zkSync Boojum yükseltmesini tek bir makalede okuyun: daha güvenli ve daha verimli bir zkEVM

Orijinal yazar: zkSync

Orijinal metnin derlemesi: Deep Tide TechFlow

TLDR

• Yükseltme: zkSync Era, yenilenmeden yeni Boojum geçirmezlik sistemine geçiyor.
• Performans: Boojum, hali hazırda 100'den fazla TPS'yi işleyebilen zkSync Era sıralayıcıyı tamamlayan son teknoloji prova performansını sergiliyor.
• Ademi merkeziyetçilik: Boojum kanıtlayıcıları yalnızca 16 GB RAM'e ihtiyaç duyar, bu da gelecekte büyük ölçekli kanıtlayıcıların dağıtık hale getirilmesini gerçekleştirebilir.

zkSync'in misyonu, herkes için kişisel özgürlüğü ilerletmektir - güvenilir, güvenli, izin gerektirmeyen, uygun fiyatlı, kullanımı kolay, esnek ve sonsuz ölçeklenebilir bir blockchain ağı oluşturarak dijital öz mülkiyeti evrensel olarak erişilebilir kılmaktır.

Bu misyona uygun olarak, zkSync Era'nın alfa sürümü üç aydan biraz daha uzun bir süre önce halka açıldı ve tepkiler olağanüstü oldu. Ağda öne çıkanlar:

• Toplam kilitli değer TVL 577 milyon USD (Kaynak: L 2B eat);
• Son 30 günde 23.750.000 işlem - L2'nin çoğu (kaynak: L 2B eat);
• 9.735 kaynak kodu doğrulanmış akıllı sözleşme.

Mart 2023'te, ana ağda zkSync Lite'ı yaklaşık üç yıldır destekleyen, savaşta test edilmiş devre çerçevesini kullanan SNARK tabanlı zkSync Era doğdu. Ancak bunun zkSync Era proof sisteminin son sürümü olmayacağını biliyorduk ve bu nedenle sistemi, yeniden oluşturmadan temel değişiklikler yapmamıza izin verecek şekilde tasarladık. Bu, geliştiricileri ve kullanıcıları kesintiye uğratmadan büyük kriptografi yükseltmelerini uygulayabileceğimiz anlamına gelir.

Perde arkasında, uzun süredir kriptografi yükseltmeleri üzerinde çalışıyoruz. Bugün, ilk yükseltmeyi duyurmaktan mutluluk duyuyoruz: zkSync Era, "Boojum" adlı yeni bir STARK kanıtı sistemine geçiyor.

Boojum ile tanışın

Boojum, zkSync Era ve ZK Stack'in yükseltilmiş bir versiyonu olan ZK devrelerini uygulamak için kullandığımız Rust tabanlı aritmetik ve kısıtlama kitaplığımızdır.

Boojum nedir?

Boojum'un Özellikleri:

• PLONK Aritmetiği: Sıfır bilgi protokolleri bağlamında aritmetik, genel hesaplamaları matematiksel forma dönüştürme işlemidir. Mevcut ispat sistemi gibi, yükseltme sistemi de hala PLONK tarzı aritmetik kullanmaktadır. Bu yaklaşımla, ZK devrelerinin yazılması bazı alternatiflere göre daha basittir ve bu da sistemin geliştirilmesini, denetlenmesini, bakımını ve yükseltilmesini kolaylaştırır.
• Sağlam taahhüt şeması: Boojum'un kalbinde, sınırlı polinomları taahhüt etmemize ve ardından iddia edilen açıklığın (bir polinomun) gerçekten düşük dereceli bir polinom olduğunu verimli bir şekilde kanıtlamamıza izin veren kilit bir bileşen olan FRI taahhüt şeması yatar.
• Sistemin verimliliği: İnsanlar kanıtlama performansı hakkında konuşurken tanık oluşturma bazen göz ardı edilse de, kanıtlama sisteminin mevcut sürümünde, optimize edilmiş bir GPU kanıtlayıcının o kadar verimli olduğu bir noktaya ulaştık ki, tanık oluşturma süresi kanıt oluşturma ile karşılaştırılabilir. zaman oldukça. Boojum ile, tanık oluşturma işlevlerini tanımlamanın basitliğini korurken (bağımlılık grafiği izin veriyorsa) otomatik olarak paralelleşen tanık oluşturma sağlarız.
• Genişletilebilirlik kolaylığı: temel kısıtlama sistemi soyutlaması çok temizdir, ancak kullanıcının özel kapı türleri eklemesine izin verir, örneğin bunlara bazı özel polinomlar eklemek veya "jenerik sütunları" yeniden kullanmak gibi. Kullanıcılar devreleri için basit geometriler tanımladıktan sonra, uzantı arabirimi otomatik olarak kanıtlayıcılar, doğrulayıcılar ve yinelemeli doğrulayıcılar oluşturma yeteneği sağlar. Bu, çok verimli bir geliştirme süreci sağlar; kullanıcı devre yapısını değiştirir ve kullanmak için farklı bir kapı türü seçerse, arayüzü tekrar çağırabilir ve anahtarları yeniden oluşturarak doğru doğrulayıcıyı ve doğrulayıcıyı kullandıklarından emin olur.
• Tek yığın: Boojum ile yukarıdakilerin tümü, tip sisteminin ifade gücünden yararlanarak yalnızca standart, deyimsel Rust kullanılarak ifade edilebilir. GPU Prover'ın hesaplama açısından yoğun bölümleri CUDA C++ ile yazılmıştır, ancak kompozisyon için Rust bağlamaları sağlıyoruz.

