Nguồn: Tứ Trụ; Tổng hợp: Baishui, Jinse Finance
Bản tóm tắt
Vào năm 2023, zkRollups chuyển từ giai đoạn nghiên cứu sang giai đoạn sản xuất và các dự án như Starknet, zkSync, Scroll, Polygon zkEVM và Linea đã đưa ra các giải pháp của riêng họ.
Hệ sinh thái zkRollup trở nên hiệu quả và phi tập trung hơn với sự phát triển của các khái niệm mới như bộ đồng xử lý, thị trường Prover, Prover được chia sẻ và các lớp tổng hợp zk.
Hoạt động của zkRollup bao gồm ba giai đoạn chính: thực thi, tạo bằng chứng và xác minh bằng chứng, với nhiều dự án khác nhau tập trung vào việc tối ưu hóa từng thành phần trong Chuỗi cung ứng zkRollup.
zkRollups như zkSync, Starknet, Merlin và SNARKnado đang phát triển cơ sở hạ tầng của mình, nhưng họ vẫn đang trong giai đoạn đầu tối ưu hóa Chuỗi cung ứng của mình.
Vào năm 2022, zkRollups chủ yếu đang ở giai đoạn nghiên cứu. Năm 2023 đánh dấu sự khởi đầu cho tương lai của họ. Nhiều dự án, bao gồm Starknet, zkSync, Scroll, Polygon , zkEVM và Linea, đang đưa Rollup của họ vào sản xuất. Lợi ích rất rõ ràng, với thời gian hoàn thiện ngắn hơn, khả năng tương tác an toàn hơn và chi phí vận hành thấp hơn so với rollups Optimistic. Bất chấp những tiến bộ này, zkRollups vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm so với rollups hợp lạc quan và lộ trình công nghệ của chúng thay đổi thường xuyên.
Vậy tương lai của zkRollups là gì? Các thuật ngữ mới như bộ đồng xử lý, thị trường Prover, Prover được chia sẻ và lớp tổng hợp zk xuất hiện thường xuyên trong nhiều dự án. zkRollup đang được phát triển theo nhiều cách khác nhau và trong hệ sinh thái zkRollup, nhiều thành phần đang được xây dựng để làm cho zkRollups trở nên hiệu quả và phi tập trung hơn. Nếu chúng ta xem xét cách thức hoạt động của zkRollups thì quy trình này bao gồm ba giai đoạn: thực thi, tạo bằng chứng thực thi và xác minh bằng chứng. Có dự án tương ứng cho từng giai đoạn. Để tóm tắt ngắn gọn:
Thực thi: zkVM, bộ đồng xử lý
Tạo bằng chứng: thị trường bằng chứng, tập hợp bằng chứng
Xác minh bằng chứng: Lớp quyết toán
Mỗi danh mục này đều đang ở giai đoạn đầu, nhưng khi Chuỗi cung ứng này phát triển hơn, hệ sinh thái zkRollup sẽ trở nên hiệu quả hơn. Trong bài viết này, trước tiên chúng ta sẽ khám phá những kiến thức cơ bản về zk, sau đó đi sâu vào các dự án đang được xây dựng trong Chuỗi cung ứng zkRollup, cũng như một số zkRollups chính trong Ethereum và Bitcoin .
1. Kiến thức cơ bản về ZKP và zkRollup
ZkRollup được đề cập trong tiêu đề của bài viết này là một phương pháp tổng hợp sử dụng Bằng chứng không tri thức (ZKP). Nếu bạn đã từng gặp thuật ngữ Bằng chứng không tri thức trong hệ sinh thái blockchain thì có thể bạn đã quen với nó (nếu không, đừng lo lắng; nó sẽ được giải thích sau). Tuy nhiên, nếu bạn hỏi tại sao và làm thế nào kỹ thuật này được áp dụng cho các bản tổng hợp, bạn có thể khó trả lời ngay lập tức.
Để tìm câu trả lời cho câu hỏi này, trong chương này, chúng ta sẽ khám phá Bằng chứng không tri thức và zkRollups là gì, chúng hoạt động như thế nào và tại sao công nghệ ZKP lại phù hợp cho việc tổng hợp.
1.1 ZKP là gì?
1.1.1 Tổng quan về ZKP
Trước khi đi sâu vào chi tiết về ZKP, trước tiên chúng ta hãy hiểu các thành phần liên quan đến quy trình. Có hai thành phần chính:
Người cung cấp: Người cung cấp giữ tuyên bố mà họ muốn chứng minh cho người xác minh trong quá trình ZKP.
Người xác minh: Người xác minh tham gia vào quy trình ZKP và xác định xem các tuyên bố của người chứng minh có đúng hay không dựa trên bằng chứng được cung cấp.
Bây giờ, hãy khám phá ZKP một cách chi tiết. ZKP là một công nghệ crypto trong đó người chứng minh có thể chứng minh một sự thật cụ thể mà không tiết lộ chính sự thật đó hoặc bất kỳ thông tin liên quan nào. ZKP có ba đặc điểm chính: tính đầy đủ, độ tin cậy và không có kiến thức:
Tính đầy đủ: Nếu tuyên bố của người chứng minh là đúng thì người xác minh sẽ tin rằng tuyên bố đó là đúng.
Độ tin cậy: Nếu tuyên bố của người chứng minh là sai, người chứng minh không thể đánh lừa người kiểm chứng tin rằng điều đó là đúng.
Không có kiến thức: Trong quá trình chứng minh, người xác minh không thu được bất kỳ thông tin bổ sung nào ngoài tính đúng hay sai của tuyên bố.
1.1.2 Ví dụ về ZKP
Có thể không dễ hiểu nếu chỉ nhìn vào định nghĩa. Chúng ta hãy sử dụng một ví dụ nổi tiếng "Hang của Ali Baba" để giải thích Bằng chứng không tri thức.
Hãy xem xét tình huống sau: Trong hang động của Ali Baba, có hai con đường A và B gặp nhau sâu trong hang nhưng bị chặn bởi một cánh cửa bí mật. Người chứng minh (P) tuyên bố có chìa khóa cánh cửa bí mật, trong khi người xác minh (V) muốn xác minh rằng P thực sự có chìa khóa.
