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クロスチェーンブリッジの問題をどう解決するか? 4つの新しいZKブリッジプロジェクトの紹介
著者: zkvalidator; コンパイラ: Kate、Marsbit
ZK テクノロジーは、プライバシーとスケーリングの目的で広く使用されています。それでも、新しいプロジェクトの波は、この暗号ソリューションの機能を利用して、ブロックチェーン業界の最も切実な問題の 1 つであるクロスチェーン ブリッジを解決しようとしています。
ブリッジングに ZK を採用する理由の 1 つは、そのトラストレス暗号化の性質であり、これにより、2022 年に大規模なハッキングの中心となる集中型ブリッジング ソリューションの弱点の 1 つが解決されます。
橋の問題
**現在のクロスチェーンブリッジは、スケーラビリティとセキュリティという 2 つの重要な問題に直面しています。 **ブリッジは 2 つのチェーンの状態を追跡する必要があるため、かなりのコンピューティング能力とストレージ容量が必要です。このオーバーヘッドを回避するために、多くのブリッジは委員会ベースのアプローチに移行しています。このアプローチでは、少数のバリデーター (または単なるマルチ署名保持者) が状態転送に署名するため、脆弱になります。
ブリッジ攻撃の脆弱性により、2022 年中に 16 億ドル以上の資産損失が発生。しかし、この数字は 2 つの方法で解釈できます。一方で、橋を通過する交通量は、相互運用性に対する市場の需要が高まっていることを示しています。一方で、パズルのこのような重要なピースは、より大きなブロックチェーン エコシステムの中で最も弱いリンクの 1 つを表しています。セキュリティ上の懸念となる 3 つの主な領域は、コードのバグ、アーキテクチャの盲点 (フェールセーフの欠如など)、および委員会/検証者の乗っ取りです。
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2022 年の大規模ハッキングが ZK ブリッジの開発を促進
このため、開発者は代替ソリューション、特に暗号化に依存するソリューションを模索するようになりました。 zk-SNARK に固有のプロパティを使用すると、ネットワークを拡張しながら委員会モデルの必要性がなくなります。
****ZKはどのようにプレーしますか？ ****
共有セキュリティを使用せずに、あるブロックチェーン (ソース チェーン) の状態を別のブロックチェーン (ターゲット チェーン) 上で検証するには、ターゲット チェーン上で実行されているソース チェーンのオンチェーン ライト クライアントを使用できます。ライト クライアントまたはライト ノードは、フル ノードに接続してブロックチェーンと対話するソフトウェアです。
これにより、各チェーンのコンセンサスに必要な以上の信頼仮定を追加することなく、ターゲット チェーンの実行環境内でソース チェーンのコンセンサスを検証できます。ターゲット チェーンは、ソース チェーンに関する情報を独自のコンセンサスに組み込むことになります。
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ZKブリッジの仕組みを簡単に説明します。
ゼロ知識証明システム、特に SNARK の「簡潔」特性を使用することにより、オンチェーン ライト クライアントを使用してこの検証プロセスを効率的に実行できるようになりました。フルノードを実行する場合と同様に、最大限のセキュリティを確保するために、状態遷移とオンチェーンのコンセンサスを検証することも可能です。
私たちは、さまざまなエコシステムと開発段階で ZK ブリッジ ソリューションに取り組んでいる少なくとも 4 つのプロジェクトを特定しました。
簡潔なラボ
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Succinct Labs は、Gnosis と Ethereum 2.0 (プルーフ オブ ステーク コンセンサス ブロックチェーン) の間の信頼を最小限に抑えた接続を可能にするシステムを開発しました。このシステムは SNARKS を使用して、Gnosis チェーン上のコンセンサス証明の有効性を効率的に検証します。
イーサリアム 2.0 ネットワークには、27 時間ごとにランダムに選出される 512 人のバリデーターからなる委員会があり、その間のすべてのブロック ヘッダーの署名を担当します。バリデーターの少なくとも 2/3 が特定のブロック ヘッダーに署名した場合、イーサリアム ネットワークの状態は有効であるとみなされます。ネットワーク状態の有効性を検証するプロセスには、検証者の 512 個の BLS 公開キーの保存とチェック、およびその署名とブロック ヘッダーおよび検証者のマークル証明の提示が含まれます。
