zkPorter: Khả năng mở rộng kết hợp lớp 2

特邀专栏作者

2020-08-05 16:54 (UTC+8)

Bài viết này có khoảng 6859 từ, đọc toàn bộ bài viết mất khoảng 10 phút

zkPorter sử dụng phương pháp kết hợp kết hợp khái niệm zkRollup và khái niệm sharding để giải quyết vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu.

Tóm tắt AI

zkPorter sử dụng phương pháp kết hợp kết hợp khái niệm zkRollup và khái niệm sharding để giải quyết vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu.

Lưu ý của biên tập viên: Bài viết này đến từNhững người đam mê Ethereum (ID: ethfans)Những người đam mê Ethereum (ID: ethfans)

Bản tóm tắt

, Tác giả: Alex Gluchowski, bản dịch: A Jian, được Odaily in lại với sự ủy quyền.

tiêu đề cấp đầu tiên

Bản tóm tắt

Chúng tôi đề xuất một công nghệ có khả năng mở rộng Lớp 2 mới "zkPorter" có thể kết hợp zkRollup và sharding trong mạng chuỗi khối có khả năng mở rộng cao và có thể kết hợp nguyên tử.

Vấn đề #1: Thông lượng giao dịch ≠ khả năng mở rộng ⚖️

Thông lượng giao dịch được đo bằng tổng số giao dịch được xử lý bởi toàn bộ mạng; trong khi khả năng mở rộng là số lượng giao dịch được xử lý bởi một nút duy nhất. zkRollup có thể được coi là giải pháp mở rộng Lớp 2 cuối cùng đáp ứng tính bảo mật và tính hữu dụng. (Ghi chú của biên tập viên: xem siêu liên kết ở cuối bài viết "Đánh giá và so sánh các sơ đồ mở rộng Ethereum Lớp 2 khác nhau") Tuy nhiên, zkRollup chỉ cung cấp cải thiện khả năng mở rộng khoảng 100 lần so với mạng chính, vì dữ liệu giao dịch vẫn cần được quảng bá tới tất cả các nút đầy đủ. Người ta có thể lập luận rằng zkRollup chỉ tăng thông lượng một cách tuyến tính, nhưng không cung cấp khả năng mở rộng theo cấp số nhân.

zkRollup có thể xử lý tới 3000 TPS trên Eth1, nhưng ước tính thận trọng—tùy thuộc vào chi tiết của việc triển khai Eth2—ít nhất là 20.000 TPS trên Eth2 được phân đoạn. So với thông lượng lên tới 24k TPS của Visa, đây đã là một thành tựu to lớn, nhưng vì chúng tôi muốn giúp đỡ hàng tỷ người chưa có tài khoản ngân hàng ngày nay, chúng tôi phải phấn đấu nhiều hơn nữa.

Sự trỗi dậy của DeFi có nghĩa là khả năng kết hợp là chìa khóa thành công. Là "các khối xây dựng tiền tệ" có thể được kết hợp tự do, các ứng dụng DeFi chứng minh giá trị tiềm năng có thể được mở khóa bằng cách phân lớp các giao thức không cần tin cậy. Nếu một dự án chỉ xem xét các giải pháp mở rộng quy mô của riêng họ, thì cuối cùng họ sẽ thấy mình bị cô lập khỏi các hiệu ứng mạng và bảo mật được tạo ra bởi các cơ chế mở rộng quy mô có thể kết hợp được chia sẻ bởi cộng đồng.

Giới thiệu zkPorter 🎉

Trong bài báo này, chúng tôi trình bày một sơ đồ mở rộng quy mô dựa trên bằng chứng không kiến thức mới hứa hẹn sẽ giải quyết tất cả các vấn đề trên: zkPorter.

tiêu đề phụ

Giải thích zkPorter 🥜

Mặt khác, các sơ đồ mở rộng quy mô dựa trên bằng chứng không có kiến thức vẫn không giải quyết trực tiếp vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu: nếu dữ liệu trạng thái không có sẵn, tiền sẽ bị đóng băng. zkRollup và Validium sử dụng các phương pháp khác nhau để giải quyết vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu (Ghi chú của biên tập viên: xem siêu liên kết ở cuối bài viết "So sánh ZK rollup và Validium").

