شرح مفصل لترقية Boojum: لماذا اختارت zkSync Era نظام مقاومة STARK

المؤلف: zkSync الترجمة: Jinse Finance xiaozou

** النقاط الرئيسية في هذا المقال: **

** الترقية: ** ينتقل zkSync Era إلى نظام جديد للإثبات من Boojum بدون إعادة تكوين.

** الأداء: ** أثبتت Boojum أداءً برهانًا على مستوى عالمي ، حيث ساعدت في أداء فارز zkSync Era ، الذي يمكنه بالفعل التعامل مع أكثر من 100 TPS.

** اللامركزية: ** تحتاج Boojum prover (المصدق) فقط إلى ذاكرة وصول عشوائي (RAM) بسعة 16 جيجابايت ، مما يدعم اللامركزية على نطاق واسع في المستقبل.

** جاهز: ** تم إطلاق إثبات الظل (إثبات الظل) على الشبكة الرئيسية!

كما أوضحنا في بيان ZK Credo الخاص بنا ، تتمثل مهمة zkSync في تعزيز الحرية الشخصية للجميع من خلال بناء شبكة blockchain غير موثوقة وآمنة وغير مصرح بها وبأسعار معقولة وسهلة الاستخدام ومرنة وقابلة للتطوير بشكل لا نهائي ، مما يجعل الملكية الذاتية الرقمية متاحة بشكل عام .

لمتابعة هذه المهمة ، تم فتح إصدار Alpha من zkSync Era للجمهور منذ أكثر من ثلاثة أشهر وتلقى استجابة مذهلة. لقد رأينا الكثير من النشاط على الويب خلال هذا الوقت.

** مميزات الشبكة: **

· 577 مليون دولار من إجمالي القيمة المقفلة (المصدر: L2Beat).

23.75 مليون معاملة تمت معالجتها في الثلاثين يومًا الماضية - أكبر عدد تمت معالجته بواسطة L2 (المصدر: L2Beat).

· 9735 كود المصدر التحقق من العقود الذكية.

في مارس 2023 ، أطلقنا zkSync Era ، باستخدام نظام قائم على SNARK لدعم zkEVM الخاص بنا ، باستخدام إطار عمل الدائرة المثبت ، ودعمنا zkSync Lite على mainnet لما يقرب من ثلاث سنوات. ومع ذلك ، نحن نعلم أن هذه ليست نهاية نظام zkSync Era ، لقد صممنا النظام للسماح بإجراء تغييرات جذرية دون إجراء إعادة تكوين. هذا يعني أنه يمكننا إجراء ترقيات تشفير مهمة دون مقاطعة المطورين والمستخدمين.

لقد عملنا منذ فترة طويلة على ترقيات التشفير. اليوم ، يسعدنا أن نعلن عن أول ترقية للتشفير لدينا: ** zkSync ** ** E **** ra تنتقل إلى نظام إثبات جديد قائم على S **** TARK **** ، يُقال لـ "Boojum". **

** 1. مقدمة إلى Boojum **

Boojum هو اسم مكتبة الخوارزميات والقيود المستندة إلى Rust التي نستخدمها لتنفيذ إصدار zkSync Era و ZK Stack المطوّر من دوائر ZK. اسم بوجوم مستوحى من قصيدة The Hunting of The Snark للكاتب لويس كارول ، ويمثل بوجوم أكثر أنواع Snark رعباً.

** (1) ما هو بوجوم؟ **

يتميز تصميم بوجوم بعدد من الميزات الجذابة:

** خوارزمية من نوع PLONK ****: ** بالنسبة لبروتوكولات المعرفة الصفرية ، الخوارزمية (الحساب) هي عملية تحويل الحسابات العامة إلى أشكال رياضية. بقدر ما يتعلق الأمر بنظام الإثبات الحالي ، يستمر نظامنا الذي تمت ترقيته في استخدام خوارزمية من نوع PLONK. باستخدام هذا النهج ، تعد كتابة دوائر ZK أسهل من بعض البدائل الأخرى ، كما أن النظام أسهل في التطوير والتدقيق والصيانة والترقية.

