Di bidang teknologi blockchain yang berkembang pesat, banyak protokol telah diusulkan dan diterapkan. Namun, setiap protokol mengadopsi metode konsensus yang berbeda-mulai dari bukti kerja komputasi hingga Bukti Pasak berbasis insentif, dll. Sejak awal blockchain, likuiditas dan aset secara bertahap tersebar ke berbagai rantai karena perbedaan protokol dalam berbagai aspek seperti konsensus, keamanan, dan bahasa pemrograman. Jembatan lintas rantai muncul sebagai solusi untuk masalah ini, mengurangi fragmentasi dan mengintegrasikan likuiditas antar berbagai blockchain. Salah satu protokol jembatan lintas rantai tersebut adalah Wormhole, yang memfasilitasi sirkulasi mata uang kripto dan token non-fungible (NFT) antara berbagai blockchain kontrak pintar seperti Solana dan Ethereum.
Risiko Saat Ini dari Jembatan Lintas Rantai
Jembatan lintas rantai bisa jadi cukup rumit. Memastikan keamanan jembatan lintas rantai merupakan tantangan penting, karena aset yang disimpan dalam kontrak pintar atau kustodian pusat perlu dilindungi. Karena dana jembatan disimpan secara terpusat, jembatan ini secara historis menjadi target para peretas. Desain jembatan yang terus berkembang juga memberikan peluang bagi penyerang untuk menemukan kerentanan dan eksploitasi baru. Pada tahun 2022, Wormhole diretas setelah perbaikan keamanan diunggah ke Github, menyebabkan kerugian sebesar US$325 juta. Peretas berhasil dan mengambil dana. Chainalysis melaporkan bahwa serangan jembatan lintas rantai menyumbang 69% dari total dana yang dicuri pada tahun 2022.
Tantangan lainnya adalah kinerja yang buruk dan ketergantungan pada entitas pusat. Jembatan lintas rantai saat ini menghadapi masalah skalabilitas. Untuk memperbarui dan menyesuaikan status kedua rantai, jembatan lintas rantai memerlukan daya komputasi dan kapasitas penyimpanan dalam jumlah besar, sehingga menghasilkan overhead yang signifikan. Untuk meringankan beban ini, beberapa jembatan lintas rantai telah beralih ke pendekatan bergaya komite, di mana hanya sejumlah validator terbatas (atau bahkan hanya pemegang multisig) yang menyetujui transfer negara. Namun, pendekatan ini memaparkan mereka pada kerentanan dan potensi serangan.
Masalah inilah yang mendorong pengembang untuk mulai mencari solusi alternatif, terutama yang memanfaatkan kriptografi tanpa pengetahuan. Di antara pendekatan-pendekatan ini, memanfaatkan teknologi zk-SNARKs menghilangkan kebutuhan akan model komite sekaligus memastikan skalabilitas jaringan.
Jembatan lintas rantai berdasarkan teknologi zk-SNARKs
Saat ini, terdapat beberapa proyek yang mengembangkan solusi jembatan teknologi ZK di berbagai ekosistem dan tahapan pengembangan, seperti:
Laboratorium Ringkas
zkIBC oleh Electron Labs
zkBridge oleh Polyhedra Network
Inisiatif ini memanfaatkan teknologi zk-SNARKS untuk merevolusi desain jembatan lintas rantai. Namun, agar berhasil menerapkan semua pendekatan ini, persyaratan utamanya adalah protokol klien ringan – sebuah perangkat lunak yang terhubung ke node penuh dan memfasilitasi interaksi dengan blockchain. Protokol ini memastikan bahwa node dapat menyinkronkan header blok secara efisien dengan status blockchain yang dikonfirmasi.
Saat menerapkan teknologi zk-SNARKs pada jembatan lintas rantai, ada dua tantangan utama yang muncul. Pertama, jembatan lintas rantai memerlukan skala sirkuit yang lebih besar daripada rollup. Kedua, masalah meminimalkan penyimpanan on-chain dan overhead komputasi perlu diselesaikan.