zkPorter sử dụng phương pháp kết hợp kết hợp khái niệm zkRollup và khái niệm sharding để giải quyết vấn đề về tính khả dụng của dữ liệu. Nó có thể hỗ trợ bất kỳ số lượng phân đoạn nào, mỗi phân đoạn có sơ đồ sẵn có dữ liệu riêng (được xác định bởi hợp đồng thông minh của phân đoạn đó). Đồng thời, việc lựa chọn phân đoạn được kiểm soát ở cấp tài khoản cá nhân (Việc lựa chọn phân đoạn được kiểm soát ở cấp tài khoản cá nhân).

zkPorter tách biệt mối quan tâm về tính hợp lệ của trạng thái và tính khả dụng của dữ liệu. Tính hợp lệ của trạng thái — quá trình chuyển đổi trạng thái hợp lệ phải diễn ra — được triển khai thống nhất bởi các công cụ chứng minh không có kiến thức, cung cấp khả năng mở rộng theo cấp số nhân trong khi kế thừa các đảm bảo bảo mật của Lớp 1. Mặt khác, tính khả dụng của dữ liệu được giao cho chính các phân đoạn, cho phép họ tự do thử nghiệm các giải pháp khác nhau. Đoàn kết khi cần thiết, tự do khi không có giải pháp (In necessariis unitas, in dubiis libertas)!

tiêu đề phụ

Khả năng kết hợp trong zkPorter: Internet của chuỗi khối trên steroid 💊

Sau đó, hãy để zkPorter dùng thử! Tất cả các tài khoản trong zkPorter chia sẻ cùng một không gian địa chỉ và có thể tương tác với các tài khoản khác thông qua zkRollup chạy trên phân đoạn cơ bản 0 trong zkPorter. Một giao thức có yêu cầu lưu lượng truy cập cao và/hoặc nhu cầu về tính sẵn có của dữ liệu cụ thể có thể đặt giao diện giao thức của chính giao thức đó trong phân đoạn (trong zkPorter) của riêng giao thức đó. Sự đánh đổi về bảo mật, chi phí và thông lượng sẽ được thảo luận sau.

zkPorter cho phép bất kỳ số lượng giao thức nào hoạt động trơn tru. Một giao dịch nguyên tử duy nhất có thể gọi bất kỳ số lượng hợp đồng thông minh nào trên các phân đoạn zkPorter khác nhau. Không chỉ vậy, các giao dịch trong một phân đoạn sẽ có quyền truy cập vào toàn bộ trạng thái zkPorter - bao gồm cả dữ liệu trên các phân đoạn khác. Tính năng này có thể được sử dụng, ví dụ, để đọc thông tin từ cơ chế nhập thông tin.

Bạn có thể coi mô hình zkPorter giống như một Internet chuỗi khối với kích thích tố zk.

tiêu đề phụ

zkPorter Sharding: Bảo mật và chi phí 💸

Shard 0 của zkPorter là một zkRollup với đầy đủ dữ liệu sẵn có và đảm bảo an ninh của Ethereum. Phân đoạn 0 sẽ là phân đoạn đắt nhất trong zkPorter và chi phí giao dịch bằng khoảng 1/100 so với giao dịch trên mạng chính.

Các phân đoạn khác với Phân đoạn 0 sẽ xác định sơ đồ khả dụng dữ liệu của riêng chúng trong hợp đồng thông minh của riêng chúng. Các phân đoạn khác này hy sinh tính khả dụng của dữ liệu trên chuỗi để đổi lấy khoản tiết kiệm chi phí giao dịch gấp 10-100 lần và cải thiện thông lượng. zkPorter sẽ giới thiệu một cơ chế xác thực tùy chọn, mà chúng tôi gọi là "zkPorter Guardians", cho phép giao thức mời các bên liên quan của giao thức tham gia với tư cách là người bảo đảm tính khả dụng của dữ liệu cho các phân đoạn giao thức. Một phân đoạn sử dụng cơ chế bảo vệ sẽ chạy cơ chế đồng thuận bằng chứng cổ phần, do đó, miễn là 1/3 số người xác thực tham gia vẫn trung thực, người dùng của phân đoạn đó có thể thoát với dữ liệu của chính họ bất cứ lúc nào.

