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ZK Bridges : Comment la preuve de connaissance zéro renforce-t-elle le monde inter-chaînes ?
Auteur : ScalingX
Assurer la sécurité de ses ponts inter-chaînes est un défi important, car les actifs stockés dans des contrats intelligents ou des dépositaires centraux doivent être protégés. Cependant, si la technologie zk-SNARKs est introduite dans la conception du pont inter-chaînes, elle peut résoudre efficacement les problèmes liés à la décentralisation et à la sécurité.
Dans le domaine en développement rapide de la technologie blockchain, de nombreux protocoles ont été proposés et mis en œuvre, mais chaque protocole adopte une méthode de consensus différente, de la preuve de travail informatique (preuve de travail) à la preuve de participation basée sur des incitations, etc. Depuis les débuts de la blockchain, les liquidités et les actifs ont été progressivement dispersés entre différentes chaînes en raison des différences de protocoles dans divers aspects tels que le consensus, la sécurité et le langage de programmation. Le pont inter-chaînes est devenu une solution à ce problème, qui peut réduire la fragmentation et intégrer la liquidité entre les différentes chaînes de blocs. L'un de ces protocoles de pont inter-chaînes est Wormhole, qui facilite la circulation des crypto-monnaies et des jetons non fongibles (NFT) entre différentes chaînes de blocs de contrats intelligents telles que Solana et Ethereum.
Risques actuels des ponts inter-chaînes
Les ponts à chaînes croisées peuvent être assez délicats. Assurer la sécurité de ses ponts inter-chaînes est un défi important, car les actifs stockés dans des contrats intelligents ou des dépositaires centraux doivent être protégés. Étant donné que les fonds relais sont stockés de manière centralisée, ils ont toujours été une cible pour les pirates. La conception en constante évolution des ponts offre également aux attaquants la possibilité de trouver de nouvelles vulnérabilités et exploits. En 2022, Wormhole a été piraté après qu'un correctif de sécurité a été téléchargé sur Github, entraînant une perte de 325 millions de dollars, et le pirate a emporté les fonds après avoir réussi. Chainalysis rapporte que les attaques de ponts inter-chaînes représenteront 69 % du total des fonds volés en 2022.
Crédit image Chainalysis
Crédit image DEFIYIELD
Un autre défi est la mauvaise performance et la dépendance à l'égard des entités centrales. Les ponts inter-chaînes actuels sont confrontés à des problèmes d'évolutivité. Afin de mettre à jour et d'ajuster l'état des deux chaînes, le pont inter-chaînes nécessite beaucoup de puissance de calcul et de capacité de stockage, ce qui entraîne des frais généraux importants. Pour alléger ce fardeau, certains ponts inter-chaînes se sont tournés vers une approche de type comité, où seul un ensemble limité de validateurs (ou même uniquement des détenteurs de multisignatures) approuve les transferts d'État. Cependant, cette approche les expose à des vulnérabilités et à des attaques potentielles.
Ce sont ces problèmes qui ont incité les développeurs à rechercher des solutions alternatives, en particulier celles utilisant la cryptographie à connaissance zéro. Parmi ces méthodes, l'utilisation de la technologie zk-SNARKs élimine le besoin de modèles de comité tout en assurant l'évolutivité du réseau.
Pont inter-chaînes basé sur la technologie zk-SNARKs
Actuellement, plusieurs projets développent des solutions de pont basées sur la technologie ZK à travers différents écosystèmes et stades de développement, tels que :
Ces initiatives tirent pleinement parti de la technologie zk-SNARKS pour révolutionner la conception des ponts à chaînes croisées. Cependant, afin de mettre en œuvre toutes ces méthodes avec succès, une exigence clé est un protocole client léger - un logiciel qui se connecte à des nœuds complets et facilite l'interaction avec la blockchain. Ce protocole garantit que les nœuds peuvent synchroniser efficacement les en-têtes de bloc de l'état confirmé de la blockchain.
Deux défis principaux se posent lors de l'application de la technologie zk-SNARKs aux ponts inter-chaînes. Premièrement, par rapport aux cumuls, les ponts inter-chaînes nécessitent une taille de circuit plus grande. Deuxièmement, le problème de la minimisation du stockage en chaîne et des frais généraux de calcul doit être résolu.
Laboratoires succincts
Succinct Labs développe un client léger pour le consensus PoS (Proof of Stake) d'Ethereum 2.0, construisant un pont inter-chaînes à confiance minimisée entre Gnosis et Ethereum. Ce pont inter-chaînes utilise l'efficacité de zk-SNARKS pour vérifier la preuve de validité consensuelle de manière concise sur la chaîne.
La configuration implique un comité synchrone de 512 validateurs sélectionnés au hasard toutes les 27 heures. Ces validateurs sont chargés de signer chaque en-tête de bloc dans le délai imparti. L'état d'Ethereum est considéré comme valide si plus des ⅔ des validateurs signent chaque en-tête de bloc. Le processus de vérification comprend principalement la vérification des éléments suivants :
Ce processus entraîne des coûts de calcul importants car le concept de base est que les clients légers utilisent des zk-SNARK (Groth16) pour créer une preuve de taille constante (preuve de validité) qui peut être vérifiée efficacement sur la chaîne Gnosis. Les preuves sont générées via un calcul hors chaîne, ce qui implique de créer des circuits pour vérifier les validateurs et leurs signatures, puis de générer des preuves zk-SNARK. Les preuves et les en-têtes de bloc sont ensuite soumis à des contrats intelligents sur la chaîne Gnosis pour vérification.
