ZK Bridges: Làm thế nào để bằng chứng không kiến thức trao quyền cho thế giới chuỗi chéo?

Tác giả: ScalingX

Đảm bảo tính bảo mật của các cầu nối chuỗi chéo của nó là một thách thức quan trọng, vì tài sản được lưu trữ trong hợp đồng thông minh hoặc người giám sát trung tâm cần được bảo vệ. Tuy nhiên, nếu công nghệ zk-SNARKs được đưa vào thiết kế cầu nối chuỗi chéo, thì nó có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề liên quan đến phân cấp và bảo mật.

Trong lĩnh vực công nghệ chuỗi khối đang phát triển nhanh chóng, nhiều giao thức đã được đề xuất và triển khai, nhưng mỗi giao thức áp dụng một phương thức đồng thuận khác nhau—từ bằng chứng công việc tính toán (Proof-of-Work) đến Bằng chứng cổ phần dựa trên khuyến khích, vân vân. Kể từ những ngày đầu của blockchain, tính thanh khoản và tài sản đã dần dần bị phân tán giữa các chuỗi khác nhau do sự khác biệt về giao thức ở các khía cạnh khác nhau như sự đồng thuận, bảo mật và ngôn ngữ lập trình. Cầu nối chuỗi chéo đã trở thành một giải pháp cho vấn đề này, có thể giảm sự phân mảnh và tích hợp tính thanh khoản giữa các chuỗi khối khác nhau. Một giao thức cầu nối chuỗi chéo như vậy là Wormhole, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lưu thông tiền điện tử và mã thông báo không thể thay thế (NFT) giữa các chuỗi khối hợp đồng thông minh khác nhau như Solana và Ethereum.

Rủi ro hiện tại của các cầu xuyên chuỗi

Cầu xuyên chuỗi có thể khá phức tạp. Đảm bảo tính bảo mật của các cầu nối chuỗi chéo của nó là một thách thức quan trọng, vì tài sản được lưu trữ trong hợp đồng thông minh hoặc người giám sát trung tâm cần được bảo vệ. Vì quỹ bắc cầu được lưu trữ tập trung nên trước đây chúng từng là mục tiêu của tin tặc. Thiết kế cầu nối ngày càng phát triển cũng mở ra cơ hội cho những kẻ tấn công tìm ra các lỗ hổng và cách khai thác mới. Vào năm 2022, Wormhole đã bị tấn công sau khi bản sửa lỗi bảo mật được tải lên Github, gây thiệt hại 325 triệu đô la và tin tặc đã lấy đi số tiền sau khi thành công. Chainalysis báo cáo rằng các cuộc tấn công cầu nối chuỗi chéo sẽ chiếm 69% tổng số tiền bị đánh cắp vào năm 2022.

Tín dụng hình ảnh Chainalysis

Tín dụng hình ảnh DEFIYIELD

Một thách thức khác là hiệu suất kém và sự phụ thuộc vào các thực thể trung tâm. Cầu nối chuỗi chéo hiện tại phải đối mặt với các vấn đề về khả năng mở rộng. Để cập nhật và điều chỉnh trạng thái của hai chuỗi, cầu nối chuỗi chéo đòi hỏi rất nhiều sức mạnh tính toán và dung lượng lưu trữ, dẫn đến chi phí hoạt động đáng kể. Để giảm bớt gánh nặng này, một số cầu nối chuỗi chéo đã chuyển sang cách tiếp cận kiểu ủy ban, trong đó chỉ một nhóm người xác thực hạn chế (hoặc thậm chí chỉ những người nắm giữ nhiều chữ ký) mới chấp thuận chuyển trạng thái. Tuy nhiên, cách tiếp cận này khiến chúng dễ bị tổn thương và các cuộc tấn công tiềm ẩn.

Chính những vấn đề này đã thúc đẩy các nhà phát triển tìm kiếm các giải pháp thay thế, đặc biệt là những giải pháp sử dụng mật mã không kiến thức. Trong số các phương pháp này, việc sử dụng công nghệ zk-SNARKs giúp loại bỏ sự cần thiết của các mô hình ủy ban trong khi vẫn đảm bảo khả năng mở rộng của mạng.

Cầu nối chuỗi chéo dựa trên công nghệ zk-SNARKs

Hiện tại, một số dự án đang phát triển các giải pháp cầu nối dựa trên công nghệ ZK trên các hệ sinh thái và giai đoạn phát triển khác nhau, chẳng hạn như:

• Phòng thí nghiệm ngắn gọn
• zkIBC của Electron Labs
• zkBridge của Polyhedra Network

Những sáng kiến này tận dụng công nghệ zk-SNARKS để cách mạng hóa thiết kế cầu nối chuỗi chéo. Tuy nhiên, để triển khai thành công tất cả các phương pháp này, yêu cầu chính là giao thức máy khách nhẹ - một phần mềm kết nối với các nút đầy đủ và tạo điều kiện tương tác với chuỗi khối. Giao thức này đảm bảo rằng các nút có thể đồng bộ hóa hiệu quả các tiêu đề khối của trạng thái chuỗi khối đã được xác nhận.

