Nel campo in rapido sviluppo della tecnologia blockchain, sono stati proposti e implementati molti protocolli, tuttavia, ciascun protocollo adotta un metodo di consenso diverso: dalla prova di lavoro computazionale alla Proof-of-Stake basata su incentivi, ecc. Fin dagli albori della blockchain, la liquidità e gli asset sono stati gradualmente dispersi tra diverse catene a causa delle differenze nei protocolli in vari aspetti come consenso, sicurezza e linguaggi di programmazione. I ponti cross-chain emergono come soluzione a questo problema, riducendo la frammentazione e integrando la liquidità tra le varie blockchain. Uno di questi protocolli di bridge cross-chain è Wormhole, che facilita la circolazione di criptovalute e token non fungibili (NFT) tra diverse blockchain di contratti intelligenti come Solana ed Ethereum.

Rischi attuali dei ponti a catena incrociata

I ponti a catene incrociate possono essere piuttosto complicati. Garantire la sicurezza del suo ponte cross-chain è una sfida importante, poiché le risorse archiviate in contratti intelligenti o custodi centrali devono essere protette. Poiché i fondi del ponte sono archiviati centralmente, è stato storicamente un bersaglio per gli hacker. La progettazione in evoluzione dei bridge offre inoltre agli aggressori l'opportunità di trovare nuove vulnerabilità ed exploit. Nel 2022, Wormhole è stato violato dopo che una soluzione di sicurezza è stata caricata su Github, causando una perdita di 325 milioni di dollari. L'hacker è riuscito a portare via i fondi. Chainalysis riporta che gli attacchi cross-chain bridge hanno rappresentato il 69% del totale dei fondi rubati nel 2022.

Un’altra sfida affrontata è stata la scarsa performance e la dipendenza dalle entità centrali. Gli attuali ponti a catena incrociata devono affrontare problemi di scalabilità. Per aggiornare e regolare lo stato di entrambe le catene, i bridge a catena incrociata richiedono una grande quantità di potenza di calcolo e capacità di archiviazione, con conseguente sovraccarico significativo. Per alleviare questo onere, alcuni bridge cross-chain sono passati a un approccio in stile comitato, in cui solo un numero limitato di validatori (o anche solo titolari di multisig) approvano i trasferimenti statali. Tuttavia, questo approccio li espone a vulnerabilità e potenziali attacchi.

Sono questi problemi che hanno spinto gli sviluppatori a iniziare a cercare soluzioni alternative, in particolare quelle che sfruttano la crittografia a conoscenza zero. Tra questi approcci, l’utilizzo della tecnologia zk-SNARK elimina la necessità di un modello di comitato garantendo al tempo stesso la scalabilità della rete.

Ponte a catena incrociata basato sulla tecnologia zk-SNARKs

Attualmente, ci sono diversi progetti che sviluppano soluzioni bridge tecnologiche ZK attraverso diversi ecosistemi e fasi di sviluppo, come ad esempio:

• Laboratori succinti

• zkIBC di Electron Labs

• zkBridge di Polyhedra Network

Queste iniziative sfruttano la tecnologia zk-SNARKS per rivoluzionare la progettazione dei ponti a catena incrociata. Tuttavia, per implementare con successo tutti questi approcci, un requisito fondamentale è un protocollo light client, ovvero un software che si connette ai nodi completi e facilita l’interazione con la blockchain. Questo protocollo garantisce che i nodi possano sincronizzare in modo efficiente le intestazioni dei blocchi con lo stato confermato della blockchain.

Quando si applica la tecnologia zk-SNARKs ai ponti a catena incrociata, si presentano due sfide principali. Innanzitutto, i ponti a catena incrociata richiedono una scala di circuito maggiore rispetto ai rollup. In secondo luogo, è necessario risolvere il problema di ridurre al minimo lo storage on-chain e il sovraccarico di calcolo.