Tính khả dụng của dữ liệu linh hoạt là mục tiêu thiết kế cốt lõi của zk Porter. Bằng cách cho phép mỗi giao thức thiết kế lược đồ riêng, zkPorter có thể hỗ trợ nhiều lược đồ khác nhau và có thể thích ứng với nhu cầu của mọi người. Các giả định về bảo mật Việc áp dụng một người tham gia tập trung đáng tin cậy làm người bảo lãnh có thể đạt được cơ chế đồng thuận bằng chứng về quyền hạn. Và các ứng dụng có mã thông báo quản trị có thể triển khai cơ chế đồng thuận bằng chứng cổ phần của riêng chúng để bảo vệ các phân đoạn của riêng chúng—chỉ cần tránh để số tiền trong phân đoạn vượt quá số tiền gửi của trình xác thực bị khóa. Cơ chế mã hóa xóa có thể được sử dụng để chứng minh rằng người xác minh đã không xóa dữ liệu. Ví dụ: do tính chất tương đối đơn giản của mạng Bitcoin và số lượng giao dịch thấp, trình xác thực cho phân đoạn zkPorter có thể tạo triển khai Bitcoin trong phân đoạn của họ để chạy sự đồng thuận Satoshi dựa trên bằng chứng công việc. Tất cả những thứ này có thể được kết hợp với thiết lập trình xác thực Guardian của zkPorter hoặc tất cả có thể chạy độc lập với nó.

zkPorter được thiết kế từ đầu với mục đích mở rộng. Giao thức zkPorter giảm chi phí tính khả dụng và tính hợp lệ của dữ liệu của mỗi phân đoạn xuống mức rất thấp. Chi phí cận biên của việc thêm một phân đoạn mới là logarit so với chi phí phát sinh khi bao gồm dữ liệu lồng nhau trên zkRollup cơ bản. Điều này cho phép zkPorter mở rộng hiệu quả để hỗ trợ hàng trăm triệu tài khoản.

Cuối cùng, quyền riêng tư của người dùng có thể được bảo vệ bằng công nghệ bằng chứng không có kiến thức. Sử dụng zkRollup làm thành phần cơ bản của zkPorter có lợi thế vốn có là tính hợp lệ của các chuyển đổi trạng thái có thể được chứng minh mà không tiết lộ nội dung của các giao dịch này.

tiêu đề phụ

Kiến trúc 🏛

Trên thực tế, zkPorter rất giống với zkRollup và Validium. Một hợp đồng thông minh được đặt trên Lớp 1 lưu trữ tiền và lưu giữ bản ghi gốc Merkle của trạng thái tài khoản. Dữ liệu trạng thái thực tế được giữ bên ngoài chuỗi bởi trình xác thực zkPorter và trình bảo đảm dữ liệu cho mỗi phân đoạn: chúng tôi còn gọi nó là "cây trạng thái".

Một hợp đồng thông minh được phân đoạn xác định các quy tắc chuyển đổi trạng thái của riêng nó. Khi một khối zkPorter được chấp nhận, khối đó sẽ gây ra chuyển đổi trạng thái: một giao dịch trên Lớp 1 sẽ thay thế gốc Merkle bằng giá trị mới. Giao dịch này phải xác minh bằng chứng không kiến thức được sử dụng để chứng minh giá trị mới là hợp lệ: nghĩa là để xác minh rằng mọi giao dịch trong khối đều hợp lệ.

Trong zkPorter, các tài khoản cho mỗi phân đoạn phải được lưu trữ trong một cây con riêng biệt của cây trạng thái. Ngoài ra, mỗi cây con phân đoạn phải chứa thông tin về loại phân đoạn riêng của nó và các tài khoản hợp đồng thông minh tham chiếu xác định chính sách trạng thái sẵn có của nó.

Giả sử rằng loại phân đoạn là zkRollup, thì mọi giao dịch trong phân đoạn thay đổi trạng thái tài khoản phải xuất bản thay đổi trạng thái dưới dạng calldata Lớp 1 (giống như zkRollup).
Tất cả các giao dịch sửa đổi trạng thái của hai hoặc nhiều phân đoạn cùng một lúc phải được thực hiện ở chế độ zkRollup.

