En el campo de la tecnología blockchain en rápido desarrollo, se han propuesto e implementado muchos protocolos. Sin embargo, cada protocolo adopta un método de consenso diferente, desde prueba de trabajo computacional hasta prueba de participación basada en incentivos, etc. Desde los primeros días de blockchain, la liquidez y los activos se han ido dispersando gradualmente entre diferentes cadenas debido a diferencias en los protocolos en diversos aspectos, como el consenso, la seguridad y los lenguajes de programación. Los puentes entre cadenas surgen como una solución a este problema, reduciendo la fragmentación e integrando la liquidez entre varias blockchains. Uno de esos protocolos de puente entre cadenas es Wormhole, que facilita la circulación de criptomonedas y tokens no fungibles (NFT) entre diferentes cadenas de bloques de contratos inteligentes como Solana y Ethereum.

Riesgos actuales de los puentes entre cadenas

Los puentes entre cadenas pueden ser bastante complicados. Garantizar la seguridad de su puente entre cadenas es un desafío importante, ya que los activos almacenados en contratos inteligentes o custodios centrales deben protegerse. Debido a que los fondos del puente se almacenan de manera centralizada, históricamente ha sido un objetivo para los piratas informáticos. El diseño en evolución de los puentes también brinda oportunidades para que los atacantes encuentren nuevas vulnerabilidades y exploits. En 2022, Wormhole fue pirateado después de que se cargara una solución de seguridad en Github, lo que provocó una pérdida de 325 millones de dólares. El pirata informático tuvo éxito y se llevó los fondos. Chainalysis informa que los ataques a puentes entre cadenas representaron el 69% del total de fondos robados en 2022.

Otro desafío enfrentado fue el desempeño deficiente y la dependencia de entidades centrales. Los puentes entre cadenas actuales enfrentan problemas de escalabilidad. Para actualizar y ajustar el estado de ambas cadenas, los puentes entre cadenas requieren una gran cantidad de potencia informática y capacidad de almacenamiento, lo que genera una sobrecarga significativa. Para aliviar esta carga, algunos puentes entre cadenas han adoptado un enfoque estilo comité, donde solo un conjunto limitado de validadores (o incluso solo titulares de firmas múltiples) aprueban las transferencias estatales. Sin embargo, este enfoque los expone a vulnerabilidades y posibles ataques.

Son estos problemas los que han impulsado a los desarrolladores a empezar a buscar soluciones alternativas, especialmente aquellas que aprovechan la criptografía de conocimiento cero. Entre estos enfoques, aprovechar la tecnología zk-SNARK elimina la necesidad de un modelo de comité y al mismo tiempo garantiza la escalabilidad de la red.

Puente de cadena cruzada basado en tecnología zk-SNARKs

Actualmente, existen varios proyectos que desarrollan soluciones puente tecnológicas de ZK a través de diferentes ecosistemas y etapas de desarrollo, tales como:

• Laboratorios sucintos

• zkIBC de Electron Labs

• zkBridge de Polyhedra Network

Estas iniciativas aprovechan la tecnología zk-SNARKS para revolucionar el diseño de puentes entre cadenas. Sin embargo, para implementar con éxito todos estos enfoques, un requisito clave es un protocolo de cliente ligero: una pieza de software que se conecta a nodos completos y facilita la interacción con la cadena de bloques. Este protocolo garantiza que los nodos puedan sincronizar eficientemente los encabezados de los bloques con el estado confirmado de la cadena de bloques.

Al aplicar la tecnología zk-SNARK a puentes entre cadenas, surgen dos desafíos principales. En primer lugar, los puentes entre cadenas requieren una escala de circuito mayor que los acumulativos. En segundo lugar, es necesario resolver el problema de minimizar el almacenamiento en cadena y la sobrecarga informática.

Laboratorios sucintos

Succinct Labs está desarrollando un cliente ligero para el consenso PoS (prueba de participación) de Ethereum 2.0, creando un puente entre cadenas de confianza minimizada entre Gnosis y Ethereum. Este puente entre cadenas aprovecha la eficiencia de zk-SNARKS para verificar las pruebas de validez del consenso en la cadena de una manera concisa.

La configuración implica un comité sincronizado de 512 validadores, que se seleccionan aleatoriamente cada 27 horas. Estos validadores son responsables de firmar cada encabezado de bloque dentro de su período de tiempo asignado. El estado de Ethereum se considera válido si más de ⅔ de sus validadores firman cada encabezado de bloque. El proceso de verificación incluye principalmente verificar lo siguiente:

1. Prueba Merkle del encabezado del bloque

2. Prueba Merkle de validadores en el comité de sincronización.

3. Firma del BLS para garantizar la correcta rotación de los comités de sincronización

Este proceso conlleva un costo computacional significativo, ya que el concepto básico es que el cliente ligero utiliza zk-SNARK (Groth16) para crear una prueba de tamaño constante (prueba de validez) que se puede verificar de manera eficiente en la cadena de Gnosis. La prueba se genera mediante computación fuera de la cadena, que implica construir un circuito que verifica el validador y su firma, y ​​luego generar una prueba zk-SNARK. Luego, la prueba y el encabezado del bloque se envían a un contrato inteligente en la cadena Gnosis para su verificación.

La adopción de zk-SNARK ayuda a reducir la sobrecarga de almacenamiento y la complejidad del circuito, reduciendo así las suposiciones de confianza. No obstante, este enfoque está optimizado específicamente para el protocolo de consenso Ethereum 2.0 y EVM y puede requerir una mayor adaptabilidad para ser aplicable a otras redes blockchain.

