# Overpass Channels - Chìa khóa mở ra kỷ nguyên mới cho toàn bộ Web3

TL;DR: Xác minh mạng của các chuyển đổi trạng thái riêng tư

Kênh Overpass giới thiệu một cách tiếp cận sáng tạo đối với khả năng mở rộng Lớp 2 bằng cách cho phép xác minh mạng các chuyển đổi trạng thái riêng tư mà không cần dựa vào các cơ chế đồng thuận truyền thống. Điều này đạt được thông qua việc sử dụng các bằng chứng mật mã và cây Merkle thưa thớt, đảm bảo tính riêng tư, khả năng mở rộng và khả năng xác minh trên toàn mạng.

Nó hoạt động như thế nào

1. Cấu trúc cây Merkle

• Cây Merkle thưa riêng tư (SMT) : Mỗi ví duy trì một cây Merkle thưa riêng tư chứa tất cả dữ liệu của ví, chẳng hạn như số dư và trạng thái kênh.
• Merkle Root ( R R ) : Mạng chỉ biết Merkle root R R , đại diện cho trạng thái tổng hợp của ví. Dữ liệu cơ bản vẫn được giữ riêng tư ở phía máy khách.

2. Chuyển đổi trạng thái

• Cập nhật trạng thái : Khi ví thực hiện chuyển đổi trạng thái (ví dụ: cập nhật kênh), nó sẽ tính toán:
  • Gốc Merkle mới R' R ′ phản ánh trạng thái được cập nhật.
  • Một bằng chứng P P chứng minh cách R' R ′ được suy ra từ trạng thái trước đó.
• Thành phần chứng minh : Chứng minh bao gồm các hàm băm anh chị em cần thiết để tính toán lại R' R ' từ nút lá đã sửa đổi trong cây Merkle.

3. Vai trò của mạng lưới

• Xác minh mà không cần truy cập dữ liệu riêng tư : Mạng xác minh quá trình chuyển đổi bằng cách:
  • Tính toán lại R' R ' bằng cách sử dụng bằng chứng P P được cung cấp và dữ liệu trạng thái mới.
  • Đảm bảo quá trình chuyển đổi tuân thủ các ràng buộc được xác định trước (ví dụ: tính toàn vẹn của số dư, mức tăng nonce).
• Thi hành ràng buộc : Bằng cách kiểm tra các ràng buộc này, mạng đảm bảo tính hợp lệ của mỗi lần chuyển đổi trạng thái mà không cần phải xem dữ liệu riêng tư cơ bản.

4. Mạng lưới biết được điều gì sẽ xảy ra

• Gốc Merkle ban đầu ( R_0 R 0 ) : Khi tạo ví, mạng sẽ lưu trữ gốc Merkle ban đầu R_0 R 0 .
• Các chuyển đổi tiếp theo : Đối với mọi chuyển đổi trạng thái:
  • Mạng lưới mong đợi một bằng chứng P P phù hợp với gốc R' R ′ mới.
  • Nó xác minh rằng các ràng buộc chuyển tiếp được thỏa mãn, đảm bảo tính hợp lệ.
• Xác thực không cần tin cậy : Dựa vào bằng chứng gốc và mật mã ban đầu cho phép mạng phát hiện hành vi giả mạo hoặc hoạt động không hợp lệ mà không cần truy cập vào dữ liệu riêng tư của khách hàng.

5. Quyền riêng tư và bảo mật

• Quyền riêng tư dữ liệu : Tất cả dữ liệu cơ bản đều được lưu giữ ở phía máy khách trong SMT.
• Phơi bày tối thiểu : Mạng chỉ kiểm tra các gốc công khai ( R_0 R 0 , R' R ′ ) và bằng chứng ( P P ), cùng với các ràng buộc chuyển tiếp.
• Đảm bảo an ninh : Phương pháp này đảm bảo quyền riêng tư, khả năng mở rộng và khả năng xác minh trên toàn mạng.

Tại sao cách tiếp cận này hiệu quả

Bằng cách chỉ dựa vào gốc Merkle và các bằng chứng mật mã, mạng có thể phát hiện ra các hoạt động giả mạo hoặc không hợp lệ mà không cần phải nhìn thấy dữ liệu máy khách riêng tư. Mỗi quá trình chuyển đổi phải được căn chỉnh về mặt mật mã với trạng thái ban đầu và tuân theo các quy tắc, đảm bảo xác thực không cần tin cậy. Thiết kế này hoạt động cực kỳ tốt mà không cần sự đồng thuận vì nó tận dụng các bằng chứng mật mã đơn hướng và các đặc tính vốn có của cây Merkle thưa thớt và các kênh đơn phương.