Boojum, varsayılan olarak 2^64 - 2^32 + 1 boyutunda bir asal sayı alanını ("Goldilocks alanı" olarak adlandırılır) kullanır ve Poseidon 2 karma işlevleri ve arama tablosu tabanlı SHA 256, Keccak 256 ve Blake 2 s gibi daha standart şifreleme ilkelleri.

Daha da önemlisi, son adımda, STARK kanıtını şeffaf olmayan eşleştirme tabanlı bir SNARK ile saracağız ve bu SNARK'ı Ethereum üzerinde doğrulayacağız. Bu kanıt çok daha küçüktür ve doğrulaması daha ucuzdur; bu adım, kanıt sisteminin maliyetini ve dolayısıyla işlemin kendisini azaltır.

Neden Boojum'u seçmelisiniz?

Boojum'u tasarlarken, kararın arkasında iki temel faktör vardı: (1) birinci sınıf kanıt performansı ve (2) merkezi olmayan yönetim için azaltılmış donanım gereksinimleri.

Birinci Sınıf Performans

Mevcut SNARK tabanlı sistem, şu an için etkili olsa da, ZK Stack'te yüksek hacimli, neredeyse gerçek zamanlı işlemlere ölçeklenemez. Bir Hiper Zincir olarak çalışan zkSync Era'nın gelecekteki hedefi, bu sistemleri yıllarca desteklemektir. Bu sistemler için vizyonumuz, kanıtların ucuz ve hızlı bir şekilde üretilip doğrulanabilmesi ve Hiper Zincirler arasında hızlı kesinlik ve birlikte çalışabilirlik sağlamasıdır.

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

Ağın kanıt oluşturma süresini (ve performansla ilgili diğer önemli ölçümleri) ölçmek için, ekibi çoklu kanıt sistemlerini kıyaslama ve analiz etme konusunda geniş deneyime sahip olan Celer ile ortaklık kurduk. Aşağıdaki resimde, Boojum'un profilli çoğu sistemde çok iyi performans gösterdiğini görebilirsiniz. Sonuçlar her şeyi açıklıyor: uygulamamız birinci sınıf ispat performansı sergiliyor ve bildiğimiz kadarıyla şu anda üretimde kullanılan en hızlı ispat sistemi.

Adil bir karşılaştırma için, Celer bu kıyaslamaları CPU tabanlı bir kanıtlayıcı üzerinde çalıştırdı, ancak ana ağ sistemimiz çok daha hızlı olan GPU tabanlı bir kanıtlayıcı kullanıyor.

STARK tabanlı bir kanıtlama sistemine geçiş, önemli bir performans artışını temsil eder ve zkSync Era ve diğer ZK Stack tabanlı sistemler için artan etkinlik düzeylerini desteklemek için kesinlik ve düşük gecikme sağlanmasına yardımcı olur.

Merkezi olmayan donanım gereksinimlerinin azaltılması

Bu performans sonuçları, optimize ettiğimiz tek ölçümün bu olmadığı düşünüldüğünde özellikle etkileyicidir - sistem performansını artırırken onu çalıştırmak için gereken donanım gereksinimlerini azaltmak istiyoruz.

Mevcut sistemimiz de dahil olmak üzere günümüzde yaygın olarak kullanılan prova sistemleri, nispeten yüksek donanım gereksinimlerine sahiptir. Mevcut prova sistemimiz, her biri 80 GB RAM'e sahip bir dizi A100 GPU üzerinde çalışır. Pahalı ve güçlü makinelere olan ihtiyaç, hedefimize önemli bir engel teşkil ediyor: kullanıcı odaklı merkezi olmayan kanıt üretiminin geleceği. Bu amaca ulaşmak için kanıt oluşturmayı izinsiz yapmak yeterli değildir; kullanıcıların katılmak için yüzlerce gigabayt RAM'e sahip pahalı bir makineye ihtiyacı olmamalıdır.