Hai thách thức chính phát sinh khi áp dụng công nghệ zk-SNARKs cho các cầu nối chuỗi chéo. Đầu tiên, so với rollup, cầu nối chuỗi chéo yêu cầu kích thước mạch lớn hơn. Thứ hai, vấn đề giảm thiểu lưu trữ trên chuỗi và chi phí tính toán cần được giải quyết.

Phòng thí nghiệm ngắn gọn

Succinct Labs đang phát triển một ứng dụng khách nhẹ cho sự đồng thuận PoS (Proof of Stake) của Ethereum 2.0, xây dựng một cầu nối xuyên chuỗi giảm thiểu tin cậy giữa Gnosis và Ethereum. Cầu nối chuỗi chéo này sử dụng hiệu quả của zk-SNARKS để xác minh bằng chứng hợp lệ đồng thuận một cách ngắn gọn trên chuỗi.

Quá trình thiết lập bao gồm một ủy ban đồng bộ gồm 512 trình xác nhận được chọn ngẫu nhiên cứ sau 27 giờ. Những trình xác thực này chịu trách nhiệm ký từng tiêu đề khối trong khoảng thời gian được phân bổ của chúng. Trạng thái của Ethereum được coi là hợp lệ nếu hơn ⅔ số người xác thực ký vào mỗi tiêu đề khối. Quá trình xác minh chủ yếu bao gồm xác minh những điều sau:

1. Bằng chứng Merkle của tiêu đề khối
2. Bằng chứng Merkle của người xác thực trong ủy ban đồng bộ hóa
3. Chữ ký BLS để đảm bảo luân phiên hợp lệ của ủy ban đồng bộ hóa

Quá trình này phát sinh chi phí tính toán đáng kể vì khái niệm cơ bản là các ứng dụng khách nhẹ sử dụng zk-SNARK (Groth16) để tạo bằng chứng có kích thước không đổi (bằng chứng về tính hợp lệ) có thể được xác minh hiệu quả trên chuỗi Gnosis. Bằng chứng được tạo thông qua tính toán ngoài chuỗi, bao gồm việc xây dựng các mạch để xác minh trình xác thực và chữ ký của họ, sau đó tạo bằng chứng zk-SNARK. Bằng chứng và tiêu đề khối sau đó được gửi tới các hợp đồng thông minh trên Chuỗi Gnosis để xác minh.

Việc áp dụng zk-SNARK giúp giảm chi phí lưu trữ và độ phức tạp của mạch, do đó giảm các giả định về độ tin cậy. Tuy nhiên, cách tiếp cận này được tối ưu hóa cụ thể cho giao thức đồng thuận Ethereum 2.0 và EVM và có thể yêu cầu thích ứng cao hơn với các mạng chuỗi khối khác.

Mới tháng 7 vừa qua, Succinct Labs đã đưa ra một thông báo quan trọng, xác nhận rằng ứng dụng khách nhẹ Ethereum ZK của họ đã chính thức được tích hợp vào mạng chính để tăng cường bảo mật cho Gnosis Omnibridge. Việc tích hợp sẽ giao cho Succinct Labs chịu trách nhiệm bảo mật Gnosis Omnibridge, hiện có tổng giá trị bị khóa (TVL) hơn 40 triệu đô la và đã tạo điều kiện cho dòng tài sản stablecoin trị giá hơn 1,5 tỷ đô la cho đến nay.

zkIBC của Electron Labs

Electron Labs đang xây dựng một cầu nối chuỗi chéo bắt nguồn từ hệ sinh thái Cosmos SDK, một khuôn khổ cho các chuỗi khối dành riêng cho ứng dụng. Cầu nối chuỗi chéo của nó sẽ sử dụng công nghệ IBC (Giao tiếp liên chuỗi) để cho phép giao tiếp liền mạch giữa tất cả các chuỗi khối độc lập được xác định trong khuôn khổ.

Tuy nhiên, việc triển khai các ứng dụng khách nhẹ của Cosmos SDK vào Ethereum gặp nhiều khó khăn. Ứng dụng khách ánh sáng Tendermint được sử dụng bởi SDK Cosmos chạy trên đường cong Edwards xoắn (Ed25519), vốn không được hỗ trợ bởi chuỗi khối Ethereum. Do đó, việc xác minh chữ ký Ed25519 trên đường cong BN254 của Ethereum rất tốn kém và không hiệu quả. Để vượt qua trở ngại này, Electron Labs đang phát triển một giải pháp dựa trên công nghệ zk-SNARKs. Hệ thống này sẽ tạo ra bằng chứng về tính hợp lệ của chữ ký ngoài chuỗi và chỉ xác minh bằng chứng trên chuỗi Ethereum, giải quyết vấn đề này một cách hiệu quả.

