Dans le domaine en développement rapide de la technologie blockchain, de nombreux protocoles ont été proposés et mis en œuvre, mais chaque protocole adopte une méthode de consensus différente, de la preuve de travail informatique à la preuve de participation basée sur des incitations, etc. Depuis les débuts de la blockchain, les liquidités et les actifs ont été progressivement dispersés entre différentes chaînes en raison des différences de protocoles sur divers aspects tels que le consensus, la sécurité et les langages de programmation. Les ponts inter-chaînes apparaissent comme une solution à ce problème, réduisant la fragmentation et intégrant la liquidité entre les différentes blockchains. L'un de ces protocoles de pont inter-chaînes est Wormhole, qui facilite la circulation des crypto-monnaies et des jetons non fongibles (NFT) entre différentes blockchains de contrats intelligents telles que Solana et Ethereum.
Risques actuels des ponts inter-chaînes
Les ponts entre chaînes peuvent être assez délicats. Assurer la sécurité de son pont inter-chaînes est un défi important, car les actifs stockés dans des contrats intelligents ou chez des dépositaires centraux doivent être protégés. Parce que les fonds du pont sont stockés de manière centralisée, il a toujours été une cible pour les pirates informatiques. La conception évolutive des ponts offre également aux attaquants la possibilité de découvrir de nouvelles vulnérabilités et de nouveaux exploits. En 2022, Wormhole a été piraté après le téléchargement d'un correctif de sécurité sur Github, entraînant une perte de 325 millions de dollars. Le pirate informatique a réussi et a confisqué les fonds. Chainalysis rapporte que les attaques de ponts inter-chaînes représentaient 69 % du total des fonds volés en 2022.
Un autre défi rencontré était la mauvaise performance et la dépendance à l’égard des entités centrales. Les ponts inter-chaînes actuels sont confrontés à des problèmes d’évolutivité. Afin de mettre à jour et d'ajuster l'état des deux chaînes, les ponts entre chaînes nécessitent une grande quantité de puissance de calcul et de capacité de stockage, ce qui entraîne une surcharge importante. Pour alléger ce fardeau, certains ponts inter-chaînes ont adopté une approche de type comité, dans laquelle seul un ensemble limité de validateurs (ou même uniquement des détenteurs de multisig) approuvent les transferts d'État. Cependant, cette approche les expose à des vulnérabilités et à des attaques potentielles.
Ce sont ces problèmes qui ont incité les développeurs à rechercher des solutions alternatives, en particulier celles qui exploitent la cryptographie sans connaissance. Parmi ces approches, l'exploitation de la technologie zk-SNARKs élimine le besoin d'un modèle de comité tout en garantissant l'évolutivité du réseau.
Pont inter-chaînes basé sur la technologie zk-SNARKs
Actuellement, plusieurs projets développent des solutions de pont technologique ZK à travers différents écosystèmes et étapes de développement, tels que :
Laboratoires succincts
zkIBC par Electron Labs
zkBridge par Polyhedra Network
Ces initiatives exploitent la technologie zk-SNARKS pour révolutionner la conception des ponts inter-chaînes. Cependant, pour mettre en œuvre avec succès toutes ces approches, une exigence clé est un protocole client léger – un logiciel qui se connecte à des nœuds complets et facilite l’interaction avec la blockchain. Ce protocole garantit que les nœuds peuvent synchroniser efficacement les en-têtes de bloc avec le statut confirmé de la blockchain.
Lors de l'application de la technologie zk-SNARK aux ponts inter-chaînes, deux défis principaux se posent. Premièrement, les ponts inter-chaînes nécessitent une plus grande échelle de circuit que les rollups. Deuxièmement, le problème de la minimisation du stockage en chaîne et des frais de calcul doit être résolu.
Laboratoires succincts
Succinct Labs développe un client léger pour le consensus PoS (preuve de participation) d'Ethereum 2.0, créant un pont inter-chaînes minimisant la confiance entre Gnosis et Ethereum. Ce pont inter-chaînes exploite l'efficacité de zk-SNARKS pour vérifier les preuves de validité consensuelle en chaîne de manière concise.
La mise en place implique un comité synchronisé de 512 validateurs, sélectionnés au hasard toutes les 27 heures. Ces validateurs sont responsables de signer chaque en-tête de bloc dans le délai qui leur est imparti. L'état d'Ethereum est considéré comme valide si plus des ⅔ de ses validateurs signent chaque en-tête de bloc. Le processus de vérification comprend principalement la vérification des éléments suivants :
1. Preuve Merkle de l'en-tête de bloc
2. Preuve Merkle des validateurs dans le comité de synchronisation
3. Signature du BLS pour assurer une rotation correcte des comités de synchronisation
Ce processus entraîne un coût de calcul important, car le concept de base est que le client léger utilise zk-SNARK (Groth16) pour créer une preuve de taille constante (preuve de validité) qui peut être vérifiée efficacement sur la chaîne Gnosis. La preuve est générée par calcul hors chaîne, ce qui implique la construction d'un circuit qui vérifie le validateur et sa signature, puis la génération d'une preuve zk-SNARK. La preuve et l'en-tête de bloc sont ensuite soumis à un contrat intelligent sur la chaîne Gnosis pour vérification.
L'adoption de zk-SNARK permet de réduire la surcharge de stockage et la complexité des circuits, réduisant ainsi les hypothèses de confiance. Néanmoins, cette approche est spécifiquement optimisée pour le protocole de consensus Ethereum 2.0 et l'EVM et peut nécessiter une plus grande adaptabilité pour être applicable à d'autres réseaux blockchain.