Quá trình xác minh diễn ra theo các bước sau: P Vào hang và chọn đường A hoặc B. V không biết P đã đi đường nào nhưng có thể yêu cầu P đi ra bằng một con đường cụ thể. Nếu P có khóa thì P có thể đi ra từ bất kỳ con đường nào. Sau khi lặp lại quá trình này lần, V có thể tin chắc rằng P có chìa khóa. Tuy nhiên, V sẽ không học được gì về hình dạng hoặc đặc tính của khóa.
Áp dụng điều này cho các đặc điểm của Bằng chứng không tri thức:
Tính toàn vẹn: Nếu P tuân theo hướng dẫn của V một cách nhất quán qua lần lần lặp lại, V có thể tin tưởng rằng P sở hữu khóa.
Độ tin cậy: Nếu P thực tế không có chìa khóa mà lại nói dối về nó thì chắc chắn sẽ xảy ra tình huống P không làm theo hướng dẫn của V, từ đó chứng tỏ tuyên bố của P là sai.
Không có kiến thức: Qua lần lần lặp lại, V bị thuyết phục rằng P sở hữu khóa nhưng không biết gì về hình thức hoặc đặc tính của khóa.
1.2 Vậy Rollup và zkRollup là gì?
Cho đến nay, chúng ta đã khám phá từ A đến Z về Bằng chứng không tri thức. Tuy nhiên, phải nhớ rằng trọng tâm của bài viết này là zkRollups. Bây giờ, hãy cùng tìm hiểu xem rollups và zkRollups là gì.
1.2.1 Tổng quan nhanh về tổng hợp
Rollup là một giải pháp mở rộng Layer 2 xử lý các giao dịch trên blockchain Layer 2 và sau đó xuất bản trạng thái Rollup lên blockchain Lớp 1 để ghi lại và quản lý.
Đã có nhiều Đề án trước đây nhằm giải quyết các vấn đề về mở rộng Ethereum . Sớm nhất là sharding, chia mạng Ethereum thành nhiều "phân đoạn" nhỏ hơn để tăng đáng kể thông lượng giao dịch. Tương tự như cách nhiều máy tính xử lý đồng thời nhiệm vụ, shending cho phép mạng Ethereum xử lý nhiều giao dịch nhanh chóng và hiệu quả hơn.
Bất chấp những lợi ích, các nhà phát triển Ethereum đã từ bỏ việc phân chia trực tiếp do lo ngại về các thách thức kỹ thuật và tập trung tiềm ẩn, dẫn đến sự chậm trễ. Thay vào đó, họ áp dụng phương pháp phân chia gián tiếp thông qua giải pháp Layer 2 . Trong phương pháp này, quá trình truyền dữ liệu giao dịch sang Lớp 1 theo đợt được gọi là rollup. Hiện tại, Optimistic Rollup và zkRollups là hai loại chính dẫn đầu hệ sinh thái.
1.2.2 Tại sao ZK Proof và Rollup lại là sự kết hợp hoàn hảo
zkRollups khác với rollups tổng hợp lạc quan ở chỗ chúng sử dụng bằng chứng hợp lệ thay vì bằng chứng gian lận. zkRollups sử dụng zk-SNARK hoặc zk-STARK để nén lượng lớn giao dịch thành một bằng chứng nhỏ duy nhất, được ghi lại và xác minh trên blockchain Lớp 1. Không giống như rollups lạc quan, phương pháp này cải thiện đáng kể tốc độ và hiệu quả xử lý và không yêu cầu thời gian tranh chấp đối với kết quả sai.
Bản chất không tương tác của Bằng chứng không tri thức là rất quan trọng đối với tính hiệu quả và tiện lợi của zkRollups. Nó cho phép rollups quản lý quy trình tổng hợp một cách độc lập, tối đa hóa hiệu quả bằng cách đóng gói và gửi dữ liệu giao dịch đến Lớp 1 theo lịch trình riêng của chúng. Phương pháp không tương tác này ngăn chặn sự chậm trễ và kém hiệu quả tiềm ẩn mà quy trình tương tác nhiều hơn giữa Lớp 1 và quá trình tổng hợp có thể tạo ra.
Tính đơn giản là một yếu tố quan trọng khác tạo nên hiệu quả của zkRollups. zk-SNARK và zk-STARK có thể nén lượng lớn dữ liệu thành các bằng chứng nhỏ, điều này đảm bảo hiệu quả kinh tế khi gửi dữ liệu giao dịch đến Lớp 1 đắt tiền hơn nhưng an toàn hơn. Khả năng nén này cho phép zkRollups xử lý nhiều giao dịch dưới dạng một lần duy nhất , nâng cao đáng kể mở rộng mở rộng Lớp 1 đồng thời cung cấp cho người dùng cơ sở hạ tầng blockchain hiệu quả hơn về mặt chi phí trong hoàn cảnh tổng hợp .
1.2.3 Hoạt động của zkRollup
Hãy cùng khám phá thêm về cách zkRollup hoạt động và những thành phần nào có liên quan. zkRollup chủ yếu được vận hành bởi hai thành phần:
Trình sắp xếp thứ tự: Trình sắp xếp thứ tự thu thập và xử lý các giao dịch xảy ra ở lớp 2 và gửi kết quả xử lý đến lớp 1. Mặc dù một số dự án tổng hợp có các thực thể riêng biệt để sắp xếp và tạo bằng chứng hợp lệ, nhưng để đơn giản, chúng tôi coi chúng ở đây là nhân vật kết hợp.
Hợp đồng tổng hợp: Hợp đồng tổng hợp là một hợp đồng thông minh ở lớp 1 được sử dụng để xác định trạng thái và giao dịch của tổng hợp. Nó nhận, lưu trữ và xác thực dữ liệu do trình sắp xếp trình tự gửi, đảm bảo việc lưu trữ và quản lý thích hợp sau khi dữ liệu được xác thực.
Quy trình hoạt động của zkRollup như sau:
[Trình tự sắp xếp <> L2] Xử lý hàng loạt giao dịch và tính toán thay đổi trạng thái: Tóm tắt nhiều giao dịch được thực hiện trên Layer 2 thành một lần, thực hiện từng giao dịch trong lần và tạo gốc trạng thái ghi lại các thay đổi trạng thái mới.