L'adoption de zk-SNARK permet de réduire les frais généraux de stockage et la complexité des circuits, réduisant ainsi les hypothèses de confiance. Néanmoins, cette approche est optimisée spécifiquement pour le protocole de consensus Ethereum 2.0 et EVM et peut nécessiter une plus grande adaptation à d'autres réseaux blockchain.
En juillet dernier, Succinct Labs a fait une annonce majeure, confirmant que son client léger Ethereum ZK avait été officiellement intégré au réseau principal pour améliorer la sécurité de Gnosis Omnibridge. L'intégration confiera à Succinct Labs la responsabilité de sécuriser le Gnosis Omnibridge, qui a actuellement une valeur totale verrouillée (TVL) de plus de 40 millions de dollars et a facilité plus de 1,5 milliard de dollars de flux d'actifs stables à ce jour.
zkIBC par Electron Labs
Electron Labs construit un pont inter-chaînes issu de l'écosystème Cosmos SDK, un cadre pour les chaînes de blocs spécifiques aux applications. Son pont inter-chaînes utilisera la technologie IBC (Inter-chain Communication) pour permettre une communication transparente entre toutes les chaînes de blocs indépendantes définies dans le cadre.
Cependant, la mise en œuvre de clients légers du SDK Cosmos dans Ethereum est semée d'embûches. Le client léger Tendermint utilisé par le SDK Cosmos s'exécute sur une courbe d'Edwards tordue (Ed25519), qui n'est pas prise en charge nativement par la blockchain Ethereum. Par conséquent, il est coûteux et inefficace de vérifier les signatures Ed25519 sur la courbe BN254 d'Ethereum. Pour surmonter cet obstacle, Electron Labs développe une solution basée sur la technologie zk-SNARKs. Ce système générerait une preuve hors chaîne de la validité de la signature et ne vérifierait que la preuve sur la chaîne Ethereum, résolvant efficacement ce problème.
En adoptant cette approche, les signatures Ed25519 dans le SDK Cosmos peuvent être vérifiées de manière efficace et rentable sur la blockchain Ethereum tout en évitant d'introduire des hypothèses de confiance supplémentaires. Un problème potentiel auquel vous pourriez être confronté avec cette approche, cependant, est la latence. Le taux de génération de blocs dans le SDK Cosmos est de 7 secondes, et pour suivre ce taux, le temps de preuve doit être considérablement réduit. Electron Labs a l'intention de résoudre ce problème en utilisant plusieurs ordinateurs pour générer des preuves simultanément, puis en les combinant en une seule preuve zk-SNARK.
zkBridge par Polyhedra Network
Par rapport aux deux autres constructions de ponts à chaînes croisées basées sur la preuve zéro connaissance, leaders de l'industrie, zkBridge se distingue par son cadre flexible et diversifié, qui facilite le développement de plusieurs applications sur sa plate-forme. Il utilise efficacement les zk-SNARK pour établir un processus de communication efficace, permettant au prouveur de convaincre la chaîne de réception qu'une certaine transition d'état s'est produite sur la chaîne d'envoi. Le framework zkBridge se compose de deux composants clés :
Source de l'image Réseau de polyèdres
La principale différence entre zkBridge et d'autres approches de pointe est que zkBridge ne nécessite que la présence d'un nœud honnête dans le réseau de relais et suppose la fiabilité des zk-SNARK.
Une avancée clé dans cette construction réside dans l'utilisation parallèle de zk-SNARK : le prouveur Virgo (deVirgo), qui introduit un nouveau système de preuve distribué pour accélérer le processus de génération de preuve et utilise des preuves récursives pour réduire la vérification de preuve en chaîne. coût de. deVirgo s'appuie sur le protocole GKR et un schéma d'engagement polynomial pour générer des preuves pour les circuits qui vérifient plusieurs signatures. Par la suite, les preuves deVirgo sont compressées par un prouveur Groth16 et vérifiées par un contrat de mise à jour sur la blockchain cible. La combinaison de ces systèmes de preuve permet à zkBridge de permettre une communication inter-chaîne efficace sans s'appuyer sur des hypothèses de confiance externes.
La version Mainnet Alpha de zkBridge a été publiée en avril 2023 et facilite désormais l'interopérabilité inter-chaînes entre plusieurs réseaux blockchain L1 et L2, tels que BNB Chain, Ethereum et Arbitrum. Lors de l'événement ETHCC Paris zkDAY en 2023, le CTO de Polyhedra Network, Tiancheng Xie, a souligné que depuis son lancement sur le réseau principal, le protocole a attiré plus de 50 000 utilisateurs actifs quotidiens et 800 000 utilisateurs actifs mensuels.
Avec son architecture modulaire, zkBridge ouvre de vastes possibilités pour les développeurs et les utilisateurs. Ces possibilités incluent le pontage et l'échange de jetons, la transmission de messages et une logique de calcul qui s'adapte aux changements d'état entre différents réseaux de chaînes de blocs.
Résumer
L'intégration de la technologie zk-SNARKs dans la conception du pont inter-chaînes peut résoudre efficacement les problèmes liés à la décentralisation et à la sécurité. Cependant, cela crée également un goulot d'étranglement de calcul en raison de la grande échelle de circuit impliquée. Alors que l'accent mis sur l'interopérabilité continue d'augmenter, on pense que davantage de développeurs travailleront dur pour développer une technologie de pont inter-chaînes sécurisée et évolutive. Ces avancées devraient avoir un impact positif sur l'avancement global et l'application de la technologie ZK. En tant que tel, nous pouvons nous attendre à des avancées significatives dans la recherche, une mise en œuvre innovante et une adoption plus large des applications inter-chaînes dans un avenir proche.