Вступ до зорієнтованого шару

Вступ до зорієнтованого шару

У початкових етапах Ethereum не була спеціально розроблена для технології Zero-Knowledge Proofs (ZK-Proofs). У зв'язку з постійним розвитком технології блокчейн, інтеграція нових функціональностей в Ethereum з метою покращення його системи доказів була технічно складним і повільним процесом. Зіткнувшись з цими викликами, проект Aligned Layer має на меті перетворити Ethereum в високопродуктивну та ефективну платформу верифікації SNARK за доступною ціною.

Aligned Layer зобов'язана розширювати можливості Zero-Knowledge Proof Ethereum, інтегруючи різноманітні та інноваційні функції в екосистему Ethereum. Проект використовує методи перевірки обчислень та функції безпеки Ethereum для надання інфраструктури для майбутніх довірених додатків.

З вирівняним шаром процес перевірки підтвердження Ethereum стане швидшим та ефективнішим з точки зору витрат, орієнтовно витрати на перевірку зменшаться на 90%. Це значне зниження витрат покращує ефективність обробки та знижує економічні бар'єри для участі користувачів, що дозволяє більшій кількості розробників та користувачів отримувати переваги.

Aligned Layer - це ефективний верифікаційний шар, побудований на основі EigenLayer. Він використовує механізм ставок EigenLayer, щоб забезпечити економічну безпеку та довіру. Це дозволяє Aligned Layer досягти низької вартості та високоефективної верифікації шляхом агрегування та перевірки кількох систем доказів без зміни основного протоколу Ethereum. У той же час EigenLayer сприяє відкритій інновації в Ethereum, дозволяючи розробникам впроваджувати нові технології доказів для підвищення масштабованості та гнучкості системи.

Вступ до Засновницьких Членів

Команда складається з наступних чотирьох учасників: перший зліва - засновник Роберто Хосе Каталан, який закінчив Буенос-Айреський інститут технологій. Він є старшим розробником програмного забезпечення в LambdaClass і заснував Yet Another Company. Другий зліва - Федеріко Карроне, який присвячений просуванню інновацій та розвитку в екосистемі Ethereum. Третій зліва - засновник та директор з досліджень Aligned Layer Дієго Кінгстон. Четвертий зліва - засновник та технічний директор Мауро Тоскано, який успішно розвиває технічний напрямок проекту та стратегії реалізації.

Джерело: Вирівняний шар

Вступ до доказів з нульовою інформацією

Вступ до доказів нульового знання

Докази нульового знання (ZKP) - це математичні алгоритми, які були вперше введені в 1985 році в роботі «Комплексність знання інтерактивних систем доказів» Шафі Голдвассером та іншими. У доказі нульового знання доведувач надає математичне доказ, яке може створити лише він, тоді як перевіряючий може використовувати це доказ для перевірки правдивості вислову. Однак перевіряючий не може використовувати доказ для відновлення початкової інформації.

Таким чином, докази нульового знання корисні, коли мається справу з чутливою інформацією або коли довідник не бажає, щоб перевіряючий мав доступ до деталей. Наприклад, багато проектів DeFi використовують ZKP, щоб надати користувачам покращену конфіденційність та безпеку, застосовуючи її у галузях, таких як кредити, позичання та транзакції.

Додатково важливо зауважити, що доведення з нульовим знанням є ймовірними, а не детермінованими доведеннями, але певні техніки можуть зменшити помилку до знехтувального рівня.

Особливості доказів нульового розголошення

Повнота: Якщо твердження є правдивим, чесний доводчик завжди зможе переконати чесного перевіряючого. Іншими словами, «правдиві твердження не можуть бути хибними». Правильне твердження повинно переконати перевіряючого.

Правильність: Якщо твердження неправдиве, у більшості випадків доказуючий, намагаючись обдурити, не може змусити чесного перевіряючого повірити неправдивому твердженню. Іншими словами, «неправдиві твердження не можуть бути правдивими».

Zero-Knowledge: Якщо твердження є правдою, після підтвердження правдивості твердження верифікатор не може отримати жодної додаткової інформації, окрім факту, що твердження є правдивим. Цей підхід захищає приватність доведувача та уникнення можливого розкриття інформації.