Laboratorium Ringkas
Succinct Labs sedang mengembangkan klien ringan untuk konsensus PoS (proof-of-stake) Ethereum 2.0, menciptakan jembatan lintas rantai yang meminimalkan kepercayaan antara Gnosis dan Ethereum. Jembatan lintas rantai ini memanfaatkan efisiensi zk-SNARKS untuk memverifikasi bukti validitas konsensus on-chain dengan cara yang ringkas.
Penyiapannya melibatkan komite tersinkronisasi yang terdiri dari 512 validator, yang dipilih secara acak setiap 27 jam. Validator ini bertanggung jawab untuk menandatangani setiap header blok dalam jangka waktu yang ditentukan. Status Ethereum dianggap valid jika lebih dari ⅔ validatornya menandatangani setiap header blok. Proses verifikasi terutama mencakup verifikasi hal-hal berikut:
1. Bukti Merkle dari header blok
2. Merkle bukti validator di panitia sinkronisasi
3. Tanda tangan BLS untuk memastikan rotasi komite sinkronisasi yang benar
Proses ini memerlukan biaya komputasi yang signifikan, karena konsep dasarnya adalah klien ringan memanfaatkan zk-SNARK (Groth16) untuk membuat bukti berukuran konstan (bukti validitas) yang dapat diverifikasi secara efisien di rantai Gnosis. Buktinya dihasilkan melalui komputasi off-chain, yang melibatkan pembuatan sirkuit yang memverifikasi validator dan tanda tangannya, lalu menghasilkan bukti zk-SNARK. Bukti dan header blok kemudian diserahkan ke kontrak pintar di rantai Gnosis untuk verifikasi.
Mengadopsi zk-SNARKs membantu mengurangi overhead penyimpanan dan kompleksitas sirkuit, sehingga mengurangi asumsi kepercayaan. Meskipun demikian, pendekatan ini dioptimalkan secara khusus untuk protokol konsensus Ethereum 2.0 dan EVM dan mungkin memerlukan kemampuan adaptasi yang lebih besar agar dapat diterapkan pada jaringan blockchain lainnya.
Baru pada bulan Juli tahun ini, Succinct Labs membuat pengumuman besar, mengonfirmasi bahwa klien ringan Ethereum ZK telah secara resmi diintegrasikan ke dalam mainnet untuk meningkatkan keamanan Gnosis Omnibridge. Integrasi ini akan membuat Succinct Labs mengamankan Gnosis Omnibridge, yang saat ini memiliki total nilai terkunci (TVL) lebih dari $40 juta dan telah memfasilitasi lebih dari $1,5 miliar aliran aset stablecoin hingga saat ini.
zkIBC oleh Electron Labs
Electron Labs sedang membangun jembatan lintas rantai yang berasal dari ekosistem Cosmos SDK, sebuah kerangka kerja untuk blockchain khusus aplikasi. Jembatan lintas rantainya akan memanfaatkan teknologi IBC (Inter-Chain Communication) untuk memungkinkan komunikasi tanpa batas antara semua blockchain independen yang ditentukan dalam kerangka kerja tersebut.
Namun, mengimplementasikan klien ringan Cosmos SDK ke Ethereum penuh dengan kesulitan. Klien ringan Tendermint yang digunakan oleh Cosmos SDK berjalan pada Twisted Edwards Curve (Ed25519), yang merupakan kurva yang tidak didukung oleh blockchain Ethereum. Oleh karena itu, memverifikasi tanda tangan Ed25519 pada kurva BN254 Ethereum mahal dan tidak efisien. Untuk mengatasi kendala tersebut, Electron Labs mengembangkan solusi berbasis teknologi zk-SNARKs. Sistem ini akan menghasilkan bukti validitas tanda tangan off-chain dan hanya memverifikasi bukti pada rantai Ethereum, yang secara efektif memecahkan masalah ini.
