Boojum yükseltmesinin ayrıntılı açıklaması: zkSync Era neden STARK kanıt sistemini seçti?

Yazar: zkSync; çeviri: Jinse Finance xiaozou

Bu makalenin ana noktaları:

Yükseltme: zkSync Era, yenilenme olmaksızın yeni bir Boojum geçirmezlik sistemine geçiş yapıyor.

**Performans: **Boojum, halihazırda 100'den fazla TPS'yi işleyebilen zkSync Era sıralayıcının performansına yardımcı olarak birinci sınıf kanıt performansı sergiledi.

**Desantralizasyon: **Boojum prover (onaylayıcı) yalnızca 16 GB RAM'e ihtiyaç duyar, bu da gelecekte prover'ın büyük ölçekli ademi merkeziyetçiliğini destekler.

**Hazır:**Gölge kanıtlama (gölge kanıtlama) ana ağda başlatıldı!

ZK Credo manifestomuzda belirttiğimiz gibi, zkSync'in misyonu, güvene dayalı olmayan, güvenli, izin gerektirmeyen, uygun fiyatlı, kullanımı kolay, dirençli ve sınırsız ölçeklenebilir bir blockchain ağı oluşturarak ve dijital kişisel mülkiyeti genel olarak kullanılabilir hale getirerek herkes için kişisel özgürlüğü ilerletmektir. .

Bu görevin peşinden koşan zkSync Era'nın Alpha sürümü, üç aydan uzun bir süre önce halka açıldı ve inanılmaz bir yanıt aldı. Bu süre zarfında web'de çok fazla etkinlik gördük.

Ağda Öne Çıkanlar:

· Toplam kilitli değerde 577 milyon dolar (kaynak: L2Beat).

Son 30 günde gerçekleştirilen 23,75 milyon işlem - en çok L2 tarafından (kaynak: L2Beat).

· 9735 kaynak kodu doğrulanmış akıllı sözleşmeler.

Mart 2023'te zkEVM'mizi desteklemek için SNARK tabanlı bir sistem kullanarak kanıtlanmış devre çerçevesini kullanan zkSync Era'yı başlattık ve yaklaşık üç yıldır ana ağda zkSync Lite'ı destekliyoruz. Ancak bunun zkSync Era prova sisteminin sonu olmadığını biliyoruz, sistemi yenileme yapmadan radikal değişikliklere izin verecek şekilde tasarladık. Bu, geliştiricileri ve kullanıcıları kesintiye uğratmadan önemli şifreleme yükseltmeleri yapabileceğimiz anlamına gelir.

Uzun süredir şifreleme yükseltmeleri üzerinde çalışıyoruz. Bugün, ilk şifreleme yükseltmemizi duyurmaktan mutluluk duyuyoruz: zkSync Era, "Boojum" için söylenen yeni bir STARK** tabanlı kanıtlama sistemine geçiyor. **

1. Boojum'a Giriş

Boojum, zkSync Era ve ZK Stack'in yükseltilmiş ZK devreleri sürümünü uygulamak için kullandığımız Rust tabanlı algoritmalar ve kısıtlamalar kitaplığımızın adıdır. Boojum adı, Lewis Carroll'un The Hunt of The Snark şiirinden esinlenmiştir ve Boojum, Snark'ın en korkunç türünü temsil eder.

**(1) Boojum nedir? **

Boojum'un tasarımı bir dizi çekici özelliğe sahiptir:

· PLONK** tipi algoritma: **Sıfır bilgi protokolleri için, algoritma (aritmeleştirme), genel hesaplamaları matematiksel biçimlere dönüştürme işlemidir. Mevcut ispat sistemi söz konusu olduğunda, yükseltilmiş sistemimiz PLONK tipi algoritmayı kullanmaya devam ediyor. Bu yaklaşımı kullanarak, ZK devrelerinin yazılması diğer bazı alternatiflere göre daha kolaydır ve sistemin geliştirilmesi, denetlenmesi, bakımı ve yükseltilmesi daha kolaydır.

· **Güçlü Taahhüt Şeması: **Boojum'un özü, FRI taahhüdü şemasıdır. FRI taahhüdü, sınırlı bir polinom için taahhütte bulunmamıza ve ardından (polinom) iddia edilen açılışın geçerli olduğunu verimli bir şekilde kanıtlamamıza izin veren önemli bir bileşendir. gerçekten de düşük dereceli polinomlara aittir.

**Sistemin "boring" kısmının verimliliği: **İnsanlar kanıtlayıcı performansı hakkında konuşurken tanık oluşturma bazen göz ardı edilse de, kanıtlama sisteminin mevcut sürümünde optimize edilmiştir GPU kanıtlayıcı çok etkilidir ve tanık oluşturma süresi kanıt oluşturma süresiyle karşılaştırılabilir. Boojum ile otomatik paralel (bağımlılık grafiği izin veriyorsa) tanık oluşturma sağlarken |(a, b)| a + b gibi tanık oluşturma işlevlerini tanımlamayı kolaylaştırır.

