ZK Bridges: Como a prova de conhecimento zero capacita o mundo da cadeia cruzada?

Autor: ScalingX

Garantir a segurança de suas pontes entre cadeias é um desafio importante, pois os ativos armazenados em contratos inteligentes ou custodiantes centrais precisam ser protegidos. No entanto, se a tecnologia zk-SNARKs for introduzida no projeto da ponte cruzada, ela poderá resolver efetivamente os problemas relacionados à descentralização e segurança.

No campo de rápido desenvolvimento da tecnologia blockchain, muitos protocolos foram propostos e implementados, mas cada protocolo adota um método de consenso diferente - desde a prova de trabalho computacional (Proof-of-Work) até a Proof-of-Stake baseada em incentivos, etc. Desde os primórdios do blockchain, a liquidez e os ativos foram gradualmente dispersos entre diferentes cadeias devido a diferenças de protocolos em vários aspectos, como consenso, segurança e linguagem de programação. A ponte cruzada tornou-se uma solução para esse problema, que pode reduzir a fragmentação e integrar a liquidez entre vários blockchains. Um desses protocolos de ponte cruzada é o Wormhole, que facilita a circulação de criptomoedas e tokens não fungíveis (NFTs) entre diferentes blockchains de contratos inteligentes, como Solana e Ethereum.

Riscos atuais de pontes entre cadeias

As pontes de cadeia cruzada podem ser bastante complicadas. Garantir a segurança de suas pontes entre cadeias é um desafio importante, pois os ativos armazenados em contratos inteligentes ou custodiantes centrais precisam ser protegidos. Como os fundos-ponte são armazenados centralmente, eles têm sido historicamente alvo de hackers. O design em constante evolução das pontes também abre oportunidades para os invasores encontrarem novas vulnerabilidades e explorações. Em 2022, o Wormhole foi hackeado depois que uma correção de segurança foi carregada no Github, causando uma perda de $ 325 milhões, e o hacker retirou os fundos após o sucesso. A Chainalysis relata que os ataques de ponte cruzada representarão 69% do total de fundos roubados em 2022.

Crédito da imagem Chainalysis

Crédito da imagem DEFIYIELD

Outro desafio é o baixo desempenho e a dependência de entidades centrais. As atuais pontes entre cadeias enfrentam problemas de escalabilidade. Para atualizar e ajustar o estado das duas cadeias, a ponte entre cadeias requer muito poder de computação e capacidade de armazenamento, resultando em sobrecarga significativa. Para aliviar esse fardo, algumas pontes de cadeia cruzada se voltaram para uma abordagem de estilo de comitê, onde apenas um conjunto limitado de validadores (ou mesmo apenas detentores de multisig) aprovam transferências estaduais. No entanto, essa abordagem os expõe a vulnerabilidades e possíveis ataques.

São esses problemas que levaram os desenvolvedores a procurar soluções alternativas, especialmente aquelas que utilizam criptografia de conhecimento zero. Dentre esses métodos, o uso da tecnologia zk-SNARKs elimina a necessidade de modelos de comitês ao mesmo tempo em que garante a escalabilidade da rede.

Ponte entre cadeias baseada na tecnologia zk-SNARKs

Atualmente, vários projetos estão desenvolvendo soluções de pontes baseadas na tecnologia ZK em diferentes ecossistemas e estágios de desenvolvimento, como:

• Laboratórios sucintos
• zkIBC da Electron Labs
• zkBridge da Polyhedra Network

Essas iniciativas alavancam a tecnologia zk-SNARKS para revolucionar o projeto de pontes entre cadeias. No entanto, para implementar todos esses métodos com sucesso, um requisito fundamental é um protocolo de cliente leve - um software que se conecta a nós completos e facilita a interação com o blockchain. Este protocolo garante que os nós possam sincronizar com eficiência os cabeçalhos de bloco do estado de blockchain confirmado.