Giải thích chính thức với LaTeX Math và Pseudocode

Khởi tạo và xác minh cây Merkle

1. Kiến thức cơ bản về cây Merkle

• Khởi tạo : Cây Merkle được khởi tạo bằng một tập hợp các lá \{L_1, L_2, \ldots, L_n\} { L 1 , L 2 , … , L n } , trong đó mỗi lá L_i L i biểu diễn một số dữ liệu (ví dụ: trạng thái kênh).

• Tính toán gốc : Cây tính toán các giá trị băm lên đến gốc Merkle R R :

  R = H(\ldots H(H(L_1, L_2), H(L_3, L_4)), \ldots)
  R = H ( … H ( H ( L 1 , L 2 ) , H ( L 3 , L 4 ) ) , … )

2. Bằng chứng chuyển đổi trạng thái

• Cập nhật Leaf : Đối với quá trình chuyển đổi trạng thái, máy khách sẽ tính toán:

  • Lá được cập nhật L_i' L ′ i dựa trên hoạt động của kênh.
  • Một bằng chứng P_i P i bao gồm các băm anh chị em cần thiết để tính toán lại gốc.

• Tính toán gốc mới :

  R' = \text{Tính toán lạiRoot}(L_i', P_i)
  R ′ = Tính toán lạiRoot ( L ′ i , P i )

3. Kiến thức của mạng lưới

• Thông tin được lưu trữ : Mạng chỉ có:
  • Gốc ban đầu R_0 R 0 được chia sẻ trong quá trình tạo ví.
  • Các quy tắc chuyển đổi được mã hóa vào hệ thống (ví dụ: tính toàn vẹn của số dư, gia số nonce).
  • Bằng chứng P_i P i được gửi kèm với mỗi gốc R' R ′ được cập nhật.

4. Xác minh mạng

• Tính hợp lệ của bằng chứng : Mạng xác minh rằng bằng chứng tính toán lại R' R ′ một cách chính xác từ L_i' L ′ i và P_i P i :

  R' \stackrel{?}{=} \text{Tính toán lạiRoot}(L_i', P_i)
  R ′ ? = Tính toán lạiRoot ( L ′ i , P i )

• Tính hợp lệ chuyển đổi trạng thái : Đảm bảo rằng các ràng buộc chuyển đổi là đúng:

  \text{Ràng buộc: } \left\{\begin{aligned}&L_i' = L_i - \text{số tiền} &\text{(cập nhật số dư)} \\&\text{nonce}_{i}' = \text{nonce}_i + 1 &\text{(cập nhật nonce)}\end{aligned}\right.
  Hạn chế: { L ′ i = L i − số lượng (cập nhật số dư) nonce ′ i = nonce i + 1 (cập nhật nonce)

Chính thức hóa LaTeX

Định nghĩa:

• R_0 R 0 : Gốc Merkle ban đầu được chia sẻ trong quá trình tạo ví.
• R_k R k : Gốc Merkle sau lần chuyển đổi trạng thái thứ k k .
• L_k^{(i)} L ( i ) k : Lá i i sau lần chuyển đổi trạng thái thứ k k .
• P_k^{(i)} P ( i ) k : Chứng minh cho lá L_k^{(i)} L ( i ) k cho quá trình chuyển đổi trạng thái thứ k k .
• \text{RecomputeRoot}(L_k^{(i)}, P_k^{(i)}) RecomputeRoot ( L ( i ) k , P ( i ) k ) : Hàm để tính lại gốc từ lá được cập nhật và bằng chứng.
• C(L_k^{(i)}, L_{k+1}^{(i)}) C ( L ( i ) k , L ( i ) k + 1 ) : Ràng buộc cho các chuyển đổi hợp lệ.

Xác minh bởi Mạng lưới :

1. Trạng thái ban đầu :

   R_0 = \text{Tính toán lại gốc}(\{L_1, \ldots, L_n\}, \{\})
   R 0 = Tính toán lạiRoot ( { L 1 , … , L n } , { } )

2. Chuyển đổi trạng thái :

   • Mạng nhận được R_{k+1} R k + 1 , P_k^{(i)} P ( i ) k và L_{k+1}^{(i)} L ( i ) k + 1 .

