ZKP:去中心化的Prover如何實現？Opside 創新性提出 ZKP的兩步提交算法_VER

原文來源：OpsideTeam

為什么我們需要去中心化的?prover

當前，以太坊主網上已經有多個?ZK-Rollups?在運行了。然而?ZK-Rollup?的去中心化設計仍然處于早期階段。我們目前都聚焦在?Sequencer?的去中心化問題上，大部分人都忽略了，實際上目前絕大部分的?ZK-Rollup?項目都沒有實現去中心化的?prover。

對于?ZK-Rollup?來說，中心化的?prover?仍然是安全的，并且也不像中心化的?sequencer?那樣會帶來審查的問題。但是中心化的?prover?也會引發很多問題。首先，如果只有一個?prover，那么單節點宕機就會造成整個?ZK-Rollup?的有效性證明無法提交，從而給交易的最終確定性造成影響。其次，中心化的?prover?成本高昂，無法承擔未來海量的?ZK-Rollup?的算力需求。最后，從經濟的角度來說，中心化的?prover?獨享了一部分收益，這在代幣經濟學上來說，實際上是不公平的。

CZ發表《中心化vs去中心化》（2022）：安全、易用和自由比是否去中心化更重要:10月9日消息，據幣安博客顯示，幣安創始人兼首席執行官CZ發表文章《中心化vs去中心化》（2022）。在文中CZ再次闡明“什么是去中心化?”與“為什么去中心化？”，此外還在文中提到，去中心化是實現目標的一種手段，而不是目標本身，其目標是自由、安全和易用。并表示幣安是去中心化的支持者，幣安在CEX和DeFi解決方案的開發上投入巨資，并將繼續倡導自由與安全齊頭并進的未來。

此前報道，對于因BNB Chain遭遇攻擊而引發社區關于BNB Chain并非“去中心化”的質疑，幣安創始人兼首席執行官趙長鵬在推特上轉發其于2019年發表在幣安官方博客上的文章《CZ：中心化vs去中心化》，并稱從三年前開始，（其觀點）幾乎沒有變化。[2022/10/10 12:51:07]

去中心化?prover?的挑戰

去中心化?prover?能很好地解決以上的問題，但是也帶來一些挑戰，這也是為什么最近上線的幾個?zkEVM?方案采用了中心化?prover?方案的原因之一。例如?PolygonzkEVM?的?betamainnet?中依靠?trustedaggregator?來提交?ZKP，zkSyncera?也是類似。

去中心化金融貸款協議Apricot Finance完成400萬美元融資:去中心化金融(DeFi)貸款協議Apricot Finance已經完成了400萬美元的融資，來自Lemniscap、Delphi Ventures、Solana Capital、Advanced Blockchain AG、Skyvision Capital、Ledger Prime、Valhalla Capital、MXC、Gate、a41 Ventures 和其他幾家公司參與。Apricot表示，它打算使用新籌集的資金來支持其初始旗艦服務的推出。發言人說，Apricot是一個建立在Solana網絡上的新興DeFi貨幣市場平臺，其旗艦服務將旨在提供跨利潤的杠桿式產量農業和自動化的自我去杠桿化機制。Apricot的測試網計劃于下周啟動，而主網計劃于9月啟動。（coindesk）[2021/8/25 22:36:03]

從技術細節上來講，ZK-Rollup?的智能合約驗證?ZKP?的時候，需要原始的?proof?數據，這就可能引發各種不同的鏈上攻擊行為。例如，某一個?prover?提交計算出來的?ZKP?到鏈上合約時，需要發一筆L1的交易。當這個?prover?發出的交易廣播到交易池中，攻擊者就可以看到原始?proof?數據，攻擊者可以設置一個更高的?gas?費來發交易，從而優先打包到區塊中，來獲取?PoW?獎勵。

去中心化流媒體平臺THETA.tv推出NFT:去中心化流媒體平臺THETA.tv推出NFT，這意味著平臺上的800多個流媒體可以創建屬于自己的獨特商品、表情和徽章，并與觀眾共享。（Coindesk）[2020/12/22 16:10:28]

此外，由于?prover?之間是依靠算力來競爭，沒有一個可信的身份識別機制，也很難建立一個通信機制。不同的礦工有可能做重復的工作，從而造成算力的浪費。

ZKP?的兩步提交

Opside提出了一個?ZKP?兩步提交算法，來實現了?prover?的去中心化。這種算法既能夠防止?ZKP?搶跑攻擊，又可以讓更多的礦工獲得獎勵，從而鼓勵更多的礦工在線，并提供穩定、持續的?ZKP?算力。

第?1?步：提交?hash

對于某個?sequence，prover?計算出?ZKP?之后，首先計算的?hash，并向鏈上智能合約提交?hash?和?address。其中，proof?是某一個?sequence?的零知識證明，address?是該?prover?的地址

IOST X ProDeFi：構建去中心化的金融解決方案:IOST正式宣布與去中心化的金融網絡ProDeFi達成合作，以安全、可信賴和及時的方式將IOST DApp生態與傳統金融服務連接起來。IOST和ProDeFi將通過加強在區塊鏈和傳統金融解決方案集成方面的合作，共同創建一個將區塊鏈落地商用的去中心化世界。