Dois desafios principais surgem ao aplicar a tecnologia zk-SNARKs a pontes de cadeia cruzada. Em primeiro lugar, em comparação com rollups, as pontes cross-chain requerem um tamanho de circuito maior. Em segundo lugar, o problema de minimizar o armazenamento on-chain e a sobrecarga de computação precisa ser resolvido.

Laboratórios sucintos

A Sucinct Labs está desenvolvendo um cliente leve para o consenso PoS (Proof of Stake) do Ethereum 2.0, construindo uma ponte de cadeia cruzada minimizada pela confiança entre Gnosis e Ethereum. Esta ponte cross-chain usa a eficiência do zk-SNARKS para verificar a prova de validade consensual de forma concisa na cadeia.

A configuração envolve um comitê síncrono de 512 validadores selecionados aleatoriamente a cada 27 horas. Esses validadores são responsáveis por assinar cada cabeçalho de bloco dentro do período de tempo alocado. O estado do Ethereum é considerado válido se mais de ⅔ dos validadores assinarem cada cabeçalho de bloco. O processo de verificação inclui principalmente verificar o seguinte:

1. Prova Merkle do cabeçalho do bloco
2. Provas Merkle de validadores no comitê de sincronização
3. Assinaturas do BLS para garantir a rotação adequada do comitê de sincronização

Este processo incorre em custos computacionais significativos porque o conceito básico é que os clientes leves utilizam zk-SNARKs (Groth16) para criar uma prova de tamanho constante (prova de validade) que pode ser verificada com eficiência na cadeia Gnosis. As provas são geradas por meio de computação off-chain, que envolve a construção de circuitos para verificar validadores e suas assinaturas e, em seguida, gerar provas zk-SNARK. Provas e cabeçalhos de bloco são então submetidos a contratos inteligentes na Gnosis Chain para verificação.

A adoção de zk-SNARKs ajuda a reduzir a sobrecarga de armazenamento e a complexidade do circuito, reduzindo assim as suposições de confiança. No entanto, essa abordagem é otimizada especificamente para o protocolo de consenso Ethereum 2.0 e EVM e pode exigir maior adaptação a outras redes blockchain.

Em julho passado, o Sucinct Labs fez um grande anúncio, confirmando que seu cliente leve Ethereum ZK havia sido oficialmente integrado à rede principal para aumentar a segurança do Gnosis Omnibridge. A integração colocará o Sucinct Labs encarregado de proteger o Gnosis Omnibridge, que atualmente tem um valor total bloqueado (TVL) de mais de US$ 40 milhões e facilitou mais de US$ 1,5 bilhão em fluxos de ativos de stablecoin até o momento.

zkIBC da Electron Labs

A Electron Labs está construindo uma ponte cruzada originada do ecossistema Cosmos SDK, uma estrutura para blockchains específicos de aplicativos. Sua ponte cross-chain utilizará a tecnologia IBC (Inter-chain Communication) para permitir a comunicação perfeita entre todos os blockchains independentes definidos na estrutura.

No entanto, a implementação de clientes leves do Cosmos SDK no Ethereum é repleta de dificuldades. O light client Tendermint usado pelo SDK do Cosmos é executado em uma curva torcida de Edwards (Ed25519), que não é suportada nativamente pelo blockchain Ethereum. Portanto, é caro e ineficiente verificar as assinaturas Ed25519 na curva BN254 do Ethereum. Para superar esse obstáculo, a Electron Labs está desenvolvendo uma solução baseada na tecnologia zk-SNARKs. Esse sistema geraria uma prova de validade de assinatura fora da cadeia e verificaria apenas a prova na cadeia Ethereum, resolvendo efetivamente esse problema.