   • Xác minh:

     R_{k+1} = \text{Tính toán lạiRoot}(L_{k+1}^{(i)}, P_k^{(i)})
     R k + 1 = Tính lạiRoot ( L ( i ) k + 1 , P ( i ) k )

   • Đảm bảo rằng:

     C(L_k^{(i)}, L_{k+1}^{(i)})
     C ( L ( i ) k , L ( i ) k + 1 )

Thuật toán mã giả

 # Network InitializationR_current = R_0 # Initial root stored during wallet creation# Verification Functionfunction verify_state_transition(new_root, proof, updated_leaf, constraints):computed_root = recompute_root(updated_leaf, proof)if computed_root != new_root:return False # Proof is invalidif not constraints(updated_leaf):return False # Transition violates rulesreturn True # Valid transition# State Transition Processfunction on_state_transition(new_root, proof, updated_leaf, constraints):if verify_state_transition(new_root, proof, updated_leaf, constraints):R_current = new_root # Update the stored rootreturn Trueelse:return False

Làm thế nào mạng biết những gì mong đợi

Thiết lập trạng thái ban đầu

• Gốc ban đầu ( R_0 R 0 ) : Được cung cấp trong quá trình tạo ví, đóng vai trò là cơ sở cho tất cả các xác thực trong tương lai.
• Tính toàn vẹn mật mã : R_0 R 0 bao gồm toàn bộ trạng thái ví, đảm bảo rằng mọi quá trình chuyển đổi tiếp theo đều bắt đầu từ nguồn gốc có thể chứng minh được và không thể giả mạo.

Cập nhật gia tăng

• Tính toán của khách hàng :
  • Tạo gốc Merkle R' R ′ được cập nhật biểu thị trạng thái ví mới.
  • Tạo bằng chứng mật mã P P cho thấy cách R' R ′ được suy ra từ trạng thái trước đó.
• Thành phần chứng minh :
  • Lá được cập nhật ( L_i' L ′ i ).
  • Cần có các hàm băm anh chị em để tính toán lại gốc Merkle mới.

Quy trình xác minh mạng

• Xác minh bằng chứng :

  • Tính lại gốc R' R ′ mới bằng cách sử dụng bằng chứng P P đã gửi và xác minh rằng nó khớp với R' R ′ đã cung cấp.

• Xác thực ràng buộc :

  • Đảm bảo tuân thủ các ràng buộc được xác định trước, chẳng hạn như tính toàn vẹn của số dư và tiến trình nonce:

    \begin{aligned}&L_i' = L_i - \text{số lượng} \\&\text{nonce}_{i}' = \text{nonce}_i + 1\end{aligned}
    L ′ i = L i − số lượng nonce ′ i = nonce i + 1

• Xác thực không cần tin cậy : Bất kỳ sai lệch nào so với kết quả mong đợi đều làm mất hiệu lực quá trình chuyển đổi, đảm bảo rằng mạng có thể xác thực các bản cập nhật một cách không cần tin cậy mà không cần truy cập vào dữ liệu cơ bản.

Lợi ích chính

• Quyền riêng tư dữ liệu : Chỉ có bằng chứng mật mã và gốc Merkle được chia sẻ; mạng không bao giờ truy cập dữ liệu riêng tư.
• Khả năng mở rộng : Bằng chứng nhẹ và việc loại bỏ cơ chế đồng thuận cho phép khả năng mở rộng lớn.
• Bảo mật : Việc can thiệp hoặc sửa đổi trái phép sẽ dẫn đến root không hợp lệ, đảm bảo tính toàn vẹn của mạng.
• Tính đơn giản : Mạng hoạt động như một trình xác minh thụ động, giảm độ phức tạp bằng cách loại bỏ các giao thức đồng thuận.
• Hoàn tất tức thì : Giao dịch được hoàn tất sau khi xác minh bằng chứng, nâng cao trải nghiệm của người dùng.

Tại sao điều này lại hiệu quả đến vậy

Sức mạnh của bằng chứng mật mã

• Bằng chứng Merkle : Mỗi lần chuyển đổi trạng thái được xác minh bằng cách sử dụng bằng chứng Merkle mật mã liên kết trạng thái hiện tại ( R R ) với trạng thái mới ( R' R ′ ).
• Phát hiện giả mạo : Bất kỳ sửa đổi trái phép nào cũng dẫn đến sự không khớp của gốc dự kiến, khiến gian lận có thể bị phát hiện ngay lập tức.
• Bằng chứng không cần kiến thức (Tùy chọn) : Có thể xác nhận việc tuân thủ các quy tắc (ví dụ: tính toàn vẹn của số dư) mà không tiết lộ dữ liệu riêng tư.

Luồng thông tin một chiều

• Truyền thông đơn giản : Thông tin truyền từ nguồn thông tin chính xác (mạng) đến máy khách, duy trì kiểm soát chặt chẽ và loại bỏ sự phụ thuộc hai chiều.
• Xác thực độc lập : Khách hàng tự chứng minh các bản cập nhật của mình vào mạng, loại bỏ nhu cầu phải có sự đồng thuận giữa nhiều nút.

Loại bỏ sự đồng thuận

• Không cần trình xác thực : Mạng giữ nguyên gốc ban đầu ( R_0 R 0 ) và xác thực quá trình chuyển đổi bằng cách sử dụng bằng chứng mật mã thay vì thuật toán đồng thuận.
• Giảm độ trễ : Giao dịch có thể được xác thực và hoàn tất nhanh chóng vì không cần phải có sự đồng ý giữa các nút.

