V rychle se rozvíjející oblasti technologie blockchain bylo navrženo a implementováno mnoho protokolů. Každý z nich však používá jinou konsensuální metodu – od výpočtového důkazu práce po pobídkový důkaz o sázce atd. Od počátků blockchainu se likvidita a aktiva postupně rozptýlily mezi různé řetězce kvůli rozdílům v protokolech v různých aspektech, jako je konsensus, bezpečnost a programovací jazyky. Cross-chain bridges se objevují jako řešení tohoto problému, snižují fragmentaci a integrují likviditu mezi různými blockchainy. Jedním z takových protokolů cross-chain bridge je Wormhole, který usnadňuje oběh kryptoměn a nezaměnitelných tokenů (NFT) mezi různými inteligentními smluvními blockchainy, jako jsou Solana a Ethereum.
Současná rizika zkřížených řetězových mostů
Zkřížené řetězové mosty mohou být docela složité. Zajištění bezpečnosti jeho křížového mostu je důležitou výzvou, protože majetek uložený v inteligentních smlouvách nebo centrálních správcích je třeba chránit. Protože jsou finanční prostředky mostu uloženy centrálně, byl historicky cílem hackerů. Vyvíjející se design mostů také poskytuje útočníkům příležitosti k nalezení nových zranitelností a zneužití. V roce 2022 byla Wormhole hacknuta poté, co byla na Github nahrána bezpečnostní oprava, což způsobilo ztrátu 325 milionů $ Hacker uspěl a vzal peníze. Chainalysis uvádí, že útoky typu cross-chain bridge představovaly v roce 2022 69 % celkových ukradených finančních prostředků.
Další výzvou byl špatný výkon a závislost na centrálních entitách. Současné křížové mosty čelí problémům se škálovatelností. Aby bylo možné aktualizovat a upravit stav obou řetězců, vyžadují zkřížené můstky velké množství výpočetního výkonu a úložné kapacity, což má za následek značnou režii. Aby se tato zátěž zmírnila, některé křížové mosty přešly na přístup ve stylu výborů, kde státní převody schvaluje pouze omezená skupina ověřovatelů (nebo dokonce pouze držitelé multisig). Tento přístup je však vystavuje zranitelnostem a potenciálním útokům.
Právě tyto problémy přiměly vývojáře, aby začali hledat alternativní řešení, zejména ta, která využívají kryptografii s nulovými znalostmi. Mezi těmito přístupy využití technologie zk-SNARKs eliminuje potřebu modelu výboru a zároveň zajišťuje škálovatelnost sítě.
Křížový řetěz založený na technologii zk-SNARKs
V současné době existuje několik projektů vyvíjejících řešení technologického mostu ZK napříč různými ekosystémy a vývojovými fázemi, jako například:
Stručné laboratoře
zkIBC od Electron Labs
zkBridge od Polyhedra Network
Tyto iniciativy využívají technologii zk-SNARKS k převratu v konstrukci křížových řetězových mostů. Pro úspěšnou implementaci všech těchto přístupů je však klíčovým požadavkem lehký klientský protokol – kus softwaru, který se připojuje k úplným uzlům a usnadňuje interakci s blockchainem. Tento protokol zajišťuje, že uzly mohou efektivně synchronizovat hlavičky bloků s potvrzeným stavem blockchainu.
Při aplikaci technologie zk-SNARKs na zkřížené řetězové mosty vyvstávají dvě hlavní výzvy. Za prvé, zkřížené můstky vyžadují větší rozsah obvodu než rollupy. Zadruhé je třeba vyřešit problém minimalizace úložiště v řetězci a výpočetní režie.
Stručné laboratoře
Succinct Labs vyvíjí lehkého klienta pro konsenzus PoS (proof-of-stake) Etherea 2.0, který vytváří křížový most mezi Gnosis a Ethereum s minimalizací důvěry. Tento křížový můstek využívá účinnost zk-SNARKS k ověření konsensuálních důkazů platnosti na řetězci stručným způsobem.
Nastavení zahrnuje synchronizovanou komisi 512 validátorů, kteří jsou náhodně vybíráni každých 27 hodin. Tito validátoři jsou zodpovědní za podepisování každé hlavičky bloku v jim přiděleném časovém období. Stav Etherea je považován za platný, pokud více než ⅔ jeho validátorů podepíše každou hlavičku bloku. Ověřovací proces zahrnuje především ověření následujícího:
1. Merkle důkaz hlavičky bloku
2. Merkle důkaz o validátorech v synchronizační komisi
3. Podpis BLS pro zajištění správné rotace synchronizačních výborů
Tento proces vyžaduje značné výpočetní náklady, protože základní koncept spočívá v tom, že lehký klient využívá zk-SNARK (Groth16) k vytvoření důkazu konstantní velikosti (důkaz platnosti), který lze efektivně ověřit v řetězci Gnosis. Důkaz je generován mimořetězovým výpočtem, který zahrnuje vytvoření obvodu, který ověřuje validátor a jeho podpis, a poté generování důkazu zk-SNARK. Důkaz a hlavička bloku jsou poté odeslány do inteligentní smlouvy v řetězci Gnosis k ověření.
Přijetí zk-SNARK pomáhá snižovat režii úložiště a složitost okruhů, čímž snižuje předpoklady důvěry. Tento přístup je nicméně optimalizován speciálně pro protokol Ethereum 2.0 consensus a EVM a může vyžadovat větší přizpůsobivost, aby byl použitelný pro jiné blockchainové sítě.