ProDeFi是下一代開放式生態系統。通過將去中心化金融的最佳要素與可衡量的監管控制相結合，ProDeFi致力于將DeFi和傳統金融結合在一起，構建一個擁有去中心化架構的透明且安全的金融解決方案。[2020/7/22]

假設在第?1?個?prover?在第?T?個區塊提交了?hash，則在第?T+?10?區塊以內，還可以接受其他?prover?提交?hash，沒有數量限制。第?T+?11?區塊及之后，不再接受新的?prover?提交?hash

第?2?步：提交?ZKP

以太坊聯合創始人：ADA的去中心化程度是比特幣的100倍:7月1日消息，近日，以太坊聯合創始人Charles Hoskinson在接受采訪時表示，ADA的去中心化程度是比特幣核心挖礦節點的100倍，ADA有望在去中心化方面超過比特幣。此外，他還表示，一旦達到了數十億交易量和數百萬活躍用戶的程度，受區塊鏈數據容量和帶寬的限制，全面去中心化將變得十分困難。（CryptoSlate）[2020/7/1]

第?T+?11?區塊及之后，允許任何?prover?提交?ZKP。只要有一個?ZKP?通過驗證，那么就可以根據該?ZKP?對所有提交過的?hash?進行校驗。校驗通過的?prover?都可以得到?PoW?獎勵，獎勵金額按照礦工質押量的比例來分配。

如果在第?T+?20?區塊之前，都沒有?ZKP?通過驗證，則所有提交過?hash?的?prover?都將被?slash。此時該?sequence?重新開放，允許提交新的?hash，回到第?1?步

舉一個例子，假設?Opside?中每個L2區塊的?PoW?獎勵是?128IDE，當前總共有?64?個?Rollupslots，那么每一個?Rollupsequence?分配到的?PoW?獎勵是?2IDE。如果先后有?A,B,C3?個礦工為一個?sequence?提交了正確的?ZKP，且?A,B,C3?個礦工的礦工質押量分別為?200?K，?500?K，?300?K。那么，A,B,C?可以獲得的?PoW?獎勵分別為?0.4IDE，?1IDE，?0.6IDE。

Prover?的質押與懲罰

為了避免針對?prover?的惡意行為，prover?需要在一個特殊的系統合約中注冊，并質押一定數量的?token。如果當前質押數量小于閾值，則不允許提交?hash?和?ZKP。prover?提交?ZKP?獲得的獎勵也將依據質押量比例來分配，從而避免?prover?多次提交?ZKP?的惡意行為。

當?prover?出現以下行為，會進行不同程度的懲罰

prover?提交了錯誤的?hash

對于某個?sequence，如果沒有對應的?ZKP?通過驗證，則所有提交過?hash?的?prover?都將被懲罰

罰沒的?token?將被燒毀。

關于?ZKP?的兩步提交機制更多的細節與考量，請讀者參閱官方文檔。prover?質押以及懲罰的具體數字在未來可能會改動。

幾個考量

為什么允許多個?prover?提交?hash？如果第一個?hash?的提交者才能獲得獎勵，那么第一個?prover?提交了?hash?之后，其他?prover?就沒有動力提交?proof。如果一個惡意攻擊者提交?hash?之后遲遲不提交?proof，那么會阻礙整個?sequence?被驗證的速度。因此應當允許多個?prover?獨立且并行地提交?hash，以避免?ZKP?的驗證被單個攻擊者壟斷。

為什么需要設置一個時間窗口？假設任何人在提交了?hash?之后可以立即提交?proof，那么該?proof?仍然有可能被搶跑。因為攻擊者會立即提交一個與自己地址關聯的?hash，隨后提交?proof，從而獲取獎勵。設置時間窗口之后，提交過?hash?的?prover?就沒有動力在此時間窗口內提交?proof，從而避免了?proof?被攻擊者利用的可能。

為什么要按照質押量來分配?PoW?獎勵？在一個時間窗口內，允許多個?prover?為同一個?sequence?提交?hash。實際上，礦工可以利用自己生成的?proof?提交多個?hash，從而占有大部分甚至所有?PoW?獎勵。為了避免這種攻擊行為，一個?sequence?的?PoW?獎勵將按照礦工質押量的比例來分配。

總結與規劃

本文提出的?ZKP?兩步提交算法，在實現了?prover?去中心化的同時，能很好地規避針對?prover?的搶跑攻擊，并鼓勵更多的礦工提供穩定、持續的?ZKP?算力。最初的版本將在?Opside?的?Pre-alphatestnet?上線。在未來，Opside?也將在更多?ZKP?的挖礦領域進行更多創新。例如：

根據整個網絡的?ZKP?算力供需關系，動態調整?PoS?與?PoW?的獎勵分配比例

根據?ZK-Rollup?類型、Rollup?交易數量、gas?使用量等進行工作量預估，建立?Rollupbatch?的個性化定價機制

應用開發者對所屬?Rollup?的?ZKP?生成進行補貼，以激勵礦工提供算力

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