[Trình tự sắp xếp <> L2] Tạo bằng chứng hợp lệ: Sử dụng gốc trạng thái mới để tạo bằng chứng hợp lệ nhằm chứng minh tính chính xác của gốc trạng thái. Bằng chứng này đảm bảo rằng tất cả các giao dịch trong lần đã được thực hiện chính xác mà không tiết lộ chi tiết của từng giao dịch.
[Trình sắp xếp thứ tự <> L2] Gửi bằng chứng gốc trạng thái và bằng chứng hợp lệ: Bằng chứng hợp lệ được tạo, gốc trạng thái và dữ liệu giao dịch ẩn được gửi tới hợp đồng Tổng hợp Lớp 1. Hợp đồng tổng hợp xác minh dữ liệu đã gửi.
[Trình sắp xếp chuỗi <> Hợp đồng tổng hợp (L1)] Xác thực và cập nhật: Hợp đồng tổng hợp lớp 1 nhận bằng chứng hợp lệ, gốc trạng thái và dữ liệu giao dịch xác minh từ trình sắp xếp chuỗi. Nó xác thực dữ liệu, cập nhật trạng thái gốc và nếu không có vấn đề gì, nó sẽ lưu trữ dữ liệu giao dịch đã được xác thực. Nếu tìm thấy vấn đề, các thủ tục xác thực và lưu trữ sẽ không được thực thi.
2. Tổng quan về Chuỗi cung ứng zkRollup
Từ góc nhìn toàn cảnh, chúng ta hãy xem toàn bộ Chuỗi cung ứng của zkRollups hoạt động như thế nào. zkRollups bao gồm ba quy trình chính: thực thi, tạo bằng chứng và xác minh.
Thực thi: Điều này xảy ra ngoài Chuỗi, với các giao dịch được thực hiện theo đợt trên một mạng tổng hợp riêng biệt, do đó cập nhật trạng thái tổng hợp.
Tạo bằng chứng: Biên dịch các đầu vào như lần giao dịch và gốc trạng thái. Lộ trình chứng minh xử lý các giao dịch, tạo ra các bằng chứng zk ngắn gọn chứng minh crypto tính hợp lệ của các chuyển đổi trạng thái mà không tiết lộ dữ liệu.
Xác minh bằng chứng: Bằng chứng zk và dữ liệu liên quan được gửi đến hợp đồng xác thực trên lớp quyết toán(chủ yếu là Ethereum) để xác minh. Nếu hợp lệ, hợp đồng tổng hợp sẽ cập nhật trạng thái của nó để phản ánh trạng thái hậu mới và đợi một khoảng thời gian ngắn để hoàn tất thay đổi.
Có các dự án dành riêng cho từng quy trình để giúp zkRollups chạy hiệu quả hơn. Trong phần tiếp theo, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn từng quy trình đòi hỏi những gì và dự án nào đang xử lý chúng.
2.1 Thực thi - Thực thi trong tuyến ZK
Các lớp thực thi và quyết toán được thực hiện riêng biệt, các phép tính được thực hiện trên các máy riêng biệt và bằng chứng thực thi được tạo ra trong tuyến zk. Hoàn cảnh thực thi này có thể được chia thành hai phần: zkVM và Bộ đồng xử lý.
2.1.1 zkVM
Nguồn: Foresight Ventures: zk, zkVM, zkEVM và tương lai của họ | Tác giả: Foresight Ventures Medium |
zkVM (máy ảo không có kiến thức) là một máy ảo chuyên dụng được thiết kế để thực hiện các phép tính và tạo Bằng chứng không tri thức để xác minh tính chính xác của các tính toán đó mà không tiết lộ dữ liệu cơ bản. Có một số loại zkVM, mỗi loại được thiết kế riêng cho một máy ảo và ngôn ngữ lập trình cụ thể. Dưới đây là một số thông tin chi tiết về các dự án này:
zkEVM: Nó được thiết kế để tái tạo hoàn cảnh EVM đồng thời kết hợp các khả năng Bằng chứng không tri thức. Điều này cho phép các hợp đồng thông minh Ethereum và dApps hiện tại được chuyển liền mạch sang Rollup dựa trên zkEVM. Tuy nhiên, EVM thuần túy có các vấn đề về khả năng tương thích do sự phức tạp của việc phát triển các tuyến zk cho EVM và nâng cấp thường xuyên của nó.
ZkVM phổ quát dựa trên RISC-V và MIPS: zkRISC là một triển khai cụ thể của zkVM được phát triển bởi RISC Zero. Nó được thiết kế như một zkVM có mục đích chung có khả năng thực hiện các phép tính tùy ý và tạo ra Bằng chứng không tri thức. Nó cho phép triển khai các ngôn ngữ lập trình như C, Python và Rust và tạo ra bằng chứng thực thi.
CairoVM: Cairo VM được thiết kế để tối ưu hóa việc tạo ra các bằng chứng về tính hợp lệ của việc thực thi chương trình. Không giống như các giải pháp zkEVM tập trung vào việc làm cho EVM tương thích với các bản tổng hợp hợp lệ, Cairo VM được thiết kế ngay từ đầu để tối đa hóa hiệu quả của các bằng chứng STARK. Phương pháp này cho phép hiệu suất và mở rộng tốt hơn mà không bị hạn chế bởi các giới hạn EVM. Tuy nhiên, có những rào cản trong việc xây dựng dapp vì các nhà phát triển cần học một ngôn ngữ mới.
2.1.2 Bộ đồng xử lý
Nguồn: Con đường của Phala đến năm 2024: Các bộ đồng xử lý của Blockchain– AI, Hooks và DePin
Bộ đồng xử lý được phát triển dưới dạng bộ xử lý ngoài Chuỗi để hỗ trợ các phép tính cụ thể. Ví dụ: các bộ xử lý đồ họa (GPU) quản lý lượng lớn cần thiết cho việc hiển thị 3D, cho phép CPU trung tâm tập trung vào xử lý cho mục đích chung. Theo nghĩa này, bộ đồng xử lý cho phép blockchain thực hiện các hoạt động thực thi phức tạp, điều này sẽ gây tốn kém cho blockchain. Mỗi loại bộ đồng xử lý được thiết kế để tối đa hóa hiệu quả trong việc xử lý khối lượng công việc chuyên biệt của nó.