このプロセスは計算コストがかかるため、ライト クライアントは SNARK を使用して、Gnosis チェーンで効率的に検証できる一定サイズのプルーフを作成します。プルーフは、オフチェーン計算を使用して作成されます。これには、バリデーターとその署名を検証する回路の構築と、SNARK プルーフの生成が含まれます。次に、証明とブロック ヘッダーが Gnosis チェーン上のスマート コントラクトに送信され、検証が実行されます。 SNARK を使用すると、ストレージのオーバーヘッドと回路の複雑さが軽減され、信頼の前提が低くなります。ただし、このアプローチはイーサリアム 2.0 コンセンサス プロトコルと EVM に固有であるため、他のチェーンに一般化するのをより簡単にする必要があるかもしれません。
Electron Labs によって開発された zkIBC
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Electron Labs は、Cosmos SDK エコシステム (特定のブロックチェーン アプリケーションを構築するためのフレームワーク) とイーサリアムの間の接続を確立しようとしています。具体的には、zkIBC は、Cosmos ソブリン チェーンで使用されるトラストレス通信プロトコル (Inter-Blockchain Communication Protocol (IBC) と呼ばれる) をエミュレートし、それをイーサリアムに拡張しようとしています。
ただし、Ethereum で Cosmos SDK のライト クライアントを使用すると、いくつかの課題が生じます。 Cosmos SDK で使用される Tendermint ライト クライアントは、Ethereum ブロックチェーンではネイティブにサポートされていない Ed25519 曲線で実行されます。このため、イーサリアム BN254 曲線上の Ed25519 署名を検証するのはコストがかかり、非効率的になります。 Electron Labs は、署名の有効性の証明をオフチェーンで生成し、その証明をイーサリアム チェーン上でのみ検証できる zkSNARK ベースのシステムを作成することで、この問題を解決する予定です。
このアプローチでは、新しい信頼の前提を導入することなく、イーサリアム ブロックチェーン上の Cosmos SDK の Ed25519 署名を効率的かつ安価に検証します。このアプローチの 1 つの問題は、プルーフ生成プロセスが Cosmos SDK の高いブロック生成レートに対応する必要があるため、レイテンシーです。 Electron Labs は、複数のマシンを使用してプルーフを並行して生成し、それらを 1 つの zkSNARK プルーフに結合することで、この問題を解決することを計画しています。
zkBridgeBerkleyRDI による設計
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zkBridge は、異なるブロックチェーン ネットワーク間で通信できるアプリケーションの作成を可能にするフレームワークです。中継ノードとスマートコントラクトシステムを使用して通信を促進します。 zkBridge と他の業界主導のアプローチの主な違いは、リレー ネットワーク内に 1 つの正直なノードの存在のみが必要であり、zkSNARK が信頼できることを前提としていることです。
zkBridge は、Virgo の zkSNARK 証明システムの並列バージョンである deVirgo を使用します。これは証明サイズが小さく、信頼できるセットアップを必要としません。これは、GKR と呼ばれるプロトコルと多項式コミットメント スキームに依存して、複数の署名を検証する回路の証明を生成します。次に、deVirgo 証明は Groth16 証明者を使用して圧縮され、ターゲット ブロックチェーン上の更新コントラクトによって検証されます。全体として、この証明システムの組み合わせにより、外部の信頼を前提とすることなく、zkBridge での効率的なクロスチェーン通信が可能になります。
****=nil; 基本的な信頼できないデータへのアクセス可能性 ****
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ブリッジングなどの重要なデータ管理では、多くの場合、完全な制御の下、信頼できる環境でデータを完全に複製する必要があります。しかし、それが不可能な場合、または提供するのに法外な費用がかかる場合、組織は必要なデータにアクセスするために AWS や Infura などの信頼できるデータプロバイダーに頼る可能性があります。
ただし、この投稿の冒頭で述べたように、データプロバイダーを信頼すると、検閲やデータ侵害の問題が発生する可能性があります。
Here=nil; のトラストレスなデータ管理ソリューション。このソリューションでは、「DROP DATABASE*」システムに基づく状態証明とクエリ証明を使用することで、トラストレス ブリッジングが可能になります。この場合、プロトコルは、プロトコルから取得したデータと SNARK の正当性証明を使用して、異なるプロトコル データベースからデータを相互に転送できます。
結論は
ZK ブリッジング分野はまだ初期段階にあるため、今後数年間で研究の画期的な進歩、スマートな実装、クロスチェーン アプリケーションの採用が飛躍的に成長すると予想されます。相互運用性のニーズが高まっていることはわかっているので、より安全でスケーラブルなブリッジング テクノロジーの開発が期待でき、それが ZK テクノロジーの開発を促進する可能性があります。