Приклади доказів нульового відомості

Перевірка особистості

В Інтернеті для підтвердження особи часто потрібна конфіденційна інформація, така як ім'я та дата народження, що може призвести до витоку особистих даних. Ми можемо створити унікальний криптографічний цифровий ідентифікатор для кожного користувача за допомогою технології блокчейн, створивши децентралізовану систему верифікації особи. Ця система гарантує, що документ, що посвідчує особу, не може бути підроблений або використаний не за призначенням без відома користувача. Докази з нульовим розголошенням дозволяють користувачам ефективно підтверджувати свою особу без розголошення особистої інформації, значно спрощуючи процес верифікації та знижуючи ризик централізованого зберігання даних. Крім того, докази з нульовим розголошенням можна використовувати для створення приватних систем репутації, дозволяючи користувачам використовувати докази репутації з таких платформ, як Facebook, Twitter і GitHub, не розкриваючи конкретні облікові записи в соціальних мережах.

Анонімні платежі

У традиційних платіжних системах деталі транзакцій часто відкриті для кількох сторін, включаючи постачальників платіжних послуг, банки та урядові агентства, що може піддавати ризику приватність користувача. У той час як криптовалюти використовують транзакції від одного рівня до іншого, щоб уникнути моніторингу сторонніх осіб, більшість публічних блокчейнів показують транзакції публічно. Це означає, що навіть з анонімними адресами люди можуть відстежувати конкретні транзакції через кореляцію адрес або процедури KYC обміну. Як тільки відома адреса гаманця, його баланс рахунку та історія транзакцій стають видимими.

Технологія доказу з нульовим розголошенням пропонує анонімні платіжні рішення на трьох рівнях: монети конфіденційності, програми конфіденційності та блокчейни, орієнтовані на конфіденційність. Наприклад, монети конфіденційності, такі як Zcash, використовують технологію доказу з нульовим розголошенням, щоб приховати деталі транзакцій, включаючи адреси відправників і одержувачів, суми транзакцій і позначки часу. Аналогічно, Tornado Cash, децентралізована програма, побудована на Ethereum, використовує докази з нульовим розголошенням, щоб приховати деталі транзакцій, тим самим підвищуючи конфіденційність транзакцій.

Важливі розробки в ZK (Zero-Knowledge)

zk-SNARKs

ZK-SNARKs - це спеціалізована технологія нульових доказів, яка дозволяє перевірку без розкриття будь-якої додаткової інформації про твердження. Ця технологія застосовується в блокчейн-платіжних системах, таких як Zcash та JPMorgan.

Крім того, ZK-SNARKs покращують ефективність та масштабованість мереж блокчейн. У традиційних блокчейнах, для забезпечення правильності транзакцій потрібно, щоб кожен вузол перевіряв кожну транзакцію повторно, що є часозатратним та обмежує масштабованість мережі. ZK-SNARKs уникнути потреби в повторному виконанні кожного кроку обчислення вузлами, перевіривши вірність обчислень поза ланцюжком. Це зменшує потребу в зберіганні даних транзакцій та значно покращує швидкість обробки мережі.

Використання ZK-SNARKs потребує одноразового довіреного процесу налаштування, де генератор ключів використовує алгоритми та секретні параметри для створення двох важливих публічних ключів: одного для створення доказів та іншого - для верифікації. Цей процес несе потенційні ризики, такі як розкриття секретних параметрів, які можуть бути використані для створення хибних доказів. Тому наукова спільнота активно досліджує шляхи для усунення залежності від довірених налаштувань в ZK-SNARKs для підвищення безпеки.

zk-Rollups

Zero-Knowledge Rollup відноситься до використання технології доведення нульового знання для зміщення обчислень в офшор, що зменшує навантаження на мережу. Як рішення другого рівня для масштабування Ethereum, воно може значно збільшити пропускну здатність транзакцій, зберігаючи при цьому низькі комісії за транзакції. Наприклад, у 2022 році BNB Chain запустив тестову мережу zkBNB на основі архітектури zkRollup. zkBNB пакує сотні транзакцій в офшорі в один пакет та генерує криптографічне доказове підтвердження правильності всіх транзакцій. Ця технологія забезпечує баланс між масштабованістю та безпекою, що робить її підходящою для середовищ, які вимагають транзакцій великого масштабу та низької затримки.

Спочатку розроблена Віртуальна Машина Ethereum (EVM) не враховувала використання технології доказу нульового знання. Засновник Ethereum Віталік Бутерин вважає, що технічна реалізація zk-Rollup є досить складною на короткий термін.

Виклики zk-Rollup та Aligned Layer

zk-RollUp все ще стикається з декількома викликами, включаючи ліквідність та розподіл користувачів, вищі витрати на верифікацію через обмеження EVM, та труднощі у відстеженні інновацій системи підтвердження. Іншими словами, поточна інфраструктура не призначена для універсального верифікатора. EigenLayer дозволяє розробникам створювати нові протоколи на довірчому рівні Ethereum, зламуючи обмеження EVM та сприяючи відкритій інновації. Нова інфраструктура може бути введена для прискорення розвитку Ethereum без зміни основного протоколу.