Bằng cách tận dụng ZKP, các bộ đồng xử lý có thể cho phép tính toán ngoài Chuỗi không đáng tin cậy và có thể kiểm chứng, đảm bảo tính chính xác và toàn vẹn của kết quả mà không làm rò rỉ dữ liệu nhạy cảm. Một số dự án được biết đến bao gồm:
Axiom: Axiom đang phát triển hệ thống "bộ đồng xử lý ZK" cho phép các hợp đồng thông minh truy vấn dữ liệu blockchain lịch sử và thực hiện các phép tính phức tạp ngoài Chuỗi, đồng thời duy trì quyền riêng tư và tính toàn vẹn dữ liệu thông qua ZKP.
Hợp đồng Phát (Mạng Phala): Hợp đồng Phát là bộ đồng xử lý giúp nâng cao mở rộng , mang lại trải nghiệm gas , hỗ trợ chức năng đa chuỗi và cung cấp cho dApp quyền truy cập an toàn vào dữ liệu Chuỗi .
2.2 Tạo bằng chứng - tạo ra Bằng chứng không tri thức
Để chứng minh tính hợp lệ của quá trình chuyển đổi trạng thái, toán tử tổng hợp (prover) tạo ZKP. Bằng chứng này xác nhận rằng trạng thái gốc mới được tính toán chính xác từ trạng thái trước đó. Vì việc tạo ZKP yêu cầu tài nguyên máy tính lượng lớn nên quá trình tạo bằng chứng có những hạn chế, đặc biệt đối với lần giao dịch lớn hoặc hợp đồng thông minh phức tạp. Điều này có thể hạn chế thông lượng của zkRollups và các loại ứng dụng mà chúng có thể hỗ trợ một cách hiệu quả.
Ngoài ra, do các thực thể tạo ra bằng chứng ZK đòi hỏi phải có kiến thức chuyên môn trong lĩnh vực này và cần cập nhật phần cứng nên chi phí quản lý có thể cao, chưa kể đến rủi ro tập trung. Kết quả là, một số tiến bộ đã được thực hiện trong lĩnh vực này để làm cho nó hiệu quả hơn. Phương pháp này được chia thành hai phần: thiết lập một thị trường tạo bằng chứng để thuê ngoài quy trình tạo và tạo một lớp tổng hợp để làm cho nó hiệu quả hơn về mặt chi phí.
2.2.1 Thị trường phát điện bằng chứng
Nguồn: Gevulot Giới thiệu Gevulot |
Các tính năng chính được cung cấp bởi thị trường bằng chứng bao gồm tạo bằng chứng phi tập trung, cơ chế đấu giá, sử dụng phần cứng và hiệu quả chi phí. Các ứng dụng gửi yêu cầu chứng thực tới mạng và người chứng thực phản hồi bằng cách sử dụng phần cứng tạo chứng thực, đảm bảo rằng các yêu cầu chứng thực được xử lý hiệu quả. Cơ chế đấu giá khớp các yêu cầu này với người chứng thực, cho phép định giá chứng thực cạnh tranh. Ngoài ra, người chứng minh sử dụng phần cứng chuyên dụng, giúp giảm chi phí chứng minh phi tập trung cho phép tổng hợp các yêu cầu chứng minh từ các ứng dụng khác nhau, từ đó cải thiện việc sử dụng phần cứng và hiệu quả chi phí.
Thị trường bằng chứng cũng đảm bảo khả năng chống kiểm duyệt và tính hữu hạn nhanh chóng, đồng thời thực hiện cơ chế đặt cược. Thị trường đảm bảo khả năng chống kiểm duyệt ngắn hạn nên giá thầu của người chứng minh không bị chặn hoặc bỏ qua một cách không công bằng. Các nhà cung cấp được yêu cầu đóng góp vào mạng để ngăn chặn hoạt động độc hại và đảm bảo độ tin cậy và tính toàn vẹn của mạng.
Cuối cùng, thị trường tận dụng lợi thế kinh tế theo quy mô. Việc tạo ZKP phối hợp trên quy mô lớn giúp giảm chi phí cho người dùng cuối. Việc tổng hợp luồng đơn đặt hàng bằng chứng cho phép người chứng minh đầu tư và vận hành cơ sở hạ tầng hiệu quả hơn. Các ứng dụng cũng có thể được hưởng lợi từ việc giảm chi phí xác minh Chuỗi vì bằng chứng có thể được tổng hợp để tối ưu hóa. Một số dự án bao gồm:
Mạng Succinct: Succinct Labs đang phát triển một thị trường chứng nhận phi tập trung như một phần của Mạng Succinct để tạo ra một giao thức thống nhất cho ZKP. Thị trường này sẽ cho phép các ứng dụng thuê ngoài việc tạo bằng chứng của họ cho một mạng lưới các nhà chứng minh chuyên dụng, cung cấp giải pháp hiệu quả và tiết kiệm chi phí hơn cho các hệ thống dựa trên ZKP. Thị trường chứng nhận sẽ hoạt động thông qua cơ chế đấu giá phù hợp với yêu cầu chứng thực của ứng dụng với một nhóm người chứng nhận đa dạng.
=nil; Foundation: =nil; Foundation đã phát triển Proof Market, một hệ thống phân tán phi tập trung được thiết kế để phục vụ như Thị trường Spot cho ZKP. Thị trường này cho phép những người yêu cầu bằng chứng (ví dụ: các ứng dụng) thuê ngoài việc tạo zkProof cho các nhà sản xuất bằng chứng chuyên dụng. Thị trường bằng chứng chạy trên =nil; hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu của Foundation và hoạt động giống như một "Proof DEX" hơn là một dịch vụ tập trung.
Gevulot: Gevulot không phải là một thị trường chứng minh truyền thống mà là một lớp bằng chứng phi tập trung của một ngăn xếp mô-đun . Nó là một blockchain lớp 1 không cần cấp phép và có thể lập trình được thiết kế đặc biệt để triển khai các hệ thống bằng chứng như các chương trình trên Chuỗi. Không giống như các thị trường chứng minh điển hình, Gevulot cho phép người dùng triển khai các chương trình chứng minh và xác minh trực tiếp trên blockchain, tương tự như triển khai các hợp đồng thông minh trên Ethereum. Phương pháp này cho phép các ứng dụng hưởng lợi từ các bằng chứng phi tập trung mà không cần khởi động lại mạng lưới các nhà chứng minh của họ hoặc dựa vào các giải pháp tập trung.