En juillet de cette année seulement, Succinct Labs a fait une annonce majeure, confirmant que son client léger Ethereum ZK avait été officiellement intégré au réseau principal pour améliorer la sécurité de Gnosis Omnibridge. Cette intégration permettra à Succinct Labs de sécuriser le Gnosis Omnibridge, qui a actuellement une valeur totale verrouillée (TVL) de plus de 40 millions de dollars et a facilité plus de 1,5 milliard de dollars de flux d'actifs stables à ce jour.
zkIBC par Electron Labs
Electron Labs construit un pont inter-chaînes issu de l'écosystème Cosmos SDK, un cadre pour les blockchains spécifiques aux applications. Son pont inter-chaînes exploitera la technologie IBC (Inter-Chain Communication) pour permettre une communication transparente entre toutes les blockchains indépendantes définies dans le cadre.
Cependant, la mise en œuvre d’un client léger du SDK Cosmos dans Ethereum se heurte à de nombreuses difficultés. Le client léger Tendermint utilisé par le SDK Cosmos fonctionne sur la courbe Twisted Edwards (Ed25519), qui est une courbe que la blockchain Ethereum ne prend pas en charge nativement. Par conséquent, la vérification des signatures Ed25519 sur la courbe BN254 d’Ethereum est coûteuse et inefficace. Pour surmonter cet obstacle, Electron Labs développe une solution basée sur la technologie zk-SNARKs. Ce système générera une preuve de validité de signature hors chaîne et vérifiera uniquement la preuve sur la chaîne Ethereum, résolvant ainsi efficacement ce problème.
En adoptant cette approche, les signatures Ed25519 du SDK Cosmos peuvent être vérifiées de manière efficace et rentable sur la blockchain Ethereum tout en évitant l'introduction d'hypothèses de confiance supplémentaires. Cependant, un problème potentiel auquel cette approche peut être confrontée est la latence. Le taux de génération de blocs dans le SDK Cosmos est de 7 secondes. Afin de suivre ce taux, le temps de preuve doit être considérablement raccourci. Electron Labs a l'intention de résoudre ce problème en utilisant plusieurs ordinateurs pour générer des preuves simultanément, puis en les fusionnant en une seule preuve zk-SNARK.
zkBridge par Polyhedra Network
Comparé aux deux autres constructions de ponts inter-chaînes de pointe basées sur des preuves sans connaissance, zkBridge se distingue par son cadre flexible et diversifié qui facilite le développement de plusieurs applications sur sa plate-forme. Il utilise efficacement les zk-SNARK pour établir un processus de communication efficace, permettant au prouveur de convaincre la chaîne de réception qu'une transition d'état spécifique s'est produite sur la chaîne d'envoi. Le framework zkBridge se compose de deux composants clés :
Réseau de relais d'en-tête de bloc : ce composant obtient l'en-tête de bloc de la chaîne d'envoi, génère une preuve pour valider l'en-tête de bloc, puis transmet à la fois l'en-tête de bloc et la preuve au contrat de mise à jour sur la chaîne de réception.
Contrat de mise à jour : cette partie maintient un état client léger et l'intègre automatiquement dans l'en-tête de bloc de la chaîne d'envoi après vérification de la preuve d'association. En outre, il maintient également à jour l'état actuel de la chaîne principale de la chaîne d'envoi.
La principale différence entre zkBridge et d'autres approches de pointe est que zkBridge nécessite uniquement la présence d'un nœud honnête dans le réseau de relais et suppose la fiabilité des zk-SNARK.
Une avancée clé dans cette version réside dans l'utilisation parallèle de zk-SNARK : le prouveur Virgo (deVirgo), qui introduit un nouveau système de preuve distribué pour accélérer le processus de génération de preuve et utilise des preuves récursives pour réduire le coût de la vérification des preuves en chaîne. de. deVirgo s'appuie sur le protocole GKR et un schéma d'engagement polynomial pour générer des preuves pour les circuits qui vérifient plusieurs signatures. La preuve deVirgo est ensuite compressée via le prouveur Groth16 et vérifiée par le contrat de mise à jour sur la blockchain cible. La combinaison de ces systèmes de preuve permet à zkBridge de permettre une communication inter-chaînes efficace sans s'appuyer sur des hypothèses de confiance externes.
La version Alpha du réseau principal de zkBridge a été publiée en avril 2023 et facilite désormais l'interopérabilité entre les chaînes entre plusieurs réseaux blockchain L1 et L2, tels que BNB Chain, Ethereum et Arbitrum. S'exprimant lors de l'événement ETHCC Paris zkDAY 2023, le CTO de Polyhedra Network, Tiancheng Xie, a souligné que le protocole a attiré plus de 50 000 utilisateurs actifs quotidiens et 800 000 utilisateurs actifs mensuels depuis son lancement sur le réseau principal.
Avec son architecture modulaire, zkBridge ouvre de vastes possibilités aux développeurs et aux utilisateurs. Ces possibilités incluent le pontage et l'échange de jetons, la messagerie et la logique informatique qui s'adapte aux changements d'état entre les différents réseaux blockchain.
Résumer
L'intégration de la technologie zk-SNARKs dans la conception de ponts inter-chaînes peut résoudre efficacement les problèmes liés à la décentralisation et à la sécurité. Cependant, cela crée également un goulot d’étranglement informatique en raison de la grande échelle du circuit impliqué. À mesure que l’accent est mis sur l’interopérabilité, je pense que davantage de développeurs travailleront dur pour développer une technologie de pont inter-chaînes sécurisée et évolutive. Ces développements devraient avoir un impact positif sur l’avancement global et l’application de la technologie ZK. Par conséquent, nous pouvons nous attendre à des progrès significatifs dans la recherche, à la mise en œuvre de l’innovation et à une adoption plus large des applications inter-chaînes dans un avenir proche.