· Kolay genişletilebilir: Temel kısıtlama sistemi soyutlaması çok sığdır, ancak kullanıcıların özel kapı kısıtlama türlerini bazı özel polinomlar eklemek veya ortak sütunları yeniden kullanmak gibi çeşitli şekillerde eklemelerine olanak tanır. Kullanıcılar devreleri için basit bir geometri tanımladıktan sonra, uzantı arabirimi onlara otomatik olarak kanıtlayıcılar, doğrulayıcılar ve özyinelemeli doğrulayıcılar oluşturma yeteneği sağlar. Bu, çok verimli bir geliştirme süreci sağlayacaktır; kullanıcı devre yapısını değiştirir ve farklı bir kapı türü kullanmayı seçerse, arayüzü tekrar çağırabilir ve anahtarları yeniden oluşturarak doğru kanıtlayıcı ve doğrulayıcı programları kullandıklarından emin olur. .

· Tek yığın: Boojum ile, yukarıdakilerin tümü yalnızca standart, deyimsel Rust ile ifade edilebilir ve yazı sisteminin ifade gücünü kullanabilir. GPU prover'ın hesaplama açısından ağır kısımları CUDA C++ ile yazılmıştır, ancak kompozisyon için Rust bağlamaları sağlıyoruz.

Varsayılan olarak Boojum, 2^64 - 2^32 + 1 boyutunda bir asal sayı alanında çalışır ("Goldilocks alanı" olarak adlandırılır, orijinal olarak Mike Hamburg tarafından Hamish Ivey-Law tarafından önerilen belirli parametreleri kullanarak önerilmiştir) ve karşılık gelen alanı sağlar Poseidon2 karma işlevi gibi şifreleme ilkellerinin bağlayıcı ilkel uygulamaları ve SHA256, Keccak256 ve Blake2s gibi arama tablolarına dayalı daha standart şifreleme ilkellerinin uygulamaları.

Daha da önemlisi, dağıtımımızın son adımında, STARK kanıtını sarmak için opak bir eşleştirme tabanlı SNARK (esasen mevcut kanıt sisteminin biraz yükseltilmiş bir versiyonu) kullanacağız ve bu SNARK, Ethereum kimlik doğrulamasında olacak. Bu tür ispatlar çok daha küçüktür ve doğrulaması çok daha ucuzdur; bu adım ispat sisteminin maliyetini ve dolayısıyla işlemin kendisini azaltır.

Boojum, topluluktaki birçok kişinin katkılarından yararlandı ve aldığımız çeşitli fikirler için minnettarız. STARK, FRI ve DEEP-FRI'nin temel belgelerinden, Poseidon ve Poseidon2'de önerilen karma fonksiyonların geliştirilmesinden ve Gabizon, Williamson ve Ciobotaru tarafından önerilen PLONK algoritmasının geliştirilmesinden ilham aldık. Ek olarak, Plonky2 projesinin (Farmer, Lubarov, Borgeaud, vb.) yenilikçi yaklaşımı - Poseidon MDS seçimi ve yuvarlak sabitlerin kullanımı ve Eagen, Fiore, Gabizon ve Haböck'in önbelleğe alınmış bölümleriyle ilgili yeni içgörüleri dahil ve çok değişkenli tarama çalışmaları. Birlikte Boojum'un tasarımını şekillendiren bu değerli katkılardır.

**2. Neden Boojum'u seçmelisiniz? **

Boojum'u tasarlarken kararımız iki temel faktörü dikkate aldı: (1) birinci sınıf kanıt performansı ve (2) merkezi olmayan yönetim için azaltılmış donanım gereksinimleri.

(1) Birinci Sınıf Performans

Mevcut SNARK tabanlı sistemimiz, şu anda etkin bir şekilde çalışmasına rağmen, ZK Stack'in önümüzdeki birkaç yıl içinde desteklemeyi planladığı yüksek hacimli, neredeyse gerçek zamanlı işlemlere göre ölçeklendirilemez. Kanıtların ucuz ve hızlı bir şekilde üretilip doğrulanabildiği, hiper zincirler arasında hızlı kesinlik ve birlikte çalışabilirlik sağlayan bu sistemler için bir gelecek tasavvur ediyoruz.