Tất cả các giao dịch khác chỉ ảnh hưởng đến các tài khoản trong một phân đoạn cụ thể có thể được thực hiện ở chế độ phân đoạn thông thường (chúng tôi gọi chúng là "giao dịch phân đoạn"). Nếu một khối chứa một số giao dịch phân đoạn trong phân đoạn S, thì phải tuân theo các quy tắc sau:

Hợp đồng thông minh đi kèm với phân đoạn phải được gọi để thực hiện các yêu cầu bổ sung (ví dụ: xác minh chữ ký của những người tham gia đồng thuận phân đoạn)

Nghiên cứu điển hình 💼

Tôi sẽ sử dụng 4 trường hợp để chứng minh tiềm năng của zkPorter, chứng minh cách nó có thể kết hợp liền mạch các ứng dụng khác nhau, đồng thời mở rộng khối lượng giao dịch để đáp ứng nhu cầu của từng ứng dụng.

tiêu đề phụ

Trường hợp 1: Điểm cộng đồng Reddit

Vào tháng 6 năm 2020, Reddit đã khởi chạy chương trình The Great Reddit Scaling Bake-Off, mang đến cho mỗi cộng đồng cơ hội tổ chức các subreddits của riêng họ thông qua hệ thống điểm cộng đồng, đồng thời cho phép các giải pháp Lớp 2 thể hiện tài năng của họ. Rõ ràng, giải pháp cho hệ thống điểm cộng đồng phải an toàn, phi tập trung và dễ sử dụng, đồng thời duy trì khả năng tương tác với các ứng dụng của bên thứ ba khác (ví, hợp đồng), đồng thời có thể xử lý hàng trăm nghìn giao dịch được tính. Điểm cộng đồng có thể được triển khai với zkPorter theo ba cách khác nhau.

Tùy chọn 1: Chạy trên zkSync (zkPorter shard 0)

Để kết nối Điểm cộng đồng với mạng chính Ethereum, Reddit có thể sử dụng chức năng zkRollup hiện có trực tiếp trên zkSync. zkSync có thể đạt 3000 TPS trên Eth1. Giả sử rằng tất cả 500 triệu người dùng Reddit hoạt động hàng tháng đều đang tích cực tham gia. Giả sử rằng trung bình mỗi người dùng gửi một giao dịch đúc, một giao dịch đốt (thanh toán phí đăng ký) và hai lần chuyển mỗi tháng, tải trung bình mà hệ thống điểm cộng đồng yêu cầu là:

500 triệu × 4 / (30 × 24 × 60 × 60) xấp xỉ bằng 700 TPS

Đây chỉ là 1/4 thông lượng hiện tại của zkRollup.

Tùy chọn 2: Đặt nó trên một phân đoạn dành riêng cho Reddit, được xác minh bởi những người bảo vệ zkPorter

Nếu nhằm mục đích cải thiện tính linh hoạt của thông lượng giao dịch và giảm chi phí người dùng, Reddit có thể chuyển các giao dịch Reddit từ phân đoạn cơ bản sang phân đoạn dành riêng cho Reddit. Reddit có thể tự do lựa chọn sơ đồ của riêng mình để đảm bảo tính khả dụng của dữ liệu cho người dùng. Giải pháp đơn giản nhất là triển khai bảo vệ zkSync hiện có, cung cấp cho người dùng các đảm bảo về tính khả dụng của dữ liệu được triển khai bằng bằng chứng cổ phần. Chúng tôi khuyên Reddit nên lưu trữ dữ liệu trên máy chủ của Reddit ngoài việc sử dụng các mẫu của Guardian. Trong chế độ này, ngay cả khi quân phòng thủ bị tấn công 2/3 đa số, Reddit vẫn có thể đối phó với nó, vì vậy người dùng có thể ngồi lại và thư giãn. Tương ứng, dữ liệu người dùng sẽ không bị đảo lộn do lỗi máy chủ Reddit hoặc các cuộc tấn công.