Bằng cách thực hiện phương pháp này, chữ ký Ed25519 trong SDK Cosmos có thể được xác minh một cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí trên chuỗi khối Ethereum đồng thời tránh đưa ra bất kỳ giả định tin cậy bổ sung nào. Tuy nhiên, một vấn đề tiềm ẩn mà bạn có thể gặp phải với phương pháp này là độ trễ. Tốc độ tạo khối trong SDK Cosmos là 7 giây và để theo kịp tốc độ này, thời gian chứng minh phải giảm đáng kể. Electron Labs dự định giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng nhiều máy tính để tạo bằng chứng đồng thời và sau đó kết hợp chúng thành một bằng chứng zk-SNARK duy nhất.

zkBridge của Polyhedra Network

So với hai công trình xây dựng cầu nối xuyên chuỗi dựa trên bằng chứng zero-knowledge hàng đầu trong ngành, zkBridge nổi bật với khung linh hoạt và đa dạng, tạo điều kiện phát triển nhiều ứng dụng trên nền tảng của nó. Nó sử dụng zk-SNARK một cách hiệu quả để thiết lập một quy trình giao tiếp hiệu quả, cho phép người chứng minh thuyết phục chuỗi nhận rằng một quá trình chuyển đổi trạng thái nhất định đã xảy ra trên chuỗi gửi. Khung zkBridge bao gồm hai thành phần chính:

1. Mạng chuyển tiếp tiêu đề khối: Thành phần này lấy tiêu đề khối từ chuỗi gửi, tạo bằng chứng để xác minh tiêu đề khối, sau đó truyền cả tiêu đề khối và bằng chứng tới hợp đồng cập nhật trên chuỗi nhận.
2. Cập nhật hợp đồng: Phần này duy trì trạng thái máy khách nhẹ và tự động bao gồm tiêu đề khối của chuỗi gửi sau khi bằng chứng liên kết được xác minh. Ngoài ra, nó cũng giữ cập nhật trạng thái chuỗi chính hiện tại của chuỗi gửi.

Nguồn hình ảnh Mạng đa diện

Sự khác biệt chính giữa zkBridge và các phương pháp tiếp cận hàng đầu trong ngành là zkBridge chỉ yêu cầu sự hiện diện của một nút trung thực trong mạng chuyển tiếp và giả định độ tin cậy của zk-SNARK.

Một bước tiến quan trọng trong cấu trúc này nằm ở việc sử dụng song song zk-SNARK: trình chứng minh Xử Nữ (deVirgo), giới thiệu một hệ thống bằng chứng phân tán mới để tăng tốc quá trình tạo bằng chứng và sử dụng bằng chứng đệ quy để giảm xác minh bằng chứng trên chuỗi. giá trị của. deVirgo dựa vào giao thức GKR và sơ đồ cam kết đa thức để tạo bằng chứng cho các mạch xác minh nhiều chữ ký. Sau đó, bằng chứng deVirgo được nén bởi trình kiểm tra Groth16 và được xác minh bằng hợp đồng cập nhật trên chuỗi khối mục tiêu. Sự kết hợp của các hệ thống bằng chứng này cho phép zkBridge thực hiện giao tiếp xuyên chuỗi hiệu quả mà không cần dựa vào các giả định tin cậy bên ngoài.

Phiên bản mạng chính Alpha của zkBridge đã được phát hành vào tháng 4 năm 2023 và hiện đang tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng tương tác chuỗi chéo giữa một số mạng chuỗi khối L1 và L2, chẳng hạn như BNB Chain, Ethereum và Arbitrum. Tại sự kiện ETHCC Paris zkDAY vào năm 2023, CTO của Polyhedra Network, Tiancheng Xie, đã nhấn mạnh rằng kể từ khi ra mắt mạng chính, giao thức này đã thu hút hơn 50.000 người dùng hoạt động hàng ngày và 800.000 người dùng hoạt động hàng tháng.

Với kiến trúc mô-đun, zkBridge mở ra nhiều khả năng cho các nhà phát triển và người dùng. Những khả năng này bao gồm bắc cầu và hoán đổi mã thông báo, truyền thông báo và logic tính toán thích ứng với các thay đổi trạng thái giữa các mạng chuỗi khối khác nhau.

Tóm tắt

Việc kết hợp công nghệ zk-SNARK vào thiết kế cầu nối chuỗi chéo có thể giải quyết hiệu quả các vấn đề liên quan đến phân cấp và bảo mật. Tuy nhiên, điều này cũng tạo ra nút thắt cổ chai tính toán do quy mô mạch lớn liên quan. Khi sự tập trung vào khả năng tương tác tiếp tục tăng lên, người ta tin rằng nhiều nhà phát triển sẽ làm việc chăm chỉ để phát triển công nghệ cầu nối chuỗi chéo an toàn và có thể mở rộng. Những tiến bộ này dự kiến sẽ có tác động tích cực đến sự tiến bộ và ứng dụng chung của công nghệ ZK. Do đó, chúng ta có thể mong đợi những tiến bộ đáng kể trong nghiên cứu, triển khai đổi mới và áp dụng rộng rãi hơn các ứng dụng xuyên chuỗi trong tương lai gần.