Quyền riêng tư theo thiết kế

• Quản lý dữ liệu phía máy khách : Tất cả dữ liệu cơ bản (ví dụ: trạng thái ví hoặc kênh) vẫn được giữ riêng tư ở phía máy khách.
• Tiết lộ mạng tối thiểu : Mạng xác thực quá trình chuyển đổi mà không xử lý hoặc lưu trữ dữ liệu người dùng, bảo vệ quyền riêng tư.

Khả năng mở rộng

• Xử lý song song : Các nút xác thực bằng chứng độc lập song song, tránh tình trạng tắc nghẽn.
• Xác minh hiệu quả : Bằng chứng mật mã có hiệu quả về mặt tính toán để xác minh.
• Cây Merkle thưa thớt : Kích thước bằng chứng vẫn theo logarit trong kích thước cây, đảm bảo hiệu suất nhất quán khi hệ thống mở rộng.

Tác động đến thông lượng (TPS - Giao dịch mỗi giây)

Loại bỏ các nút thắt cổ chai của sự đồng thuận

• Không đồng bộ hóa trạng thái toàn cầu : Loại bỏ sự đồng thuận sẽ loại bỏ độ trễ và giới hạn về khả năng mở rộng.
• Hoàn tất tức thì : Giao dịch được hoàn tất sau khi xác minh bằng chứng, giúp tăng đáng kể thông lượng.

Xác thực nhẹ với bằng chứng mật mã

• Hiệu quả : Việc xác minh bằng chứng mật mã chỉ đòi hỏi tính toán tối thiểu.
• Tính song song : Bằng chứng của mỗi giao dịch có thể được xác thực độc lập, cho phép xử lý song song.

Kênh đơn phương và luồng thông tin đơn hướng

• Luồng giao dịch hợp lý : Các kênh đơn phương loại bỏ sự phụ thuộc hai chiều, giúp đơn giản hóa hệ thống.
• Cập nhật đồng thời : Nhiều quá trình chuyển đổi trạng thái có thể diễn ra song song mà không bị gián đoạn.

Hoạt động phía máy khách

• Chuyển giao cho Khách hàng : Khách hàng xử lý hầu hết chi phí tính toán, bao gồm tạo bằng chứng và cập nhật cây Merkle cục bộ.
• Hiệu quả mạng : Mạng tập trung vào việc xác minh bằng chứng và duy trì gốc, giảm khối lượng công việc.

Quản lý trạng thái có thể mở rộng

• Cây Merkle thưa thớt : Đảm bảo kích thước bằng chứng không đổi (logarit theo kích thước cây), hỗ trợ khả năng mở rộng.
• Hiệu suất ổn định : Duy trì thông lượng cao khi hệ thống phát triển.

Tiềm năng TPS lý thuyết

• Không có giới hạn lý thuyết : Thông lượng chủ yếu bị giới hạn bởi khả năng của phần cứng.
• Hiệu quả cao : Xác minh bằng chứng có thể được thực hiện trong vài micro giây, cho phép thực hiện hàng triệu giao dịch mỗi giây trong điều kiện lý tưởng.
• Khả năng mở rộng thực tế : Ngay cả với những ước tính thận trọng, Overpass vẫn có thể đạt được hàng trăm nghìn TPS trong các tình huống thực tế.

So sánh với các hệ thống truyền thống

Phần kết luận

Overpass Channels về cơ bản chuyển đổi khả năng mở rộng của Lớp 2 bằng cách tận dụng các bằng chứng mật mã, luồng thông tin đơn hướng và loại bỏ các cơ chế đồng thuận. Kiến trúc này đạt được:

• Quyền riêng tư : Dữ liệu khách hàng được bảo mật, chỉ chia sẻ bằng chứng và gốc để xác minh.
• Khả năng mở rộng : Xác thực song song và xác minh bằng chứng hiệu quả hỗ trợ hàng triệu giao dịch.
• Bảo mật : Có thể phát hiện ngay lập tức hành vi giả mạo và các kỹ thuật bảo vệ quyền riêng tư giúp tăng cường sự tin tưởng của người dùng.
• Tính đơn giản : Vai trò của mạng được giảm xuống còn xác minh thụ động, loại bỏ sự phức tạp của sự đồng thuận.
• Hoàn tất ngay lập tức : Giao dịch được hoàn tất ngay sau khi xác minh bằng chứng.

Bằng cách giải quyết những hạn chế cơ bản của hệ thống blockchain truyền thống, Overpass Channels nổi lên như giải pháp Lớp 2 thế hệ tiếp theo cho Web3, có khả năng mở rộng quy mô để đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng phi tập trung toàn cầu trong khi vẫn đảm bảo quyền riêng tư và bảo mật.