Apenas en julio de este año, Succinct Labs hizo un anuncio importante, confirmando que su cliente ligero Ethereum ZK se había integrado oficialmente en la red principal para mejorar la seguridad de Gnosis Omnibridge. Esta integración permitirá a Succinct Labs asegurar Gnosis Omnibridge, que actualmente tiene un valor total bloqueado (TVL) de más de 40 millones de dólares y ha facilitado más de 1.500 millones de dólares en flujos de activos de monedas estables hasta la fecha.

zkIBC de Electron Labs

Electron Labs está construyendo un puente entre cadenas que se origina en el ecosistema Cosmos SDK, un marco para cadenas de bloques específicas de aplicaciones. Su puente entre cadenas aprovechará la tecnología IBC (Inter-Chain Communication) para permitir una comunicación perfecta entre todas las cadenas de bloques independientes definidas dentro del marco.

Sin embargo, implementar un cliente ligero del SDK de Cosmos en Ethereum está plagado de dificultades. El cliente ligero Tendermint utilizado por Cosmos SDK se ejecuta en Twisted Edwards Curve (Ed25519), que es una curva que la cadena de bloques Ethereum no admite de forma nativa. Por lo tanto, verificar las firmas Ed25519 en la curva BN254 de Ethereum es costosa e ineficiente. Para superar este obstáculo, Electron Labs está desarrollando una solución basada en la tecnología zk-SNARKs. Este sistema generará una prueba de validez de firma fuera de la cadena y solo verificará la prueba en la cadena Ethereum, resolviendo efectivamente este problema.

Al adoptar este enfoque, las firmas Ed25519 en el SDK de Cosmos se pueden verificar de manera eficiente y rentable en la cadena de bloques Ethereum, evitando al mismo tiempo la introducción de suposiciones de confianza adicionales. Sin embargo, un problema potencial que puede enfrentar este enfoque es la latencia. La tasa de generación de bloques en Cosmos SDK es de 7 segundos. Para mantener esta tasa, el tiempo de prueba debe reducirse significativamente. Electron Labs tiene la intención de resolver este problema utilizando varias computadoras para generar pruebas simultáneamente y luego fusionarlas en una única prueba zk-SNARK.

zkBridge de Polyhedra Network

En comparación con las otras dos construcciones de puentes entre cadenas líderes en la industria basadas en pruebas de conocimiento cero, zkBridge se destaca por su marco flexible y diverso que facilita el desarrollo de múltiples aplicaciones en su plataforma. Utiliza eficazmente zk-SNARK para establecer un proceso de comunicación eficiente, lo que permite al probador convencer a la cadena receptora de que se produjo una transición de estado específica en la cadena de envío. El marco zkBridge consta de dos componentes clave:

1. Red de retransmisión de encabezado de bloque: este componente obtiene el encabezado de bloque de la cadena de envío, genera una prueba para validar el encabezado de bloque y luego transmite tanto el encabezado de bloque como la prueba al contrato de actualización en la cadena de recepción.

2. Contrato de actualización: esta parte mantiene un estado de cliente ligero y lo incorpora automáticamente en el encabezado del bloque de la cadena de envío después de que se verifica la prueba de asociación. Además, también mantiene actualizado el estado actual de la cadena principal de la cadena de envío.

La principal diferencia entre zkBridge y otros enfoques líderes en la industria es que zkBridge solo requiere la presencia de un nodo honesto en la red de retransmisión y asume la confiabilidad de zk-SNARK.

Un avance clave en esta construcción radica en el uso paralelo de zk-SNARK: el probador Virgo (deVirgo), que introduce un novedoso sistema de prueba distribuida para acelerar el proceso de generación de pruebas y utiliza pruebas recursivas para reducir el costo de la verificación de pruebas en cadena. de. deVirgo se basa en el protocolo GKR y un esquema de compromiso polinómico para generar pruebas de circuitos que verifican múltiples firmas. Luego, la prueba deVirgo se comprime a través del probador Groth16 y se verifica mediante el contrato de actualización en la cadena de bloques de destino. La combinación de estos sistemas de prueba permite a zkBridge permitir una comunicación eficiente entre cadenas sin depender de suposiciones de confianza externas.

La versión Alpha de la red principal de zkBridge se lanzó en abril de 2023 y ahora facilita la interoperabilidad entre cadenas entre varias redes blockchain L1 y L2, como BNB Chain, Ethereum y Arbitrum. Hablando en el evento ETHCC Paris zkDAY 2023, el CTO de Polyhedra Network, Tiancheng Xie, destacó que el protocolo ha atraído a más de 50.000 usuarios activos diarios y 800.000 usuarios activos mensuales desde su lanzamiento en la red principal.

Con su arquitectura modular, zkBridge abre amplias posibilidades para desarrolladores y usuarios. Estas posibilidades incluyen puentes e intercambio de tokens, mensajería y lógica computacional que se adapta a los cambios de estado entre diferentes redes blockchain.

Resumir

La incorporación de la tecnología zk-SNARK en el diseño de puentes entre cadenas puede resolver eficazmente los problemas relacionados con la descentralización y la seguridad. Sin embargo, esto también crea un cuello de botella computacional debido a la gran escala del circuito involucrado. A medida que continúa aumentando el enfoque en la interoperabilidad, creo que más desarrolladores trabajarán arduamente para desarrollar una tecnología de puente entre cadenas segura y escalable. Se espera que estos desarrollos tengan un impacto positivo en el avance general y la aplicación de la tecnología ZK. Por lo tanto, podemos esperar avances significativos en la investigación, la implementación de la innovación y una adopción más amplia de aplicaciones entre cadenas en el futuro cercano.