· ** مخطط الالتزام القوي: ** جوهر بوجوم هو مخطط التزام FRI. يعد التزام FRI مكونًا رئيسيًا ، مما يسمح لنا بالالتزام بتعددية حدود محدودة ، ومن ثم إثبات أن (متعدد الحدود) ادعى الافتتاح هي بالفعل تنتمي إلى كثيرات الحدود ذات الترتيب المنخفض.

** كفاءة الجزء "b **** oring ****" من النظام: ** على الرغم من تجاهل توليد الشهود أحيانًا عندما يتحدث الناس عن أداء المُثبِّت ، في الإصدار الحالي من نظام الإثبات ، تم تحسين مُثبِّت GPU فعال للغاية ، ووقت تكوين الشهود يمكن مقارنته بوقت إنشاء الدليل. مع Boojum ، نوفر توازيًا آليًا (إذا سمح الرسم البياني للتبعية) بإنشاء شاهد ، مع الاستمرار في تسهيل تحديد وظائف إنشاء الشهود مثل | (أ ، ب) | أ + ب.

** سهل التوسيع: ** التجريد الأساسي لنظام القيد ضحل للغاية ، لكنه يسمح للمستخدمين بإضافة أنواع قيود البوابة المخصصة الخاصة بهم بطرق مختلفة ، مثل إضافة بعض الحدود المتخصصة ، أو إعادة استخدام الأعمدة المشتركة. بعد أن يحدد المستخدمون شكلًا هندسيًا بسيطًا لدائرتهم ، توفر لهم واجهة الامتداد القدرة على إنشاء المحققين والمحققين والمحققين المتكررين تلقائيًا. سيسمح هذا بعملية تطوير فعالة للغاية ؛ إذا قام المستخدم بتغيير هيكل الدائرة واختار استخدام نوع مختلف من البوابة ، فيمكنه استدعاء الواجهة مرة أخرى وسوف يقوم بإعادة إنشاء المفاتيح والتأكد من أنهم يستخدمون برامج المُثبِت والتحقق الصحيحة .

· ** Single-stack: ** مع Boojum ، يمكن التعبير عن كل ما سبق في لغة Rust القياسية والاصطلاحية فقط ، واستخدام تعبير نظام النوع الخاص به. تمت كتابة الأجزاء الثقيلة من الناحية الحسابية لمعرف GPU بلغة CUDA C ++ ، لكننا نقدم روابط الصدأ للتكوين.

بشكل افتراضي ، تعمل Boojum على حقل رقم أولي بحجم 2 ^ 64 - 2 ^ 32 + 1 (يُسمى "حقل Goldilocks" ، اقترحه مايك هامبورغ في الأصل ، باستخدام معلمات محددة اقترحها Hamish Ivey-Law) ، وتوفر الحقل المقابل عمليات التنفيذ الأولية الملزمة لأوليات التشفير مثل دالة تجزئة Poseidon2 ، وتطبيقات المزيد من أساسيات التشفير القياسية استنادًا إلى جداول البحث مثل SHA256 و Keccak256 و Blake2s.

الأهم من ذلك ، في الخطوة الأخيرة من نشرنا ، سوف نستخدم SNARK القائم على الاقتران المبهم - وهو في الأساس نسخة مطورة قليلاً من نظام الإثبات الحالي - لتغليف برهان STARK ، وسيكون SNARK هذا متاحًا على مصادقة Ethereum. هذه البراهين أصغر بكثير وأرخص بكثير للتحقق منها ؛ هذه الخطوة تقلل من تكلفة نظام الإثبات وبالتالي المعاملة نفسها.