Bu, son derece etkileyici ilerleme kaydettiğimiz başka bir alandır! Boojum için GPU kanıtlayıcımız yalnızca 16 GB RAM gerektiriyor ve bu düşük eşik, tasavvur ettiğimiz gelecek için önemli bir adım. CPU tabanlı provalar, 32 GB'a inmeyi ve modern çok çekirdekli işlemcilerden tam olarak yararlanmayı umduğumuz 64 GB kadar az RAM kullanabilir.

Son olarak, zkSync Era'nın Rust tabanlı sıralayıcısı halihazırda saniyede 100'den fazla işlemi (TPS) işleyebilir. Yeni bir prova sisteminin tanıtılması yalnızca performansı iyileştirmekle kalmaz, aynı zamanda donanım gereksinimlerini de azaltarak onu sıralayıcılar için ideal bir tamamlayıcı haline getirir. Boojum'un sağladığı performans artışı, sistemin işlemleri daha hızlı kanıtlayabileceği anlamına gelirken, azaltılmış donanım gereksinimleri, daha yüksek yatay ölçeklenebilirlik için daha ucuz makinelere ağ erişimini geliştirir.

Boojum'un ana ağ yolculuğu

Ekip bu yükseltmeyi geliştirmek için aylar harcadı ve sistemi ana ağ üzerinde test etme aşamasına geldiğimiz için mutluyuz. Biz de şimdiye kadar bazı hikayeleri paylaşmak istedik.

zkSync Era'yı yükseltin

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. Sistemin durumu hakkında bir önermeyi ispatladığımıza göre, bu bilgi sistemi ispatlamak için gereklidir. Bu Merkle ağacı (ve ispat sisteminin onunla etkileşime girme şekli) için önemli bir tasarım kararı, cebirsel olmayan bir sağlama işlevi, özellikle Blake 2 s kullanmaktı. Yalnızca kanıt oluşturma kolaylığı için optimize ediyor olsaydık, cebirsel bir karma işlevi kullanırdık (örneğin, Poseidon 2), ancak bu seçim, asal sayı alanlarının seçimi gibi gözlemlenebilir durumu ispat sistemi parametrelerine bağlar. Kanıt sistemine yapılan herhangi bir yükseltme, durumun tamamen yenilenmesini gerektirir.

Tasarımdan İncelemeye Boojum Yolculuğu

Yaklaşık bir ay önce, yeni kanıtlama sistemi uygulamamızın uçtan uca tam sürümünü sonlandırmaya başladık. Bu değişikliğin karmaşıklığı ve sistem doğruluğunun kritikliği göz önüne alındığında, bir dizi iç ve dış denetim başlattık.

O sırada, zkEVM devresi ve Boojum aritmetik kitaplığı hâlâ aktif geliştirme aşamasındaydı, ancak ana devremiz ve Boojum bileşenlerinin akıl sağlığıyla ilgili olası sorunları erken belirlemeye odaklanmak için harici güvenlik denetçileriyle birlikte çalıştık. Yakın bir şekilde çalışarak onlara tam kaynak kodu ve belgelere erişim sağladık ve hem otomatik hem de manuel test yöntemlerini kullanarak zkEVM devresini ve Boojum aygıtını inceleyip test ettiler.

Boojum: İncelemeden teste

Bu da bizi, aşamalı lansmanımızın bir sonraki adımı olan bugüne getiriyor: Ana Ağ Gölge Modu! Boojum şu anda yalnızca beta sürümünde olmasına rağmen, yeni kanıt sistemini mevcut sistemle paralel olarak çalıştırdığımızı duyurmaktan mutluluk duyuyoruz. Ana ağ bloklarının "gölge provalarını" oluşturmaya ve doğrulamaya başladık.

Bu gölge düzeltmeler, zkSync Era'nın ana ağ sürümü için gerekli değildir - bu, yine de mevcut kanıtlama sistemi tarafından yürütülecektir. Bu gölge kanıtları yalnızca sistemi daha fazla test etmek ve optimize etmek için doğruluyoruz, ancak zkSync Era kullanıcı etkinliğinin gerçek üretim verilerini kullanıyoruz.

Boojum: Testten Ana Ağa

Yaptığımız her şeyde olduğu gibi, güvenlik her zaman birinci önceliğimizdir. Yalnızca yeni sistemle ilgili testlerimizden tamamen memnun kaldığımızda geçiş yapmayı düşüneceğiz ve önümüzdeki haftalarda ve aylarda daha fazla ayrıntı paylaşacağız. Ayrıca, bu heyecan verici yükseltmeyi tam dağıtıma yaklaştırmak ve mevcut tasdik sistemini aşamalı olarak kaldırmak için daha fazla denetim ve güvenlik değerlendirmesi yapmayı planlıyoruz.

Boojum'un daha güvenli, ölçeklenebilir ve verimli zkEVM'de bir sonraki aşama olduğuna inanıyoruz.