Laboratori succinti

Succinct Labs sta sviluppando un client leggero per il consenso PoS (proof-of-stake) di Ethereum 2.0, creando un ponte cross-chain con fiducia ridotta al minimo tra Gnosis ed Ethereum. Questo ponte cross-chain sfrutta l'efficienza di zk-SNARKS per verificare le prove di validità del consenso sulla catena in modo conciso.

L'impostazione prevede un comitato sincronizzato di 512 validatori, selezionati casualmente ogni 27 ore. Questi validatori sono responsabili della firma di ciascuna intestazione di blocco entro il periodo di tempo assegnato. Lo stato di Ethereum è considerato valido se più di ⅔ dei suoi validatori firmano ciascuna intestazione di blocco. Il processo di verifica include principalmente la verifica di quanto segue:

1. Prova Merkle dell'intestazione del blocco

2. Prova Merkle dei validatori nel comitato di sincronizzazione

3. Firma BLS per garantire la corretta rotazione dei comitati di sincronizzazione

Questo processo comporta costi computazionali significativi, poiché il concetto di base è che il light client sfrutta zk-SNARK (Groth16) per creare una prova di dimensione costante (prova di validità) che può essere verificata in modo efficiente sulla catena Gnosis. La prova viene generata tramite calcolo off-chain, che prevede la costruzione di un circuito che verifica il validatore e la sua firma, quindi generando una prova zk-SNARK. La prova e l'intestazione del blocco vengono quindi sottoposti a un contratto intelligente sulla catena Gnosis per la verifica.

L'adozione di zk-SNARK aiuta a ridurre il sovraccarico di archiviazione e la complessità del circuito, riducendo così i presupposti di fiducia. Tuttavia, questo approccio è ottimizzato specificamente per il protocollo di consenso Ethereum 2.0 e EVM e potrebbe richiedere una maggiore adattabilità per essere applicabile ad altre reti blockchain.

Proprio nel luglio di quest'anno, Succinct Labs ha fatto un annuncio importante, confermando che il suo client light Ethereum ZK era stato ufficialmente integrato nella rete principale per migliorare la sicurezza di Gnosis Omnibridge. Questa integrazione vedrà Succinct Labs proteggere Gnosis Omnibridge, che attualmente ha un valore totale bloccato (TVL) di oltre 40 milioni di dollari e ha facilitato fino ad oggi oltre 1,5 miliardi di dollari di flussi di asset di stablecoin.

zkIBC di Electron Labs

Electron Labs sta costruendo un ponte incrociato che ha origine dall'ecosistema Cosmos SDK, un framework per blockchain specifiche per l'applicazione. Il suo ponte cross-chain sfrutterà la tecnologia IBC (Inter-Chain Communication) per consentire una comunicazione continua tra tutte le blockchain indipendenti definite all'interno del framework.

Tuttavia, l’implementazione di un client leggero dell’SDK Cosmos in Ethereum è piena di difficoltà. Il client light Tendermint utilizzato da Cosmos SDK funziona sulla Twisted Edwards Curve (Ed25519), che è una curva che la blockchain di Ethereum non supporta nativamente. Pertanto, verificare le firme Ed25519 sulla curva BN254 di Ethereum è costoso e inefficiente. Per superare questo ostacolo, Electron Labs sta sviluppando una soluzione basata sulla tecnologia zk-SNARKs. Questo sistema genererà una prova fuori catena della validità della firma e verificherà solo la prova sulla catena Ethereum, risolvendo efficacemente questo problema.