لقد استفادت بوجوم من مساهمات العديد من الأشخاص في المجتمع ، ونحن ممتنون لتنوع الأفكار التي نتلقاها. نستمد الإلهام من الوثائق الأساسية لـ STARK و FRI و DEEP-FRI ، والتقدم في وظائف التجزئة المقترحة في Poseidon و Poseidon2 ، وتطوير خوارزمية PLONK التي اقترحها Gabizon و Williamson و Ciobotaru. أيضًا ، النهج المبتكر لمشروع Plonky2 (Farmer و Lubarov و Borgeaud وما إلى ذلك) - بما في ذلك اختيار Poseidon MDS واستخدام الثوابت المستديرة والرؤى الجديدة لحواجز القسمة المخبأة والبحث متعدد المتغيرات بواسطة Eagen و Fiore و Gabizon وهابوك. هذه المساهمات القيمة هي التي تشكل معًا تصميم Boojum.

** 2. لماذا تختار بوجوم؟ **

عند تصميم Boojum ، أخذ قرارنا في الاعتبار عاملين رئيسيين: (1) أداء برهان عالمي المستوى ، و (2) تقليل متطلبات الأجهزة لتحقيق اللامركزية.

** (1) أداء من الطراز العالمي **

على الرغم من أن نظامنا الحالي المستند إلى SNARK ، يعمل حاليًا بفعالية ، إلا أنه لا يمكنه التوسع في المعاملات ذات الحجم الكبير وشبه في الوقت الفعلي التي تخطط ZK Stack لدعمها على مدار السنوات القليلة المقبلة. نحن نتصور مستقبلًا لهذه الأنظمة حيث يمكن إنشاء البراهين والتحقق منها بتكلفة زهيدة وسريعة ، مما يتيح إنهاء سريع وإمكانية التشغيل البيني بين السلاسل الفائقة.

يؤثر أداء نظام الإثبات بشكل مباشر على السعر الذي يدفعه المستخدمون مقابل معاملاتهم ، ويجب أن تقترب هذه التكاليف من الصفر بمرور الوقت. الإصدار الحالي من نظام الإثبات قوي بما يكفي لبناء zkEVM ومعالجة ملايين المعاملات في بضعة أشهر فقط ، ولكن مع Boojum يمكننا أن نفعل ما هو أفضل!

لقياس وقت إنشاء الدليل للشبكة (والمقاييس الرئيسية الأخرى المتعلقة بالأداء) ، عقدنا شراكة مع Celer ، وهو فريق يتمتع بخبرة واسعة في قياس وتحليل أنظمة الإثبات المتعددة. يمكنك أن ترى من الرسم البياني أدناه أن Boojum يتفوق بشكل كبير على معظم الأنظمة. النتائج تتحدث عن نفسها: ** يوضح نشرنا أداء برهان عالمي المستوى ، وهو ، على حد علمنا ، أسرع نظام إثبات قيد الاستخدام. **

لإجراء مقارنة مماثلة ، أجرت Celer هذه المعايير مقابل مُثبَّت قائم على وحدة المعالجة المركزية ، لكن نظام الشبكة الرئيسية لدينا يستخدم مُثبَّتًا أسرع قائمًا على وحدة معالجة الرسومات.

! [R30sS1Jn4hTAjEo4DBDqmCQrVTg1htiAeyqvkcx5.png] (https://img-cdn.gateio.im/resized-social/moments-40baef27dd-7799da4e2c-dd1a6f-7649e1 "7066051")

سيؤدي التحول إلى نظام إثبات قائم على STARK إلى تحسينات كبيرة في الأداء وسيساعد على ضمان نتائج نهائية منخفضة زمن الوصول ودعم النشاط المتزايد على zkSync Era والأنظمة الأخرى المستندة إلى ZK Stack.

** (2) تقليل متطلبات الأجهزة لتحقيق اللامركزية **

نتائج الأداء هذه مثيرة للإعجاب بشكل خاص نظرًا لأن هذا لم يكن المقياس الوحيد الذي كنا نعمل على تحسينه - أردنا تحسين أداء النظام مع تقليل متطلبات الأجهزة لتشغيل النظام.