Phương pháp thứ ba là Reddit có thể chọn để tối đa hóa thông lượng giao dịch và giảm thiểu chi phí người dùng, đó là đưa cộng đồng Reddit vào một phân đoạn chuyên dụng và sử dụng giải pháp khả dụng dữ liệu tùy chỉnh thay vì cơ chế bảo vệ. Một giải pháp khả thi dựa trên sự đồng thuận bằng chứng cổ phần dựa trên tính sẵn có của dữ liệu hướng đến cộng đồng, cùng với cơ chế đa chữ ký 2/3 (hai phần ba đa chữ ký).

khả năng tương tác

Hãy tưởng tượng khả năng triển khai sơ đồ này: Reddit và người dùng Reddit sẽ gửi chữ ký để chứng thực tính hợp lệ của mỗi lần chuyển đổi trạng thái. Chẳng hạn, Reddit có thể lấy 1/3 tổng trọng lượng chữ ký và phân phối 2/3 cho người dùng. Cùng với cơ chế đa số 2/3 trọng số chữ ký (A kết hợp 2/3 trọng số chữ ký), đủ để đảm bảo rằng quá trình chuyển đổi trạng thái trên phân đoạn Reddit là hợp lệ. Người dùng có thể được khuyến khích đăng bằng chứng về việc chuyển đổi trạng thái không hợp lệ mà họ thấy, chẳng hạn như khấu trừ khoản tiền đặt cọc của nhà xuất bản đối với quá trình chuyển đổi trạng thái không hợp lệ.

Chi phí giao dịch trong sơ đồ này sẽ chỉ bao gồm chi phí cần thiết để tạo bằng chứng không có kiến thức (hiện tại là một phần nghìn đô la cho mỗi giao dịch và sẽ giảm theo cấp số nhân trong tương lai)
khả năng tương tác
Dễ dàng tương tác với các hợp đồng thông minh trên các phân đoạn khác, chẳng hạn như sử dụng các giao thức DeFi được triển khai trên zkSync (Curve trên zkSync, Compound trên zkSync, v.v.) để giao dịch/cho vay/cho vay

Chuyển điểm cộng đồng của họ cho người dùng trên phân đoạn zkRollup (để bảo mật tối đa)

Nhanh chóng rút mã thông báo của họ về mạng chính Ethereum để tương tác với các hợp đồng thông minh khác ngoài zkSync

tiêu đề phụ

Trường hợp 2: Ví thông minh/Ngân hàng tiền điện tử (Argent, Dharma, MyKey, v.v.)

Ví thông minh là ví được triển khai với các hợp đồng thông minh, có thể giúp người dùng có được các chức năng về quyền riêng tư và khả năng tương tác (ví dụ: nó có thể kết nối liền mạch với các giải pháp mở rộng Lớp 2). Một số ví thông minh, chẳng hạn như Argent, thậm chí còn trợ cấp có chọn lọc một tỷ lệ phí giao dịch nhất định cho người dùng trong quá trình hướng dẫn người dùng mới. Với giá Gas hiện tại (75 Gwei) và giá Ethereum ($320), một giao dịch là $0,5. Ví thông minh có thể sử dụng hợp đồng thông minh để gọi chức năng zkRollup nhằm giảm tổng chi phí Gas.

Đây là một thực hiện có thể, trong 3 bước đơn giản.

Bước 1: bảo vệ zkRollup

Tài khoản ví thông minh có thể được chuyển sang giải pháp zkRollup chẳng hạn như zkSync. Chuyển giữa các ví trong zkSync có giá rẻ, mặc dù các giao dịch được gửi từ zkSync đến mạng chính đắt hơn một chút và mất nhiều thời gian hơn (khoảng 5-10 phút để hoàn tất).

Bước 2: zkSync Guardian + Wallet Operator Sharding

Sau khi thu hút đủ người dùng mới, chi phí vận hành trên zkRollup có thể khiến các nhà khai thác ví cân nhắc việc bắt đầu một phân đoạn chuyên dụng. Trong phần Reddit ở trên, chúng tôi đã giải thích chi tiết cách tiếp cận này: di chuyển cơ sở người dùng sang người giám hộ zkSync độc lập (các thành viên cộng đồng trong trường hợp của Reddit, ở đây có thể là những người tham gia giao thức) và ví Người vận hành để đảm bảo tính khả dụng của dữ liệu của họ. Sharding được bảo mật miễn là người điều hành ví hoặc phần lớn những người bảo vệ zkSync không bị xâm phạm. Tùy chọn này cũng mở ra khả năng về các chương trình chia sẻ phí linh hoạt cho các nhà khai thác ví.