Ao adotar essa abordagem, as assinaturas Ed25519 no Cosmos SDK podem ser verificadas de maneira eficiente e econômica no blockchain Ethereum, evitando a introdução de quaisquer suposições de confiança adicionais. Um problema potencial que você pode enfrentar com essa abordagem, porém, é a latência. A taxa de geração de blocos no SDK do Cosmos é de 7 segundos e, para acompanhar essa taxa, o tempo de prova deve ser significativamente reduzido. A Electron Labs pretende resolver esse problema usando vários computadores para gerar provas simultaneamente e, em seguida, combiná-las em uma única prova zk-SNARK.

zkBridge da Polyhedra Network

Em comparação com as outras duas construções de ponte cruzada baseadas em prova de conhecimento zero líderes do setor, o zkBridge se destaca com sua estrutura flexível e diversificada, que facilita o desenvolvimento de vários aplicativos em sua plataforma. Ele efetivamente usa zk-SNARKs para estabelecer um processo de comunicação eficiente, permitindo que o provador convença a cadeia receptora de que uma certa transição de estado ocorreu na cadeia transmissora. A estrutura do zkBridge consiste em dois componentes principais:

1. Rede de retransmissão do cabeçalho do bloco: Este componente obtém o cabeçalho do bloco da cadeia de envio, gera uma prova para verificar o cabeçalho do bloco e, em seguida, transmite o cabeçalho do bloco e a prova para o contrato de atualização na cadeia de recebimento.
2. Contrato de atualização: Esta parte mantém um estado de cliente leve e inclui automaticamente o cabeçalho do bloco da cadeia de envio após a verificação da prova de associação. Além disso, também mantém a atualização atual do estado da cadeia principal da cadeia de envio.

Fonte da imagem Polyhedra Network

A principal diferença entre o zkBridge e outras abordagens líderes do setor é que o zkBridge requer apenas a presença de um nó honesto na rede de retransmissão e assume a confiabilidade dos zk-SNARKs.

Um avanço importante nessa construção está no uso paralelo de zk-SNARKs: o provador Virgo (deVirgo), que introduz um novo sistema de provas distribuídas para acelerar o processo de geração de provas e usa provas recursivas para reduzir a verificação de provas on-chain. custo de. deVirgo conta com o protocolo GKR e um esquema de compromisso polinomial para gerar provas para circuitos que verificam assinaturas múltiplas. Posteriormente, as provas deVirgo são compactadas por um provador Groth16 e verificadas por um contrato de atualização no blockchain de destino. A combinação desses sistemas de prova permite que o zkBridge permita uma comunicação eficiente entre cadeias sem depender de suposições de confiança externas.

A versão Alpha mainnet do zkBridge foi lançada em abril de 2023 e agora está facilitando a interoperabilidade entre várias redes blockchain L1 e L2, como BNB Chain, Ethereum e Arbitrum. No evento ETHCC Paris zkDAY em 2023, o CTO da Polyhedra Network, Tiancheng Xie, destacou que, desde o lançamento da rede principal, o protocolo atraiu mais de 50.000 usuários ativos diários e 800.000 usuários ativos mensais.

Com sua arquitetura modular, o zkBridge abre vastas possibilidades para desenvolvedores e usuários. Essas possibilidades incluem ponte e troca de tokens, passagem de mensagens e lógica computacional que se adapta às mudanças de estado entre diferentes redes blockchain.

Resumo

A incorporação da tecnologia zk-SNARKs no projeto da ponte cruzada pode efetivamente resolver os problemas relacionados à descentralização e segurança. No entanto, isso também cria um gargalo computacional devido à grande escala do circuito envolvido. À medida que o foco na interoperabilidade continua a aumentar, acredita-se que mais desenvolvedores trabalharão duro para desenvolver tecnologia de ponte cruzada segura e escalável. Espera-se que esses avanços tenham um impacto positivo no avanço geral e na aplicação da tecnologia ZK. Como tal, podemos esperar avanços significativos em pesquisa, implementação inovadora e adoção mais ampla de aplicativos de cadeia cruzada em um futuro próximo.