thức áp dụng một phương pháp đồng thuận khác nhau - từ bằng chứng công việc tính toán đến Bằng chứng cổ phần dựa trên khuyến khích, v.v. Kể từ những ngày đầu của blockchain, tính thanh khoản và tài sản đã dần bị phân tán giữa các chuỗi khác nhau do sự khác biệt về giao thức ở nhiều khía cạnh khác nhau như sự đồng thuận, bảo mật và ngôn ngữ lập trình. Cầu nối chuỗi chéo nổi lên như một giải pháp cho vấn đề này, giảm sự phân mảnh và tích hợp tính thanh khoản giữa các chuỗi khối khác nhau. Một giao thức cầu nối chuỗi chéo như vậy là Wormhole, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lưu thông tiền điện tử và mã thông báo không thể thay thế (NFT) giữa các chuỗi khối hợp đồng thông minh khác nhau như Solana và Ethereum.
Rủi ro hiện tại của cầu nối chuỗi chéo
Cầu nối chuỗi có thể khá phức tạp. Đảm bảo an ninh cho cầu nối chuỗi chéo của nó là một thách thức quan trọng, vì tài sản được lưu trữ trong hợp đồng thông minh hoặc người giám sát trung tâm cần phải được bảo vệ. Bởi vì tiền của cây cầu được lưu trữ tập trung nên trước đây nó từng là mục tiêu của tin tặc. Thiết kế cầu nối ngày càng phát triển cũng tạo cơ hội cho kẻ tấn công tìm ra các lỗ hổng và cách khai thác mới. Vào năm 2022, Wormhole bị hack sau khi một bản sửa lỗi bảo mật được tải lên Github, gây thiệt hại 325 triệu USD. Hacker đã thành công và lấy đi số tiền. Chainalysis báo cáo rằng các cuộc tấn công cầu nối chuỗi chiếm 69% tổng số tiền bị đánh cắp vào năm 2022.
Một thách thức khác phải đối mặt là hiệu quả hoạt động kém và sự phụ thuộc vào các đơn vị trung ương. Các cầu nối chuỗi chéo hiện tại phải đối mặt với các vấn đề về khả năng mở rộng. Để cập nhật và điều chỉnh trạng thái của cả hai chuỗi, cầu nối chuỗi chéo yêu cầu một lượng lớn sức mạnh tính toán và dung lượng lưu trữ, dẫn đến chi phí đáng kể. Để giảm bớt gánh nặng này, một số cầu nối chuỗi chéo đã chuyển sang cách tiếp cận kiểu ủy ban, trong đó chỉ có một nhóm người xác nhận hạn chế (hoặc thậm chí chỉ những người nắm giữ nhiều chữ ký) phê duyệt chuyển khoản nhà nước. Tuy nhiên, cách tiếp cận này khiến họ gặp phải các lỗ hổng và các cuộc tấn công tiềm ẩn.
Chính những vấn đề này đã thúc đẩy các nhà phát triển bắt đầu tìm kiếm các giải pháp thay thế, đặc biệt là những giải pháp tận dụng mật mã không có kiến thức. Trong số các phương pháp tiếp cận này, việc tận dụng công nghệ zk-SNARK sẽ loại bỏ sự cần thiết của mô hình ủy ban trong khi vẫn đảm bảo khả năng mở rộng mạng.
Cầu chuỗi chéo dựa trên công nghệ zk-SNARKs
Hiện tại, có một số dự án phát triển giải pháp cầu nối công nghệ ZK trên các hệ sinh thái và giai đoạn phát triển khác nhau, như:
Phòng thí nghiệm ngắn gọn
zkIBC của Electron Labs
zkBridge của Mạng đa diện
Những sáng kiến này tận dụng công nghệ zk-SNARKS để cách mạng hóa việc thiết kế các cây cầu xuyên chuỗi. Tuy nhiên, để thực hiện thành công tất cả các phương pháp này, yêu cầu chính là giao thức máy khách nhẹ – một phần mềm kết nối với các nút đầy đủ và tạo điều kiện tương tác với blockchain. Giao thức này đảm bảo rằng các nút có thể đồng bộ hóa hiệu quả các tiêu đề khối với trạng thái blockchain đã được xác nhận.
Khi áp dụng công nghệ zk-SNARKs cho các cầu nối chuỗi chéo, có hai thách thức chính nảy sinh. Đầu tiên, cầu nối chuỗi chéo yêu cầu quy mô mạch lớn hơn so với cuộn dây. Thứ hai, vấn đề giảm thiểu chi phí lưu trữ và tính toán trên chuỗi cần phải được giải quyết.