Právě v červenci tohoto roku společnost Succinct Labs učinila významné oznámení, které potvrdilo, že její lehký klient Ethereum ZK byl oficiálně integrován do hlavní sítě, aby se zvýšila bezpečnost Gnosis Omnibridge. Díky této integraci Succinct Labs zajistí Gnosis Omnibridge, který má v současné době celkovou hodnotu uzamčenou (TVL) přes 40 milionů USD a dosud umožnil toky aktiv v hodnotě 1,5 miliardy USD.
zkIBC od Electron Labs
Electron Labs buduje cross-chain bridge, který pochází z ekosystému Cosmos SDK, rámce pro aplikačně specifické blockchainy. Jeho cross-chain bridge bude využívat technologii IBC (Inter-Chain Communication), která umožní bezproblémovou komunikaci mezi všemi nezávislými blockchainy definovanými v rámci.
Implementace lehkého klienta Cosmos SDK do Etherea je však plná potíží. Light klient Tendermint používaný Cosmos SDK běží na Twisted Edwards Curve (Ed25519), což je křivka, kterou blockchain Ethereum nativně nepodporuje. Proto je ověřování podpisů Ed25519 na křivce BN254 Etherea drahé a neefektivní. K překonání této překážky vyvíjí Electron Labs řešení založené na technologii zk-SNARKs. Tento systém vygeneruje mimořetězový důkaz platnosti podpisu a pouze ověří důkaz na řetězci Ethereum, čímž tento problém efektivně vyřeší.
Tímto přístupem mohou být podpisy Ed25519 v Cosmos SDK ověřovány efektivně a nákladově efektivně na blockchainu Ethereum a zároveň se vyhnout zavedení jakýchkoli dalších předpokladů důvěry. Jedním z potenciálních problémů, kterým může tento přístup čelit, je latence. Rychlost generování bloků v Cosmos SDK je 7 sekund Aby bylo možné udržet krok s touto rychlostí, musí být doba kontroly výrazně zkrácena. Electron Labs hodlá tento problém vyřešit použitím více počítačů k současnému generování důkazů a jejich následnému sloučení do jediného důkazu zk-SNARK.
zkBridge od Polyhedra Network
Ve srovnání s dalšími dvěma předními konstrukcemi zkřížených mostů založených na důkazech s nulovými znalostmi vyniká zkBridge svým flexibilním a různorodým rámcem, který usnadňuje vývoj více aplikací na jeho platformě. Efektivně využívá zk-SNARKs k vytvoření efektivního komunikačního procesu, což umožňuje dokazovateli přesvědčit přijímající řetězec, že na odesílajícím řetězci došlo ke specifickému přechodu stavu. Rámec zkBridge se skládá ze dvou klíčových komponent:
Síť přenosu hlavičky bloku: Tato komponenta získá hlavičku bloku z odesílajícího řetězce, vygeneruje důkaz pro ověření hlavičky bloku a poté předá hlavičku bloku i důkaz do aktualizační smlouvy na přijímajícím řetězci.
Aktualizovat smlouvu: Tato část udržuje stav lehkého klienta a po ověření důkazu o přidružení jej automaticky začlení do hlavičky bloku odesílajícího řetězce. Kromě toho také udržuje aktuální stav hlavního řetězce odesílajícího řetězce aktualizovaný.
Hlavní rozdíl mezi zkBridge a dalšími špičkovými přístupy je v tom, že zkBridge vyžaduje pouze přítomnost poctivého uzlu v přenosové síti a předpokládá spolehlivost zk-SNARK.
Klíčový pokrok v tomto sestavení spočívá v paralelním použití zk-SNARK: prover Virgo (deVirgo), který zavádí nový distribuovaný systém nátisku pro urychlení procesu generování nátisků a využívá rekurzivní nátisky ke snížení nákladů na ověření nátisku v řetězci. z. deVirgo spoléhá na protokol GKR a polynomiální schéma závazků pro generování důkazů pro obvody, které ověřují více podpisů. Důkaz deVirgo je poté zkomprimován přes prover Groth16 a ověřen aktualizační smlouvou na cílovém blockchainu. Kombinace těchto ověřených systémů umožňuje zkBridge umožnit efektivní cross-chain komunikaci bez spoléhání se na externí předpoklady důvěry.
Verze zkBridge pro mainnet Alpha byla vydána v dubnu 2023 a nyní usnadňuje cross-chain interoperabilitu mezi několika L1 a L2 blockchainovými sítěmi, jako jsou BNB Chain, Ethereum a Arbitrum. Na akci ETHCC Paris zkDAY 2023 technický ředitel Polyhedra Network, Tiancheng Xie, zdůraznil, že protokol od svého uvedení na mainnet přilákal více než 50 000 aktivních uživatelů denně a 800 000 aktivních uživatelů měsíčně.
Díky své modulární architektuře otevírá zkBridge vývojářům a uživatelům obrovské možnosti. Tyto možnosti zahrnují přemostění a výměnu tokenů, zasílání zpráv a výpočetní logiku, která se přizpůsobuje změnám stavu mezi různými blockchainovými sítěmi.
Shrnout
Začlenění technologie zk-SNARKs do konstrukce křížového mostu může efektivně vyřešit problémy související s decentralizací a bezpečností. To však také vytváří výpočetní úzké hrdlo kvůli velkému rozsahu zapojeného obvodu. Vzhledem k tomu, že se zaměření na interoperabilitu stále zvyšuje, věřím, že více vývojářů bude tvrdě pracovat na vývoji bezpečné a škálovatelné technologie cross-chain bridge. Očekává se, že tyto pokroky budou mít pozitivní dopad na celkový pokrok a aplikaci technologie ZK. Proto můžeme v blízké budoucnosti očekávat významný pokrok ve výzkumu, zavádění inovací a širší přijetí cross-chain aplikací.