Kanıt sisteminin performansı, kullanıcıların işlemleri için ödediği fiyatı doğrudan etkiler ve bu maliyetlerin zaman içinde sıfıra yaklaşması gerekir. Kanıt sisteminin mevcut sürümü, bir zkEVM oluşturacak ve yalnızca birkaç ayda milyonlarca işlemi gerçekleştirecek kadar güçlü, ancak Boojum ile daha da iyisini yapabiliriz!

Ağın kanıt oluşturma süresini (ve performansla ilgili diğer önemli ölçümleri) ölçmek için çoklu kanıt sistemlerini kıyaslama ve analiz etme konusunda geniş deneyime sahip bir ekip olan Celer ile ortaklık kurduk. Aşağıdaki grafikten Boojum'un çoğu sistemden önemli ölçüde daha iyi performans gösterdiğini görebilirsiniz. Sonuçlar her şeyi açıklıyor: **Dağıtımımız, bildiğimiz kadarıyla kullanımdaki en hızlı kanıtlama sistemi olan birinci sınıf kanıtlama performansı sergiliyor. **

Benzer bir karşılaştırma için, Celer bu kıyaslamaları CPU tabanlı bir kanıtlayıcıya karşı gerçekleştirdi, ancak ana ağ sistemimiz daha hızlı bir GPU tabanlı kanıtlayıcı kullanıyor.

STARK tabanlı bir kanıtlama sistemine geçiş, önemli performans iyileştirmeleri getirecek ve düşük gecikmeli nihai sonuçların sağlanmasına yardımcı olacak ve zkSync Era ve diğer ZK Stack tabanlı sistemlerde artan etkinliği destekleyecektir.

(2) Dağıtılmışlık için donanım gereksinimlerini azaltın

Bu performans sonuçları, optimize ettiğimiz tek ölçü olmadığı göz önüne alındığında özellikle etkileyici - sistemin çalışması için donanım gereksinimlerini azaltırken sistem performansını iyileştirmek istedik.

Mevcut ispat sistemimiz de dahil olmak üzere günümüzün popüler ispat sistemleri, açıkça donanım konusunda çok talepkar. Mevcut doğrulama sistemimiz, her biri 80 GB RAM'e sahip bir A100 GPU kümesi üzerinde çalışır. Pahalı, güçlü makinelere olan bu ihtiyaç, kullanıcı odaklı, merkezi olmayan bir kanıt üretimi geleceği sağlama hedefimize önemli bir engel teşkil ediyor. Bu amaca ulaşmak için kanıt oluşturmayı izinsiz yapmak yeterli değildir; kullanıcıların ayrıca pahalı makinelere ve yüzlerce gigabayt RAM'e ihtiyaç duymaması gerekir.

Bu, büyük ilerleme kaydettiğimiz başka bir alandır! Boojum'da kullandığımız GPU prover sadece 16GB RAM gerektiriyor, bu kadar düşük bir eşik, gelecek vizyonumuza doğru önemli bir adım. CPU tabanlı doğrulama, 64 GB kadar küçük bir RAM ile de mümkündür (32 GB kadar düşük olabileceğini umuyoruz) ve modern çok çekirdekli işlemcilerden maksimum avantaj sağlayabilir. Yeni kanıt sistemine tamamen geçiş yaptıktan sonra, merkeziyetçilikten uzaklaştırma planları hakkında daha fazla bilgi yayınlayacağız.

Son olarak, Rust tabanlı zkSync Era sıralayıcı zaten saniyede 100'den fazla işlemi (TPS) işleyebilir. Yeni prova sisteminin tanıtılması, yalnızca performansı iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda donanım gereksinimlerini de azaltır ve bu da onu, ayıklayıcılar için ideal bir güçlendirici haline getirir. Boojum'un artan performansı aynı zamanda sistemin işlemleri daha hızlı kanıtlayabileceği anlamına gelir ve donanım gereksinimlerindeki azalma, ağa daha düşük maliyetli makinelere erişim sağlayarak yatay ölçeklenebilirliği artırır.

3**, Boojum'un Mainnet Yolu**

Ekip aylardır bu yükseltme üzerinde çalışıyor ve sonunda sistemi ana ağa getirmenin heyecanını yaşıyoruz. Biz de şimdiye kadar bazı hikayeleri paylaşmak istedik.

(1) zkSync Era'yı yükseltin

Öncelikle böyle bir yükseltmeyi nasıl yaptığımızı kısaca anlatalım. İlk olarak, zkSync Era'nın tasarımı, her bir bileşeni zaman içinde yükseltmemize izin verir ve kanıtlama sistemi de bir istisna değildir.