2.2.2 Chứng minh tập hợp
Nguồn: Chứng minh điều đó: Prover được chia sẻ, tập hợp bằng chứng và thị trường Prover- Delphi Digital
Tổng hợp ZKP là một kỹ thuật kết hợp nhiều ZKP thành một bằng chứng duy nhất, giúp giảm tổng chi phí xác minh các bằng chứng này trên Chuỗi. Điều này đặc biệt có lợi cho các Rollup phụ thuộc nhiều vào ZKP. Một số dự án đáng chú ý bao gồm:
Polygon AggLayer: Nó nhằm mục đích cho phép khả năng tương tác trơn tru giữa các giải pháp L2 trong hệ sinh thái Polygon bằng cách tận dụng ZKP tổng hợp và các hợp đồng cầu nối thống nhất (Cầu LxLy). Bằng chứng tổng hợp đảm bảo rằng các trạng thái và gói Chuỗi phụ thuộc là nhất quán, ngăn chặn quyết toán các trạng thái tổng hợp không hợp lệ trên Ethereum nếu nó phụ thuộc vào trạng thái không hợp lệ từ một Chuỗi khác.
Nebra: Sản phẩm Universal Proof Aggregation (UPA) của nó là một giao thức để tổng hợp ZKP. UPA của Nebra có thể tổng hợp bằng chứng từ các tuyến đường, hệ thống bằng chứng và các bên khác nhau, do đó giảm chi phí gas cho việc xác minh trên Chuỗi hơn 10 lần. Nebra hợp tác với các dự án như AltLayer để tích hợp UPA vào các giải pháp Rollup của họ, cho phép người dùng AltLayer và dApps được hưởng lợi từ việc giảm chi phí đáng kể.
Phòng thí nghiệm Electron: Phòng thí nghiệm Electron đã phát triển Lượng tử, một lớp tổng hợp tận dụng đệ quy zk để tổng hợp các bằng chứng từ các giao thức khác nhau và các sơ đồ chứng minh khác nhau thành một "siêu bằng chứng". Siêu bằng chứng này sau đó được xác minh trên Ethereum, phân bổ chi phí xác minh trên nhiều giao thức và cung cấp xác minh rẻ hơn cho một giao thức duy nhất.
2.3 Xác minh bằng chứng
Quá trình tạo bằng chứng trong zkRollups tốn kém về mặt tính toán. Tuy nhiên, việc xác thực các bằng chứng này trên mạng chính ETH tương đối nhẹ, cho phép mở rộng trong khi vẫn duy trì sự đảm bảo an ninh của blockchain cơ bản.
Hợp đồng thông minh xác minh zk trong Ethereum sử dụng thuật toán crypto hiệu quả để xác minh bằng chứng về tính hợp lệ. Nếu được chứng minh là hợp lệ, quá trình chuyển đổi trạng thái được đề xuất là chính xác và gốc trạng thái mới được chấp nhận, do đó cập nhật trạng thái tổng hợp trên mạng chính. Một số dự án, chẳng hạn như Lớp được căn chỉnh, cung cấp khả năng xác minh nhanh hơn và rẻ hơn bằng cách tận dụng trình xác thực trong Ethereum .
2.3.1 Các lớp căn chỉnh
Nguồn: whitepaper.alignedlayer.com
Lớp căn chỉnh là lớp phi tập trung và xác minh ZKP phi tập trung được thiết kế dành riêng cho Ethereum . Với tư cách là Dịch vụ xác thực hoạt động EigenLayer (AVS), nó thúc đẩy an ninh kinh tế của Ethereum thông qua quy trình gọi là " reStake " để đảm bảo rằng ZKP được xác minh và quyết toán chính xác trên blockchain Ethereum .
Lớp căn chỉnh cung cấp hai chế độ hoạt động khác nhau để đáp ứng các nhu cầu khác nhau. Chế độ nhanh được tối ưu hóa để có chi phí xác minh thấp nhất và độ trễ thấp, lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu xác minh bằng chứng nhanh chóng và tiết kiệm chi phí. Mặt khác, chế độ chậm tận dụng việc tổng hợp bằng chứng để tận dụng tối đa các đảm bảo bảo mật của Ethereum, cung cấp bảo mật toàn diện. Phương pháp chế độ kép này cho phép Lớp căn chỉnh cung cấp các giải pháp linh hoạt giúp cân bằng tốc độ và bảo mật dựa trên các yêu cầu cụ thể của các trường hợp sử dụng khác nhau.
3. phân tích zkRollups
Như đã đề cập trong Phần 2, nhiều dự án khác nhau đang nỗ lực tối ưu hóa Chuỗi cung ứng zkRollup. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các dự án zkRollup đáng chú ý nhất đang được sản xuất, cụ thể là các dự án tương thích EVM zkSync và Starknet cũng như các dự án tương thích Bitcoin Merlin Chain và SNARKnado.
3.1 zkSync
zkSync là một giải pháp zkRollup được phát triển bởi Matter Labs để giải quyết các thách thức mở rộng mà mạng Ethereum phải đối mặt. Mặc dù trọng tâm ban đầu của zkSync là mở rộng Ethereum nhưng tham vọng của nó còn vượt xa việc trở thành một giải pháp L2. Matter Labs hình dung zkSync là nền tảng cho một hệ sinh thái chuỗi Chuỗi toàn diện được thiết kế để kết nối liền mạch các bản tổng hợp dựa trên zkSync khác nhau. Để đạt được mục tiêu này, zkSync đang phát triển một hoàn cảnh Chuỗi phức tạp nhưng thân thiện với người dùng , kết hợp công nghệ zkRollup, Chuỗi ZK và Hyperbridge. Chúng ta hãy xem xét từng khái niệm.