Phòng thí nghiệm ngắn gọn
Succinct Labs đang phát triển một ứng dụng khách nhẹ cho sự đồng thuận PoS (bằng chứng cổ phần) của Ethereum 2.0, tạo ra một cầu nối chuỗi chéo giảm thiểu độ tin cậy giữa Gnosis và Ethereum. Cầu nối chuỗi chéo này tận dụng hiệu quả của zk-SNARKS để xác minh bằng chứng xác thực đồng thuận trên chuỗi một cách ngắn gọn.
Quá trình thiết lập bao gồm một ủy ban đồng bộ gồm 512 người xác nhận, được chọn ngẫu nhiên sau mỗi 27 giờ. Những người xác nhận này chịu trách nhiệm ký từng tiêu đề khối trong khoảng thời gian được chỉ định của họ. Trạng thái của Ethereum được coi là hợp lệ nếu hơn ⅔ người xác thực của nó ký vào từng tiêu đề khối. Quá trình xác minh chủ yếu bao gồm việc xác minh những điều sau:
1. Bằng chứng Merkle về tiêu đề khối
2. Bằng chứng Merkle của người xác nhận trong ủy ban đồng bộ hóa
3. Chữ ký BLS đảm bảo luân chuyển đúng đắn các ủy ban đồng bộ
Quá trình này phát sinh chi phí tính toán đáng kể, vì khái niệm cơ bản là ứng dụng khách nhẹ sử dụng zk-SNARK (Groth16) để tạo bằng chứng có kích thước không đổi (bằng chứng xác thực) có thể được xác minh một cách hiệu quả trên chuỗi Gnosis. Bằng chứng được tạo ra thông qua tính toán ngoài chuỗi, bao gồm việc xây dựng một mạch xác minh trình xác thực và chữ ký của họ, sau đó tạo ra bằng chứng zk-SNARK. Tiêu đề bằng chứng và khối sau đó được gửi đến hợp đồng thông minh trên chuỗi Gnosis để xác minh.
Việc áp dụng zk-SNARK giúp giảm chi phí lưu trữ và độ phức tạp của mạch, từ đó giảm các giả định về độ tin cậy. Tuy nhiên, cách tiếp cận này được tối ưu hóa đặc biệt cho giao thức đồng thuận Ethereum 2.0 và EVM và có thể yêu cầu khả năng thích ứng cao hơn để áp dụng cho các mạng blockchain khác.
Chỉ trong tháng 7 năm nay, Succinct Labs đã đưa ra một thông báo quan trọng, xác nhận rằng ứng dụng khách nhẹ Ethereum ZK của họ đã chính thức được tích hợp vào mạng chính để tăng cường tính bảo mật của Gnosis Omnibridge. Sự tích hợp này sẽ giúp Succinct Labs bảo đảm Gnosis Omnibridge, hiện có tổng giá trị bị khóa (TVL) là hơn 40 triệu USD và đã tạo điều kiện thuận lợi cho dòng tài sản stablecoin trị giá hơn 1,5 tỷ USD cho đến nay.
zkIBC của Electron Labs
Electron Labs đang xây dựng một cầu nối chuỗi chéo bắt nguồn từ hệ sinh thái Cosmos SDK, một khuôn khổ dành cho các chuỗi khối dành riêng cho ứng dụng. Cầu nối chuỗi chéo của nó sẽ tận dụng công nghệ IBC (Giao tiếp liên chuỗi) để cho phép liên lạc liền mạch giữa tất cả các chuỗi khối độc lập được xác định trong khuôn khổ.
Tuy nhiên, việc triển khai ứng dụng khách nhẹ của Cosmos SDK vào Ethereum gặp nhiều khó khăn. Ứng dụng khách nhẹ Tendermint được Cosmos SDK sử dụng chạy trên Twisted Edwards Curve (Ed25519), đây là một đường cong mà chuỗi khối Ethereum vốn không hỗ trợ. Do đó, việc xác minh chữ ký Ed25519 trên đường cong BN254 của Ethereum rất tốn kém và không hiệu quả. Để vượt qua trở ngại này, Electron Labs đang phát triển giải pháp dựa trên công nghệ zk-SNARKs. Hệ thống này sẽ tạo ra bằng chứng ngoài chuỗi về tính hợp lệ của chữ ký và chỉ xác minh bằng chứng trên chuỗi Ethereum, giải quyết vấn đề này một cách hiệu quả.