Tại một số thời điểm, cơ sở người dùng của ví có thể trở nên lớn đến mức ví cần phải di chuyển đến một phân đoạn được quản lý bởi mã thông báo quản trị. Phân đoạn này sẽ vẫn là một phần của mạng zkSync và có thể truy cập các dịch vụ trên tất cả các phân đoạn khác ở chế độ zkRollup.

cân nhắc về quyền riêng tư

Cần giải thích thêm rằng chức năng bảo mật rất dễ thực hiện trong bất kỳ bước nào ở trên. Khó có thể đạt được quyền riêng tư nếu không có bằng chứng không có kiến thức. Nhưng lợi ích của zkRollup là các tài khoản có thể có được quyền riêng tư ngay lập tức và giảm đáng kể chi phí tham gia mạng mà không phải hy sinh tính bảo mật và phân quyền.

tiêu đề phụ

Trường hợp 3: Các giao thức DeFi và DEX (Loopring, IDEX, Curve, Coumpound, v.v.)

Dự đoán các tắc nghẽn thông lượng trong tương lai, một số ứng dụng DeFi chính thống như IDEX và Loopring đã đầu tư vào việc triển khai các giải pháp khả năng mở rộng của riêng họ. Đây là một bước đi thông minh, bởi vì một mặt, nó mang lại cho họ lợi thế cạnh tranh khi Giá xăng cao, mặt khác, nó cũng giúp họ hiểu sâu hơn về các kỹ thuật/sự hy sinh về khả năng mở rộng.
Không chỉ vậy, đối với các sàn giao dịch phi tập trung mong muốn hỗ trợ giao dịch tần suất cao, phí cho một giao dịch phải càng nhỏ càng tốt, bởi vì một số lượng giao dịch rất lớn được yêu cầu để thực hiện một đơn đặt hàng.

Khả năng mở rộng trong sự cô lập thiếu khả năng kết hợp hoặc hiệu ứng mạng.

Khi tiềm năng của công nghệ bằng chứng không kiến thức được bộc lộ đầy đủ, ngày càng có nhiều người nhận ra rằng bằng chứng không kiến thức là chìa khóa để áp dụng đại trà. Đồng thời, tốc độ đổi mới trong lĩnh vực ZKP nhanh đến mức nó phải có đội ngũ nghiên cứu và phát triển riêng để theo kịp tốc độ. Tuy nhiên, nếu các thuật toán mật mã phức tạp không được kiểm tra và triển khai tốt, thì các lỗ hổng bảo mật nghiêm trọng có thể đang chờ đợi chúng. Quy tắc vàng trong lĩnh vực mật mã vẫn đúng: không tạo ra một bộ mật mã mà chỉ bạn biết.

zkPorter giải quyết vấn đề này. Các giao thức DeFi có thể được xây dựng trên các công nghệ có khả năng mở rộng tiên tiến và hiệu ứng mạng mạnh mẽ đồng thời kiểm soát chi phí giao dịch. Để có những thứ này, một giao thức có thể tạo một phân đoạn riêng trong zkPorter, bảo vệ nó bằng sự đồng thuận của những người nắm giữ mã thông báo giao thức. Điều này cũng mở ra cơ hội chia sẻ phí linh hoạt (hoặc trợ cấp phí).

Trường hợp 4: Giao dịch vi mô (Brave, Livepeer, Storj, v.v.)

Các giao thức cần xử lý một số lượng lớn các giao dịch chuyển giá trị thấp (giao dịch vi mô) có thể triển khai một phân đoạn tương tự như Validum (nghĩa là một phân đoạn cho phép nhiều người tham gia sử dụng nhiều chữ ký đơn giản để đảm bảo tính khả dụng của dữ liệu), làm giảm phí giao dịch. thấp bằng 0. Chi phí tạo bằng chứng kiến thức là đủ (hiện tại khoảng 0,001 đô la cho mỗi giao dịch và dự kiến sẽ giảm đáng kể trong tương lai).

Tích hợp nền tảng giao dịch vi mô theo cách này, người dùng cũng có thể tự động chuyển số dư sang phân đoạn zkRollup sau khi số dư vượt quá một số tiền nhất định.

tiêu đề cấp đầu tiên