3.1.1 zkRollup——Tối ưu hóa hiệu quả kinh tế
zkSync sử dụng công nghệ zkRollup dựa trên phương pháp xác minh và tạo bằng chứng của zk-SNARK, zk-SNARK, có kích thước bằng chứng nhỏ và tốc độ xác minh nhanh. Tuy nhiên, do các ưu điểm của zk-STARK như khả năng kháng lượng tử và xử lý quy mô lớn đã trở nên nổi bật hơn, zkSync cũng đang cố gắng áp dụng một phần zk-STARK. Ví dụ: hệ thống tạo bằng chứng có tên "Boojum" sử dụng zk-STARK. phương pháp tạo bằng chứng.
3.1.2 Thành phần kết cấu
Sequencer: Sequencer trong zkSync sắp xếp và xử lý các giao dịch theo các quy tắc cụ thể. Sequencer bao gồm Prover, tạo ra dữ liệu bằng chứng và giao dịch không thể xem chi tiết và gửi chúng đến Lớp 1.
Nhà cung cấp: Nhà cung cấp trong zkSync sử dụng zk-SNARK để tạo bằng chứng. Dữ liệu được sử dụng trong quy trình tạo bằng chứng bao gồm dữ liệu giao dịch không thể xem chi tiết và dữ liệu trước và sau khi thay đổi trạng thái biểu thị các thay đổi trạng thái Chuỗi L2. Bằng chứng được tạo ra sẽ được xác minh bằng hợp đồng Rollup trên Lớp 1.
Giải quyết: zkSync sử dụng dữ liệu được tạo trên Layer 2 để xác minh và cập nhật trong hợp đồng thông minh Lớp 1. Nếu xảy ra sự cố xác thực, các giao dịch trong lần bị ảnh hưởng sẽ không được cập nhật. Quá trình này mang mô-đun và mỗi Chuỗi ZK kết nối một hoặc nhiều hợp đồng thông minh sẽ được giới thiệu bên dưới.
3.1.3 Chuỗi ZK
Chuỗi ZK là một blockchain vượt qua Layer 2 và bao gồm cơ sở hạ tầng do zkSync cung cấp. Nó được gọi là vượt qua Layer 2 vì zkSync áp dụng cấu trúc phân lớp không hạn chế, bao gồm các cấu trúc fractal như L3.
Chuỗi ZK có tiếng nhất hiện nay là Kỷ nguyên zkSync được xây dựng bởi zkSync. Nó tương thích với EVM, cho phép triển khai các dapp đơn giản. Tuy nhiên, đối với mục tiêu cuối cùng của hệ sinh thái chuỗi Chuỗi của zkSync, mối quan hệ giữa các Chuỗi ZK khác nhau là rất quan trọng. zkSync tập trung vào cách kết nối với các Chuỗi ZK khác trong tương lai.
Một ví dụ về việc tận dụng hoàn cảnh Chuỗi ZK là Hyperbridge. Thông qua Hyperbridge, người dùng có thể gửi tất cả tài sản từ Chuỗi được kết nối đến ví cụ thể theo Chuỗi của họ một cách thuận tiện. Người chuyển tiếp tạo điều kiện thuận lợi cho việc kết nối, đốt và phát hành tài sản khi người dùng cần sử dụng tài sản trên Chuỗi của họ.
Ví dụ: nếu bạn sử dụng Uniswap chuỗi Chuỗi và người dùng trên Chuỗi era.zksync muốn đổi 1 ETH lấy 10.000 Dai thì quy trình như sau:
Tạo giao dịch "1 ETH → 10.000 Dai " từ ví Chuỗi era.zksync.
Người chuyển tiếp chuyển 1 ETH sang uni.chain, đổi lấy 10.000 Dai.
Sau đó, rơle sẽ chuyển 10.000 Dai đã trao đổi trở lại Chuỗi era.zksync.
Bằng cách này, người dùng có thể dễ dàng thực hiện các giao dịch chuỗi Chuỗi bằng hoàn cảnh của zkSync mà không cần biết chi tiết về Chuỗi khác.
3.1.4 Khả năng tương thích EVM
zkSync hiện tuyên bố khả năng tương thích 99% với Solidity và Vyper. Ban đầu, zkSync hỗ trợ ngôn ngữ Zinc-like Rust để triển khai zkEVM phù hợp và hiệu quả hơn. Tuy nhiên, họ đã chuyển trọng tâm sang khả năng tương thích Solidity, tạm dừng phát triển Zinc kể từ tháng 9 năm 2021 để đảm bảo tối ưu hóa hoàn toàn.
3.2 Starknet
Starknet tương tự như zkSync ở chỗ đây là giải pháp lớp 2 dựa trên zkRollup, nhưng công nghệ và công nghệ nội bộ của nó khác nhau. Đáng chú ý, nó sử dụng zk-STARK thay vì zk-SNARK và sử dụng ngôn ngữ hợp đồng thông minh Cairo của riêng mình.
3.2.1 zk Rollup - Tập trung vào xử lý Rollup khối lượng lớn
Starknet sử dụng zk-STARK để tạo và xác minh các bằng chứng liên quan đến Rollup. Tương tự như zkSync, nó chỉ sử dụng trước và sau khi thay đổi trạng thái để quản lý dữ liệu tổng hợp ở lớp 1 hiệu quả hơn.
Ngoài ra, vì Starknet sử dụng zk-STARK nên nó được hưởng lợi từ hoàn cảnh không cần tin cậy và khả năng xử lý đồng thời lượng lớn giao dịch. Điều này khiến Starknet trở thành lựa chọn hàng đầu cho dApp DeFi hoặc dApp chơi game với khối lượng giao dịch lớn.
3.2.2 Đặc điểm cấu trúc
Nhìn lên, Starknet áp dụng kiến trúc tương tự như các zkRollups khác. Nhưng điều làm cho nó trở nên khác biệt là việc tích cực tận dụng mô hình Bằng chứng không tri thức zk-STARK và duy trì khả năng tương thích EVM thông qua ngôn ngữ lập trình độc quyền Cairo.
Nguồn: Kiến trúc Starknet: Tổng quan
Trình sắp xếp trình tự: Trình sắp xếp trình tự trong Starknet đóng một vai trò quan trọng trong việc quản lý việc xác minh và thực hiện các giao dịch cũng như đề xuất các khối. Chức năng chính của nó là xử lý các giao dịch theo lô. Các giao dịch không vượt qua được quá trình xác minh sẽ bị Bộ sắp xếp chuỗi hạn chế và chỉ những giao dịch đã được xác minh mới được đưa vào khối. Trình sắp xếp chuỗi cũng bao gồm một bộ chuẩn, chịu trách nhiệm gửi dữ liệu tổng hợp đã hoàn thành đến Lớp 1.