Aligned Layer, як універсальний шар верифікації, має на меті стати основною інфраструктурою для мережі шляхом створення шару, спеціально призначеного для zk-доказів. Це дозволяє розробникам отримати доступ до швидкої, ефективної та масштабованої децентралізованої верифікаційної мережі. За допомогою функціоналу повторного вкладення EigenLayer підтримуватиме Ethereum. Цей підхід зменшує залежність від змінливих цін та поліпшує мостики та загальний досвід користувача. Крім того, Aligned Layer прискорює інновації Ethereum через перевірку обчислень, інтегруючи нові системи власних доказів, зменшуючи витрати на верифікацію та покращуючи дружелюбність розробника, тим самим сприяючи інноваціям у нових довірених додатках.

Складнощі існуючих технологій

Недоліки оригінальних блокчейнів

Недоліком оригінально розроблених блокчейнів є те, що додавання більшої кількості обладнання не робить систему швидшою. Це тому, що кожен вузол повинен повторно виконувати обчислення. Докази нульового знання (ZK-докази) вирішують цю проблему, дозволяючи швидко перевіряти складні обчислення з додатковим обладнанням. Основна ідея доказів нульового знання полягає в перевірці короткого рядка (зазвичай порядку кБ, набагато меншого, ніж вся інформація, необхідна для підтвердження твердження), що дозволяє зменшити час перевірки логарифмічно відносно масштабу обчислення, 𝑂 (log 𝑛), де (n) - це кількість обчислювальних кроків.

Хоча теоретично розуміло давно, практична реалізовність з'явилася лише після 2014 року. З того часу в криптографії та теорії доказів спостерігається вибуховий ріст, з появою різних скінченних полів, еліптичних кривих, хеш-функцій та схем зобов'язання до поліномів. Ці розвитки призвели до компромісів у часі доведення та перевірки та розмірах доказів.

Zero-Knowledge Layer 2 (zk-rollups)

Рішення нульового рівня 2 (такі як zkSync, Starknet та Polygon) розширюють можливості Ethereum, роблячи його швидшим і дешевшим, зберігаючи при цьому гарантії безпеки.

• ZK-rollups більш ефективно використовують блочний простір, зменшуючи витрати.
• Rollups перевіряють виконання завдань на одному або групі вузлів, доводять обчислення до Ethereum через контракти EVM і спираються на криптоекономічні та криптографічні гарантії для довіри до Ethereum.

Проте вони також створюють проблеми з ліквідністю та фрагментацією користувачів, такі як потреба у мостінгу, що збільшує витрати та ускладнює користувацький досвід. За поточних рішень, якщо ви будуєте додатки на основі перевірки обчислень, ви можете будувати лише додатки, яким довіряє шар перевірки обчислень. EigenLayer дозволяє створення додатків, які успадковують довіру Ethereum, не будуючи додатки на основі самого блокчейну. Ви можете використовувати різні механізми консенсусу для створення нових блокчейнів.

Крім того, EigenLayer підтримує побудову децентралізованих систем, таких як мости, доступність даних, MEV, а навіть шари ZK-підтвердження (такі як його Aligned Layer). Загалом, EigenLayer використовує інші рішення, ніж інші рішення Layer 2, щоб розширити функціональність Ethereum.

Інновації EigenLayer

Механізм повторного вкладення

EigenLayer вводить новий механізм повторного укладання, який дозволяє стейкерам Ethereum використовувати ті ж самі стейк-активи для участі в кількох додатках, відомих як активно валідовані сервіси (AVS). Стейкери можуть заробляти додаткові винагороди з кількох додатків без значних додаткових витрат, тим самим підвищуючи свою участь та загальну мережеву безпеку.

Різноманітні сценарії застосування: EigenLayer підтримує створення різноманітних застосувань, включаючи Шари доступності даних, Децентралізовані послідовники, Оракули, Управління Opt-In MEV та Швидкі мости для Rollups. Ця різноманітність не тільки розширює функціональність екосистеми Ethereum, але також надає розробникам більш гнучку платформу інновацій, що дозволяє створювати більш ефективні рішення, призначені для різних потреб.

Розширення можливостей Ethereum

EigenLayer дозволяє розробникам будувати нові протоколи та додатки на довіреному рівні Ethereum без прямого запуску на блокчейн Ethereum. Це дозволяє розробникам використовувати безпеку та довіру Ethereum, вибираючи різні механізми консенсусу та параметри дизайну, що дозволяє досягти більш ефективних рішень в галузі блокчейн. Наприклад, розробники можуть створювати нові блокчейни, які користуються довірою Ethereum, пропонуючи при цьому більшу гнучкість щодо продуктивності та вартості.