Dengan mengambil pendekatan ini, tanda tangan Ed25519 di Cosmos SDK dapat diverifikasi secara efisien dan hemat biaya di blockchain Ethereum sambil menghindari asumsi kepercayaan tambahan. Namun, salah satu masalah potensial yang mungkin dihadapi oleh pendekatan ini adalah latensi. Kecepatan pembuatan blok di Cosmos SDK adalah 7 detik untuk mengimbangi kecepatan ini, waktu pembuktian harus dipersingkat secara signifikan. Electron Labs bermaksud untuk memecahkan masalah ini dengan menggunakan beberapa komputer untuk menghasilkan bukti secara bersamaan dan kemudian menggabungkannya menjadi satu bukti zk-SNARK.
zkBridge oleh Polyhedra Network
Dibandingkan dengan dua konstruksi jembatan lintas rantai terkemuka di industri berdasarkan bukti tanpa pengetahuan, zkBridge menonjol dengan kerangka kerjanya yang fleksibel dan beragam yang memfasilitasi pengembangan berbagai aplikasi pada platformnya. Ini secara efektif menggunakan zk-SNARK untuk membangun proses komunikasi yang efisien, memungkinkan pembuktian untuk meyakinkan rantai penerima bahwa transisi keadaan tertentu terjadi pada rantai pengirim. Kerangka kerja zkBridge terdiri dari dua komponen utama:
Jaringan relai header blok: Komponen ini memperoleh header blok dari rantai pengirim, menghasilkan bukti untuk memvalidasi header blok, dan kemudian mengirimkan header blok dan bukti tersebut ke kontrak pembaruan pada rantai penerima.
Perbarui kontrak: Bagian ini mempertahankan status klien ringan dan secara otomatis memasukkannya ke dalam header blok rantai pengiriman setelah bukti asosiasi diverifikasi. Selain itu, ini juga terus memperbarui status rantai utama dari rantai pengirim.
Perbedaan utama antara zkBridge dan pendekatan industri terkemuka lainnya adalah bahwa zkBridge hanya memerlukan keberadaan node yang jujur dalam jaringan relai dan mengasumsikan keandalan zk-SNARKs.
Kemajuan utama dalam pembangunan ini terletak pada penggunaan paralel zk-SNARKs: peribahasa Virgo (deVirgo), yang memperkenalkan sistem bukti terdistribusi baru untuk mempercepat proses pembuatan bukti dan menggunakan bukti rekursif untuk mengurangi biaya verifikasi bukti on-chain. deVirgo mengandalkan protokol GKR dan skema komitmen polinomial untuk menghasilkan bukti untuk sirkuit yang memverifikasi banyak tanda tangan. Bukti deVirgo kemudian dikompresi melalui pembuktian Groth16 dan diverifikasi oleh kontrak pembaruan pada blockchain target. Kombinasi sistem pembuktian ini memungkinkan zkBridge mengaktifkan komunikasi lintas rantai yang efisien tanpa bergantung pada asumsi kepercayaan eksternal.
Versi mainnet Alpha zkBridge dirilis pada April 2023 dan sekarang memfasilitasi interoperabilitas lintas rantai antara beberapa jaringan blockchain L1 dan L2, seperti BNB Chain, Ethereum, dan Arbitrum. Berbicara di acara ETHCC Paris zkDAY 2023, CTO Jaringan Polyhedra, Tiancheng Xie, menyoroti bahwa protokol tersebut telah menarik lebih dari 50,000 pengguna aktif harian dan 800,000 pengguna aktif bulanan sejak peluncuran mainnetnya.
Dengan arsitektur modularnya, zkBridge membuka kemungkinan luas bagi pengembang dan pengguna. Kemungkinan-kemungkinan ini termasuk penghubungan dan pertukaran token, pengiriman pesan, dan logika komputasi yang beradaptasi dengan perubahan keadaan antara jaringan blockchain yang berbeda.
Meringkaskan
Memasukkan teknologi zk-SNARKs ke dalam desain jembatan lintas rantai dapat secara efektif memecahkan masalah terkait desentralisasi dan keamanan. Namun, hal ini juga menciptakan hambatan komputasi karena melibatkan skala sirkuit yang besar. Karena fokus pada interoperabilitas terus meningkat, saya yakin akan semakin banyak pengembang yang bekerja keras untuk mengembangkan teknologi jembatan lintas rantai yang aman dan terukur. Kemajuan ini diharapkan dapat memberikan dampak positif terhadap kemajuan dan penerapan teknologi ZK secara keseluruhan. Oleh karena itu, kita dapat mengharapkan kemajuan yang signifikan dalam penelitian, penerapan inovasi, dan adopsi aplikasi lintas rantai yang lebih luas dalam waktu dekat.