Người chứng minh: Người chứng minh trong Starknet sử dụng zk-STARK để tạo bằng chứng. Trong quá trình tạo bằng chứng, người chứng minh lưu từng bước thực hiện giao dịch để tạo Dấu vết thực thi và theo dõi các thay đổi trạng thái trong Chuỗi L2, ghi lại Khác biệt trạng thái. Quá trình tạo bằng chứng đòi hỏi lượng lớn tài nguyên máy tính và được thiết kế để hỗ trợ xử lý song song, cho phép nhiều người kiểm chứng phân chia lao động và thực hiện nhiệm vụ cùng một lúc.
Quyết toán : Dữ liệu được tạo trên Layer 2 được chuyển sang Lớp 1 (ví dụ: Ethereum), trong đó các thành phần chấp nhận giao dịch và quản lý bằng chứng cũng như sự khác biệt về trạng thái. Các thành phần này được xử lý bởi hai hợp đồng thông minh: hợp đồng xác thực và hợp đồng lõi Starknet. Hợp đồng xác thực sẽ phân tích các bằng chứng nhận được từ Lớp 2 và nếu phát hiện thấy bất kỳ vấn đề nào, hãy phủ quyết giao dịch. Nếu tính hợp lệ của bằng chứng được xác nhận, nó sẽ được chuyển sang hợp đồng cốt lõi của Starknet, hợp đồng này sẽ cập nhật Chuỗi lớp 1 với các thay đổi trạng thái được cung cấp. Trạng thái cập nhật này sẽ được thêm vào khối Chuỗi Lớp 1 và khi khối đó vượt qua quy trình của Lớp 1, nó sẽ bị ảnh hưởng bởi Lớp 1.
3.2.3 Khả năng tương thích EVM
Starknet đang phát triển lộ trình tương thích EVM độc đáo của riêng mình thông qua ngôn ngữ Cairo. Để triển khai hợp đồng thông minh trên Starknet, phải sử dụng Cairo. Trong khi Cairo chưa hỗ trợ nhiều tính năng của Solidity, Cairo vẫn tụt hậu so với Solidity về quy mô cộng đồng và việc áp dụng, mặc dù số lượng nhà phát triển ở Cairo đang tăng lên.
Ngôn ngữ hợp đồng thông minh của Starknet Cairo kế thừa chức năng của Rust. Nó được tối ưu hóa để tạo bằng chứng zk-STARK và có thể thực thi và tạo bằng chứng một cách hiệu quả cho các hợp đồng thông minh. Vượt qua các rào cản khi sử dụng Cairo cho phép các hợp đồng thông minh được triển khai và thực thi trong hoàn cảnh tốt hơn, với dữ liệu được tổng hợp an toàn đến Lớp 1.
Bảng sau đây nêu ra những khác biệt chính giữa Cairo và Solidity.
3.3 Chuỗi Merlin
Merlin Chain là giải pháp zkRollup lớp 2 dựa trên Bitcoin được phát triển bởi Bitmap Tech, một công ty chủ yếu tập trung vào Ethereum . Merlin Chain dựa trên công nghệ Bằng chứng không tri thức của Polygon và có lợi thế là tương thích với EVM trong khi lưu trữ an toàn dữ liệu Rollup vào Bitcoin L1. Bằng cách này, Merlin Chain đặt mục tiêu tăng thanh khoản và mở rộng hệ sinh thái trong mạng Bitcoin, bao gồm cả BTC, với khẩu hiệu “Làm cho Bitcoin vui vẻ trở lại”.
3.3.1 zkRollup - Một phương pháp kết hợp các tính năng Bitcoin
Merlin Chain sử dụng công nghệ zkRollup kết hợp zk-SNARK và zk-STARK. Ban đầu, do đặc điểm cấu trúc của mạng Bitcoin là Turing chưa hoàn thiện nên ZKP không thể được xác minh trực tiếp trên mạng Bitcoin. Tuy nhiên, sau khi nâng cấp Taproot, bạn có thể xác minh một phần. Merlin Chain sử dụng Taproot để ghi lại dữ liệu Tổng hợp và dữ liệu bằng chứng được tạo ngoài Chuỗi vào mạng Bitcoin.
Trong Merlin Chain, zkProver chịu trách nhiệm xác minh tính hợp lệ của dữ liệu giao dịch và tạo bằng chứng dựa trên dữ liệu đã được xác minh. Các giai đoạn của quá trình này như sau:
Nút trình tự của Merlin Chain lưu trữ thông tin trạng thái hiện tại trong cơ sở dữ liệu.
Nút trình tự gửi giao dịch đến zkProver.
zkProver truy cập cơ sở dữ liệu để lấy dữ liệu cần thiết để xác minh giao dịch.
Khi zkProver hoàn tất xác minh giao dịch, nó sẽ tạo bằng chứng và gửi nó đến nút trình tự.
Quá trình này bao gồm một số bước. Đầu tiên, các giao dịch được xác minh và xử lý bằng zkEVM dựa trên ngôn ngữ hợp ngữ zk (zkASM) do đội ngũ Polygon zkEVM phát triển. Dữ liệu thu được sau đó được tổng hợp và nén bằng khả năng xử lý dung lượng cao của zk-STARK để tối ưu hóa hiệu quả kinh tế của Rollup. Cuối cùng, zk-SNARK được sử dụng để tạo ra các bằng chứng có kích thước bằng chứng nhất quán. Dữ liệu và bằng chứng được tạo ra sau đó sẽ được xác minh trong hoàn cảnh mạng oracle Merlin Chain phi tập trung và được tải lên mạng Bitcoin thông qua Taproot.