Поліпшення ефективності перевірки

Механізм повторного стейкінга EigenLayer значно покращує ефективність перевірки, зробивши процес перевірки швидшим та економічнішим. Цей механізм дозволяє об'єднувати кілька результатів перевірки в один доказ, що значно зменшує обчислювальні ресурси та витрати, необхідні для окремих перевірок. Цей підхід до агрегованої перевірки не тільки покращує масштабованість системи, але й збільшує загальну ефективність процесу перевірки, що дозволяє додаткам блокчейну працювати більш плавно.

Пояснення архітектури зі спрямованим шаром

Основні компоненти вирівняного шару

• Aligned Layer: отримує докази від різних систем доказів, перевіряє їх, відправляє кінцеві результати на Ethereum та публікує дані в Шар Доступності Даних (DA).
• Шара доступності даних (DA Layer): Забезпечує зберігання різних доказів, забезпечуючи доступність та стійкість даних.
• Загальні перевірювачі доказів: періодично вилучають докази зі шару DA та генерують докази для всіх перевірок. Ці загальні перевірювачі можуть базуватися на віртуальних машинах, таких як SP1, Risc0 або Nexus, які можуть перевіряти виконання загального Rust-коду. Кінцеві докази перевірки зберігаються в рекурсивному дереві для агрегації та стиснення розмірів доказів.
• Ethereum: Забезпечує джерело довіри та ліквідності, отримуючи результати верифікації зі зведеного шару.

Джерело: Біла книга Aligned Layer

Джерело: Білий папір Aligned Layer

Процес верифікації

Менеджер завдань публікує докази на DA-рівень і створює нове завдання на Ethereum, надсилаючи хеш-значення доказу та необхідні метадані. Оператори отримують завдання з Ethereum, отримують доказ з DA-рівня, а потім надсилають результати перевірки агрегатору. Агрегатор перевіряє результати та публікує їх на блокчейн Ethereum.

Джерело: Білий папір Aligned Layer

Механізм зниження рейтингу

Для забезпечення того, щоб учасники децентралізованої мережі мали відповідні стимули, проект вводить механізм стягнення штрафу для учасників, які виявляють зловмисні дії. Цей механізм все ще перебуває у розробці в більшості активно валідованих сервісів (AVS) від EigenLayer. Короткострокове рішення вимагає згоди двох третин операторів в мережі та публікації результатів на Ethereum. Оператори, які не зможуть досягти згоди, будуть покарані за те, що виступили проти результатів, з якими погодилася більшість мережі. Хоча цей механізм далекий від ідеальності, враховуючи, що клієнтське програмне забезпечення Aligned Layer буде легким та матиме менші вимоги до обладнання, мережа зможе приймати більше учасників для досягнення децентралізації. Чим більше децентралізована мережа, тим вища ймовірність того, що більшість учасників будуть діяти чесно.

Двоканальна модель стейкінгу

Команда проєкту запропонувала модель подвійного стейкінгу. По-перше, для цього потрібно використовувати Ethereum (ETH) і повторний стейкінг з EigenLayer для запуску мережі Proof of Stake (PoS). Цей етап спрямований на використання наявних ресурсів і довірчої бази Ethereum для встановлення початкової роботи та безпеки мережі. На другому етапі нативні токени вводяться як частина будь-якої критичної інфраструктури для забезпечення прав управління, що робить вартість порушення мережевої активності та безпеки дуже високою. Модель подвійного стейкінгу забезпечує високу безпеку та активність мережі. Впроваджуючи нативні токени для децентралізованого управління, модель підвищує прозорість та участь у прийнятті рішень щодо значних структурних змін, забезпечуючи стабільну роботу мережі та довгострокову стійкість.

Висновок

Мета вирівняного шару - вирішити проблеми, пов'язані з тим, що спочатку він не був розроблений для доказів нуль-знань (ZK-доказів), та перетворити Ethereum в ефективну та вартісну платформу перевірки SNARK. Вирівняний шар використовує механізм перезаставлення EigenLayer, щоб забезпечити економічну безпеку та джерело довіри, що дозволяє досягти низьких витрат та ефективних процесів перевірки шляхом агрегації та перевірки кількох систем доказів без зміни основного протоколу Ethereum. EigenLayer дозволяє розробникам створювати нові протоколи та додатки на довірному шарі Ethereum, сприяючи відкритій інновації та впровадженню нових технологій доказів, підвищуючи масштабованість та гнучкість системи.