من الواضح أن أنظمة الإثبات الشائعة اليوم ، بما في ذلك نظام الإثبات الحالي لدينا ، تتطلب الكثير من الأجهزة. يعمل نظام التحقق الحالي لدينا على مجموعة من وحدات معالجة الرسومات A100 مع 80 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي لكل منها. تشكل هذه الحاجة إلى آلات قوية باهظة الثمن عقبة كبيرة أمام هدفنا المتمثل في تمكين مستقبل إنشاء دليل لامركزي يحركه المستخدم. لتحقيق هذا الهدف ، لا يكفي جعل إنشاء الإثبات بدون إذن ؛ يجب على المستخدمين أيضًا ** ألا يحتاجوا ** إلى أجهزة باهظة الثمن ومئات غيغابايت من ذاكرة الوصول العشوائي.

هذا مجال آخر حققنا فيه تقدمًا كبيرًا! لا يتطلب مُثبِت GPU الذي نستخدمه في Boojum سوى ذاكرة وصول عشوائي (RAM) بسعة 16 جيجا بايت ، وهذا الحد المنخفض يعد خطوة مهمة نحو رؤيتنا المستقبلية. من الممكن أيضًا التحقق من الصحة المستند إلى وحدة المعالجة المركزية باستخدام ذاكرة وصول عشوائي تصل إلى 64 جيجابايت (نأمل أن تكون منخفضة حتى 32 جيجابايت) ، ويمكن أن تحقق أقصى استفادة من المعالجات الحديثة متعددة النواة. بعد انتقالنا بالكامل إلى نظام الإثبات الجديد ، سنصدر المزيد من المعلومات حول خطط اللامركزية الخاصة به.

أخيرًا ، فإن جهاز التسلسل zkSync Era القائم على Rust قادر بالفعل على معالجة أكثر من 100 معاملة في الثانية (TPS). لا يؤدي إدخال نظام الإثبات الجديد إلى تحسين الأداء فحسب ، بل يقلل أيضًا من متطلبات الأجهزة ، مما يجعله معززًا مثاليًا للفرز. يعني أداء Boojum المتزايد أيضًا أن النظام يمكنه إثبات المعاملات بشكل أسرع ، كما أن تقليل متطلبات الأجهزة يمنح الشبكة إمكانية الوصول إلى الأجهزة منخفضة التكلفة ، مما يزيد من قابلية التوسع الأفقي.

** 3 **** ، طريق بوجوم إلى الشبكة الرئيسية **

يعمل الفريق على هذه الترقية منذ شهور ونحن متحمسون لإحضار النظام أخيرًا إلى mainnet. أردنا أيضًا مشاركة بعض القصص حتى الآن.

** (1) ترقية zkSync Era **

أولاً ، دعنا نصف بإيجاز كيفية إجراء مثل هذه الترقية. أولاً ، يسمح لنا تصميم zkSync Era بترقية كل مكون بمرور الوقت ، ونظام الإثبات ليس استثناءً.

على غرار Ethereum ، نستخدم بنية بيانات شجرة Merkle لتخزين المعلومات حول حالة الشبكة. هذه المعلومات ضرورية لإثبات النظام لأننا نثبت بيانًا حول حالة النظام. يتمثل أحد قرارات التصميم الرئيسية لشجرة Merkle هذه (والطريقة التي يتفاعل بها نظام الإثبات معها) في استخدام وظائف التجزئة غير الجبرية ، وتحديداً Blake2s. إذا كنا نقوم بالتحسين فقط من أجل سهولة إنشاء الدليل ، فسنستخدم دالة تجزئة جبرية (على سبيل المثال Poseidon2) ، ولكن هذا الاختيار سيجمع بين الحالة التي يمكن ملاحظتها وإثبات معلمات النظام - مثل اختيار المجال الرئيسي. ستتطلب أي ترقية لنظام الإثبات إعادة تكوين كاملة للحالة ، والتي ستكون تجربة مزعجة للغاية لمستخدمي zkSync Era. كل ما نحتاج إلى القيام به لترقية نظام الإثبات الخاص بنا هو إعادة نشر Blake2s داخل الدائرة.