Ethereum'a benzer şekilde, ağın durumu hakkında bilgi depolamak için bir Merkle ağacı veri yapısı kullanıyoruz. Bu bilgi, sistemin durumu hakkında bir önermeyi kanıtladığımız için sistemi kanıtlamak için gereklidir. Bu Merkle ağacının önemli bir tasarım kararı (ve ispat sisteminin onunla etkileşime girme şekli), cebirsel olmayan hash fonksiyonlarının, özellikle Blake2'lerin kullanılmasıdır. Yalnızca kanıt oluşturma kolaylığı için optimize ediyor olsaydık, bir cebirsel özet işlevi kullanırdık (örn. Prova sistemine yapılan herhangi bir yükseltme, durumun tam olarak yeniden oluşturulmasını gerektirecek ve bu, zkSync Era kullanıcıları için son derece yıkıcı bir deneyim olacaktır. Kanıt sistemimizi yükseltmek için tek yapmamız gereken Blake2'leri devre içinde yeniden konuşlandırmak.

(2) Boojum: Tasarımdan İncelemeye

Yaklaşık bir ay önce, çabalarımızı yeni kanıt sisteminin uçtan uca eksiksiz bir sürümünün uygulanmasına odaklamaya başladık. Bu güncellemenin karmaşıklığı ve sistem doğruluğunun önemi göz önüne alındığında, bir dizi dahili ve harici denetim başlattık. denetimler

zkEVM devresi ve Boojum algoritma kitaplığı o sırada hâlâ aktif geliştirme aşamasındaydı, ancak ana devrenin ve Boojum bileşenlerinin güvenilirliğiyle ilgili olası sorunları erken belirlemeye odaklanan harici güvenlik denetçileriyle birlikte çalıştık. zkEVM devresini ve Boojum ile ilgili araçları (hem otomatik hem de manuel yöntemleri kullanarak) gözden geçirip test ederken, onlara kaynak koduna ve belgelere tam erişim sağlamak için yakın bir şekilde çalıştık. Bu ortaklık sayesinde, erken dönemdeki birçok sorunu çözebildik.

(3) Boojum: İncelemeden Teste

Şimdi, planımızın bir sonraki adımına girdik: Ana Ağ Gölge Modu! Boojum henüz beta sürümünde olmasına rağmen, yeni kanıt sistemini mevcut sistemin yanında çalıştırabildiğimiz için heyecanlıyız. Halihazırda ana ağ bloklarının "gölge provalarını" oluşturuyor ve doğruluyoruz.

zkSync Era'nın ana ağ sürümü, gölge kanıtları gerektirmez - mevcut kanıt sistemi tarafından desteklenmeye devam edecektir. Bu gölge kanıtları yalnızca sistemi daha fazla test etmek ve optimize etmek için doğruluyoruz, ancak zkSync Era kullanıcı etkinliğinden elde edilen gerçek üretim verilerini kullanıyoruz.

Ayrıca bu testi herkese açık olarak yapmaktan heyecan duyuyoruz, önümüzdeki birkaç hafta boyunca blok gezgininde mevcut kanıt bilgilerinin yanında bu gölge kanıtları hakkında bazı bilgilere bağlantılar göreceksiniz, herkesin kullanabileceği bir CLI aracını açık kaynak olarak alıyoruz. yeni kanıtları doğrulayın.

Şimdi özellikle yeni kanıt sistemini test etmeye odaklandık ve henüz Ethereum'da gölge kanıtları doğrulamayı planlamıyoruz. Test aşamasında, gölge kanıtların doğrulaması zincir dışı yapılacaktır, uç durumlar ve hatalar ararız ve uygulamayı daha fazla incelemeye devam ederiz.

Bugün Boojum kod tabanını da açık kaynak olarak kullanıyoruz. Lütfen dikkat: kod tabanı hala devam eden bir çalışmadır! Test ilerledikçe, muhtemelen çok sayıda ince ayar, optimizasyon, düzeltme ve dokümantasyon iyileştirmesi göreceksiniz. Önümüzdeki haftalarda, güncellenmiş devreler ve bir GPU prover dahil olmak üzere birkaç ilginç depo daha açıyoruz.

(4) Boojum: Testten geçişe

Güvenlik, yaptığımız her şeyde en önemli önceliktir. Yalnızca yeni sistemle ilgili testlerimizden tamamen memnun kaldığımızda geçiş yapmayı düşüneceğiz ve önümüzdeki haftalarda ve aylarda daha fazla ayrıntı paylaşacağız. Ayrıca daha fazla denetim ve güvenlik incelemesi yapmayı planlıyoruz ve bu heyecan verici yükseltme, mevcut tasdik sistemi kullanımdan kaldırılırken tamamen uygulanmak üzere.

Boojum'un, yenilik ve kullanıcı öncelikli tasarıma olan bağlılığımızla birleştiğinde daha güvenli, daha ölçeklenebilir ve daha verimli bir zkEVM'ye doğru bir sonraki adım olduğuna inanıyoruz.