3.3.3 Nâng cấp trong tương lai: bằng chứng gian lận trên Chuỗi
Mặc dù zkRollup dường như hoạt động tốt đối với các giải pháp L2 trong hệ sinh thái Ethereum(như đã thảo luận trong Phần 3.2.1), nhưng bản thân nó không thể đảm bảo hoàn hảo tính hợp lệ và tính chính xác của các giao dịch trong một đợt tổng hợp. Để thu hẹp khoảng cách do sự khác biệt trong cấu trúc mạng Bitcoin gây ra, Merlin Chain có kế hoạch giới thiệu một cơ chế ngăn chặn gian lận trên Chuỗi tương tự như optimistic rollup .
Các cơ chế ngăn chặn gian lận trên Chuỗi hoạt động trong mối quan hệ giữa người đề xuất và người thách thức dữ liệu tổng hợp. Nếu người thách thức cho rằng dữ liệu tổng hợp không chính xác, họ có thể thách thức dữ liệu giao dịch, thông tin trạng thái ZK và bằng chứng ZK được tải lên mạng Bitcoin . Hầu hết các giao dịch L2 không cần phải được xác minh lại trên mạng Bitcoin(L1), nhưng nếu có thách thức đối với dữ liệu tổng hợp được trình bày trước đó thì dữ liệu và giao dịch phải được thực hiện lại và xác minh. Nếu một nhân vật bị phát hiện có lỗi, họ sẽ bị trừng phạt.
3.3.4 Khả năng tương thích EVM
Merlin Chain đạt được khả năng tương thích EVM bằng cách sử dụng zkEVM dựa trên zkASM trong zkProver của nó. Điều này cho phép các hợp đồng thông minh được phát triển bằng cách sử dụng các công cụ và cơ sở hạ tầng phát triển Ethereum hiện có được thực thi trên mạng Bitcoin , mang lại lợi thế cho mở rộng chức năng của Ethereum sang Bitcoin.
3.4 SNARKnado
SNARKnado là giải pháp lớp 2 dựa trên Bitcoin của Alpen Labs được triển khai bằng zk-SNARK. Alpen Labs đặt mục tiêu tận dụng SNARKnado để làm cho blockchain tập trung hơn vào xác minh thay vì tính toán, cho phép mở rộng và hiệu quả cao hơn trong hệ sinh thái Bitcoin .
3.4.1 zkRollup - Người kế thừa BitVM
SNARKnado là một mô hình được sửa đổi được tối ưu hóa hơn nữa cho zk-SNARK, mượn từ cấu trúc người thử nghiệm-thách thức được sử dụng trong phương pháp Optimism của BitVM. Điều này cải thiện hiệu suất của nó khoảng tám lần so với BitVM. Tuy nhiên, lợi thế của BitVM2 vẫn chưa bằng việc cho phép bất kỳ ai bắt đầu thử thách, vì SNARKnado hiện giới hạn khả năng thử thách đối với nhân vật được phép.
3.4.2 Đặc điểm cấu trúc
Phương pháp chứng minh chứng minh - đa thức chia đôi
Việc sử dụng zk-SNARK cho phép SNARKnado quản lý dữ liệu tổng hợp và dữ liệu bằng chứng trên Bitcoin với kích thước bằng chứng nhỏ hơn, nhưng những hạn chế của Bitcoin đối với các phép tính phức tạp yêu cầu tối ưu hóa xác minh bằng chứng. SNARKnado giải quyết vấn đề này bằng cách chuyển đổi dữ liệu chứng minh bằng cách sử dụng đa thức chia đôi. Quá trình xác minh diễn ra thông qua tính toán trên Chuỗi được kích hoạt bởi nâng cấp Taproot.
Khi người chứng minh nhận được một thử thách, họ sẽ tiết lộ một số dữ liệu cần thiết cho thử thách đó và trải qua quá trình xác minh với người thách thức. Phương pháp đa thức lưỡng cực được sử dụng để xác minh nhằm xác định nhân vật nào (người ủng hộ hay người thách thức) có lỗi.
3.4.3 SNARKnado và BitVM hoặc BitVM2
SNARKnado có nhiều điểm tương đồng với BitVM, đặc biệt là xuất hiện ở vị trí trung điểm giữa BitVM và BitVM2. Vì vậy, sự khác biệt giữa chúng là gì? (Vì BitVM2 là mô hình tiên tiến hơn BitVM nên việc so sánh sẽ chủ yếu tập trung vào BitVM2.)
Đầu tiên, hãy xem xét việc sử dụng tài nguyên nội bộ Bitcoin. BitVM2 vốn đã cho thấy mức tăng tuyến tính trong việc sử dụng tài nguyên Chuỗi chuỗi, trong khi SNARKnado giảm mức tăng này xuống mức căn bậc hai, từ đó tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên Chuỗi chuỗi. Một điểm khác biệt nữa là khả năng tiếp cận của nhân vật có thể đưa ra thử thách. Trong khi SNARKnado giới hạn các thử thách ở nhân vật được phép, BitVM2 cho phép mọi người đưa ra thử thách mà không được phép.
3.4.4 Khả năng tương thích EVM
Theo hồ sơ mới nhất từ Alpen Labs, khả năng tương thích EVM vẫn chưa được hỗ trợ chính thức và hiện không có kế hoạch nào trong tương lai về khả năng tương thích EVM.
4. Nhìn về tương lai
Nhìn lại các lần ra mắt mainnet zkRollups gần đây, chúng ta đã thấy sự ra mắt của zkSync Era vào tháng 8 năm 2023 và Polygon zkEVM vào tháng 12 năm 2023. Những dự án này chưa tồn tại được lâu nên hầu hết vẫn đang được phát triển tích cực. Ngoài ra, phạm vi phát triển không còn giới hạn ở zkEVM. Các bộ đồng xử lý zkVM, zkWasm và ngoài Chuỗi cũng đang được phát triển trong phần triển khai, trong đó các tuyến zk tùy chỉnh.
Các nỗ lực đang được tiến hành để cải thiện hiệu quả của Chuỗi cung ứng khi việc thực hiện cơ bản và tạo bằng chứng trở nên đáng tin cậy hơn. Các chiến lược bao gồm thiết lập một thị trường gồm những người chứng minh, tổng hợp nhiều bằng chứng và tạo các lớp xác minh để xác minh hiệu quả về mặt chi phí. Dự kiến Chuỗi cung ứng của zkRollups sẽ trở nên hiệu quả hơn và giá cả phải chăng hơn trong tương lai.