** (2) بوجوم: من التصميم إلى المراجعة **

منذ حوالي شهر ، بدأنا في تركيز جهودنا على تنفيذ إصدار كامل شامل من نظام الإثبات الجديد. نظرًا لتعقيد هذا التحديث وأهمية صحة النظام ، بدأنا سلسلة من التدقيق.

كانت دائرة zkEVM ومكتبة خوارزمية Boojum لا تزالان قيد التطوير النشط في ذلك الوقت ، لكننا عملنا مع مدققي أمان خارجيين ركزوا على التحديد المبكر للمشكلات المحتملة المتعلقة بموثوقية الدائرة الرئيسية ومكونات Boojum. لقد عملنا معًا بشكل وثيق لتزويدهم بإمكانية الوصول الكامل إلى الكود المصدري والوثائق أثناء قيامهم بمراجعة واختبار دائرة zkEVM والأدوات ذات الصلة بـ Boojum (باستخدام كل من الطرق الآلية واليدوية). من خلال هذه الشراكة ، تمكنا من معالجة العديد من القضايا المبكرة.

** (3) بوجوم: من المراجعة إلى الاختبار **

الآن ، لقد دخلنا في الخطوة التالية من خطتنا: ** Mainnet Shadow Mode **! يسعدنا الآن أن نتمكن من تشغيل نظام الإثبات الجديد جنبًا إلى جنب مع النظام الحالي ، على الرغم من أن Boojum في مرحلة تجريبية فقط. نحن نقوم بالفعل بإنشاء والتحقق من صحة "أدلة الظل" لكتل mainnet.

لا يتطلب إصدار mainnet من zkSync Era إثباتات الظل - سيستمر تشغيله بواسطة نظام الإثبات الحالي. نحن نتحقق فقط من أدلة الظل هذه لإجراء مزيد من الاختبار وتحسين النظام ، ولكن باستخدام بيانات إنتاج حقيقية من نشاط مستخدم zkSync Era.

نحن متحمسون أيضًا لإجراء هذا الاختبار علنًا ، خلال الأسابيع القليلة القادمة سترى روابط لبعض المعلومات حول إثباتات الظل هذه في مستكشف الكتل بجوار معلومات الإثبات الحالية ، نحن نفتح مصدر أداة CLI يمكن لأي شخص استخدامها تحقق من البراهين الجديدة.

نحن الآن نركز بشكل خاص على اختبار نظام الإثبات الجديد ، ولا نخطط للتحقق من أدلة الظل على Ethereum حتى الآن. أثناء مرحلة الاختبار ، سيتم التحقق من إثباتات الظل خارج السلسلة ، ونحن نبحث عن حالات الحافة والأخطاء ، ونواصل مراجعة التنفيذ بشكل أكبر.

نحن أيضًا نفتح مصادر مصدر كود Boojum اليوم. يرجى ملاحظة: قاعدة الشفرة لا تزال قيد التنفيذ! مع تقدم الاختبار ، من المحتمل أيضًا أن ترى العديد من التعديلات والتحسينات والإصلاحات وتحسينات الوثائق. سنفتح أيضًا العديد من المستودعات الأكثر إثارة للاهتمام في الأسابيع القادمة ، بما في ذلك الدوائر المحدثة ومثب GPU.

** (4) بوجوم: من الاختبار إلى الترحيل **

السلامة هي أولوية قصوى في كل ما نقوم به. سننظر في الترحيل فقط عندما نكون راضين تمامًا عن اختبارنا للنظام الجديد ، وسنشارك المزيد من التفاصيل في الأسابيع والأشهر القادمة. نخطط أيضًا لإجراء المزيد من عمليات التدقيق والمراجعات الأمنية ، وهذه الترقية المثيرة على وشك التنفيذ بالكامل بينما يتم إهمال نظام التصديق الحالي.

نعتقد أن Boojum ، إلى جانب التزامنا بالابتكار وتصميم المستخدم أولاً ، هي الخطوة التالية نحو zkEVM أكثر أمانًا وقابلية للتطوير وأكثر كفاءة.