Bằng cách áp dụng phương pháp này, chữ ký Ed25519 trong Cosmos SDK có thể được xác minh một cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí trên chuỗi khối Ethereum đồng thời tránh đưa ra bất kỳ giả định tin cậy bổ sung nào. Tuy nhiên, một vấn đề tiềm ẩn mà phương pháp này có thể gặp phải là độ trễ. Tốc độ tạo khối trong Cosmos SDK là 7 giây để theo kịp tốc độ này, thời gian chứng minh phải được rút ngắn đáng kể. Electron Labs dự định giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng nhiều máy tính để tạo bằng chứng đồng thời, sau đó hợp nhất chúng thành một bằng chứng zk-SNARK duy nhất.
zkBridge của Mạng đa diện
So với hai công trình xây dựng cầu xuyên chuỗi hàng đầu khác dựa trên bằng chứng không có kiến thức, zkBridge nổi bật với khuôn khổ linh hoạt và đa dạng tạo điều kiện phát triển nhiều ứng dụng trên nền tảng của nó. Nó sử dụng hiệu quả zk-SNARK để thiết lập một quy trình liên lạc hiệu quả, cho phép người chứng minh thuyết phục chuỗi nhận rằng một quá trình chuyển đổi trạng thái cụ thể đã xảy ra trên chuỗi gửi. Khung zkBridge bao gồm hai thành phần chính:
Mạng chuyển tiếp tiêu đề khối: Thành phần này lấy tiêu đề khối từ chuỗi gửi, tạo bằng chứng để xác thực tiêu đề khối và sau đó truyền cả tiêu đề khối và bằng chứng đến hợp đồng cập nhật trên chuỗi nhận.
Hợp đồng cập nhật: Phần này duy trì trạng thái máy khách nhẹ và tự động kết hợp nó vào tiêu đề khối của chuỗi gửi sau khi bằng chứng liên kết được xác minh. Ngoài ra, nó cũng cập nhật trạng thái chuỗi chính hiện tại của chuỗi gửi.
Sự khác biệt chính giữa zkBridge và các phương pháp tiếp cận hàng đầu trong ngành khác là zkBridge chỉ yêu cầu sự hiện diện của một nút trung thực trong mạng chuyển tiếp và giả định độ tin cậy của zk-SNARK.
Một tiến bộ quan trọng trong bản dựng này nằm ở việc sử dụng song song zk-SNARK: bộ chứng minh Xử Nữ (deVirgo), giới thiệu một hệ thống bằng chứng phân tán mới để tăng tốc quá trình tạo bằng chứng và sử dụng bằng chứng đệ quy để giảm chi phí xác minh bằng chứng trên chuỗi của. deVirgo dựa vào giao thức GKR và sơ đồ cam kết đa thức để tạo bằng chứng cho các mạch xác minh nhiều chữ ký. Bằng chứng deVirgo sau đó được nén thông qua bộ chứng minh Groth16 và được xác minh bằng hợp đồng cập nhật trên chuỗi khối mục tiêu. Sự kết hợp của các hệ thống bằng chứng này cho phép zkBridge kích hoạt giao tiếp xuyên chuỗi hiệu quả mà không cần dựa vào các giả định tin cậy bên ngoài.
Phiên bản mainnet Alpha của zkBridge được phát hành vào tháng 4 năm 2023 và hiện đang tạo điều kiện cho khả năng tương tác chuỗi chéo giữa một số mạng chuỗi khối L1 và L2, chẳng hạn như Chuỗi BNB, Ethereum và Arbitrum. Phát biểu tại sự kiện ETHCC Paris zkDAY 2023, CTO của Polyhedra Network, Tian Cheng Xie, nhấn mạnh rằng giao thức đã thu hút hơn 50.000 người dùng hoạt động hàng ngày và 800.000 người dùng hoạt động hàng tháng kể từ khi ra mắt mạng chính.
Với kiến trúc mô-đun, zkBridge mở ra những khả năng to lớn cho các nhà phát triển và người dùng. Những khả năng này bao gồm bắc cầu và hoán đổi mã thông báo, nhắn tin và logic tính toán thích ứng với những thay đổi trạng thái giữa các mạng blockchain khác nhau.
Tóm tắt
Việc kết hợp công nghệ zk-SNARKs vào thiết kế cầu nối chuỗi có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề liên quan đến phân quyền và bảo mật. Tuy nhiên, điều này cũng tạo ra một nút cổ chai về mặt tính toán do liên quan đến quy mô mạch lớn. Khi sự tập trung vào khả năng tương tác tiếp tục tăng lên, tôi tin rằng sẽ có nhiều nhà phát triển làm việc chăm chỉ hơn để phát triển công nghệ cầu nối chuỗi chéo an toàn và có thể mở rộng. Những phát triển này dự kiến sẽ có tác động tích cực đến sự tiến bộ và ứng dụng chung của công nghệ ZK. Do đó, chúng ta có thể mong đợi những tiến bộ đáng kể trong nghiên cứu, triển khai đổi mới và áp dụng rộng rãi hơn các ứng dụng chuỗi chéo trong tương lai gần.