Adottando questo approccio, le firme Ed25519 nell'SDK Cosmos possono essere verificate in modo efficiente ed economico sulla blockchain di Ethereum, evitando l'introduzione di ulteriori presupposti di fiducia. Un potenziale problema che questo approccio potrebbe dover affrontare, tuttavia, è la latenza. La velocità di generazione dei blocchi nell'SDK Cosmos è di 7 secondi. Per tenere il passo con questa velocità, il tempo di prova deve essere notevolmente ridotto. Electron Labs intende risolvere questo problema utilizzando più computer per generare prove simultaneamente e quindi unirle in un'unica prova zk-SNARK.

zkBridge di Polyhedra Network

Rispetto alle altre due costruzioni di ponti a catena incrociata leader del settore basate su prove a conoscenza zero, zkBridge si distingue per la sua struttura flessibile e diversificata che facilita lo sviluppo di molteplici applicazioni sulla sua piattaforma. Utilizza efficacemente zk-SNARK per stabilire un processo di comunicazione efficiente, consentendo al prover di convincere la catena ricevente che si è verificata una specifica transizione di stato sulla catena mittente. Il framework zkBridge è costituito da due componenti chiave:

1. Rete di inoltro dell'intestazione del blocco: questo componente ottiene l'intestazione del blocco dalla catena di invio, genera una prova per convalidare l'intestazione del blocco e quindi trasmette sia l'intestazione del blocco che la prova al contratto di aggiornamento sulla catena ricevente.

2. Contratto di aggiornamento: questa parte mantiene uno stato light client e lo incorpora automaticamente nell'intestazione del blocco della catena di invio dopo la verifica della prova di associazione. Inoltre, mantiene aggiornato anche lo stato attuale della catena principale della catena di invio.

La differenza principale tra zkBridge e altri approcci leader del settore è che zkBridge richiede solo la presenza di un nodo onesto nella rete di inoltro e presuppone l'affidabilità di zk-SNARK.

Un progresso chiave in questa build risiede nell'uso parallelo di zk-SNARK: il prover Virgo (deVirgo), che introduce un nuovo sistema di prove distribuite per accelerare il processo di generazione delle prove e utilizza prove ricorsive per ridurre i costi di verifica delle prove sulla catena. deVirgo si basa sul protocollo GKR e su uno schema di impegno polinomiale per generare prove per circuiti che verificano firme multiple. La prova di deVirgo viene quindi compressa tramite il prover Groth16 e verificata dal contratto di aggiornamento sulla blockchain di destinazione. La combinazione di questi sistemi di prova consente a zkBridge di consentire un'efficiente comunicazione cross-chain senza fare affidamento su presupposti di fiducia esterni.

La versione Alpha della mainnet di zkBridge è stata rilasciata nell'aprile 2023 e ora facilita l'interoperabilità cross-chain tra diverse reti blockchain L1 e L2, come BNB Chain, Ethereum e Arbitrum. Intervenendo all'evento ETHCC Paris zkDAY 2023, il CTO di Polyhedra Network, Tiancheng Xie, ha sottolineato che il protocollo ha attirato più di 50.000 utenti attivi giornalieri e 800.000 utenti attivi mensili dal suo lancio sulla mainnet.

Con la sua architettura modulare, zkBridge apre vaste possibilità a sviluppatori e utenti. Queste possibilità includono il bridging e lo scambio di token, la messaggistica e la logica computazionale che si adatta ai cambiamenti di stato tra diverse reti blockchain.

Riassumere

Incorporando la tecnologia zk-SNARKs nella progettazione di ponti a catena incrociata è possibile risolvere efficacemente i problemi legati alla decentralizzazione e alla sicurezza. Tuttavia, ciò crea anche un collo di bottiglia computazionale a causa della grande scala del circuito coinvolto. Poiché l’attenzione sull’interoperabilità continua ad aumentare, credo che sempre più sviluppatori lavoreranno duramente per sviluppare una tecnologia bridge cross-chain sicura e scalabile. Si prevede che questi progressi avranno un impatto positivo sul progresso complessivo e sull’applicazione della tecnologia ZK. Pertanto, possiamo aspettarci progressi significativi nella ricerca, nell’implementazione dell’innovazione e in una più ampia adozione di applicazioni cross-chain nel prossimo futuro.