منذ إنشاء البيتكوين في عام 2009، قطعت تقنية blockchain خطوات كبيرة. بينما تستمر Bitcoin و Ethereum في الهيمنة على السوق، ظهرت العديد من شبكات blockchain المختلفة ذات الوظائف والتطبيقات الفريدة. لا يمكن أن تتفاعل البلوكشين مع بعضها البعض لأنها مبنية ببنيات مختلفة. نظراً لأن الأنظمة البيئية لـ blockchain، وخاصة DeFi، تستمر في النمو، فقد أصبح سد الفجوة بين blockchain المختلفة مشكلة رئيسية.
ظهرت الجسور عبر السلاسل كحل لتلك المشكلة بالذات. حيث تسمح هذه التطبيقات للأصول المختلفة بالتحرك عبر سلاسل الكتل المتعددة. في بعض الحالات، تجعل الجسور عبر السلاسل إمكانية التشغيل البيني للمعلومات حقيقة واقعة. على غرار الجسر الذي يمتد على جانبي النهر، تنقل الجسور المتقاطعة الأصول بسلاسة من سلسلة إلى أخرى، مما يتيح للمستخدمين الاستفادة من الميزات الفريدة لشبكات blockchain المختلفة.
علاوة على ذلك، فهي تسمح للتطبيقات بنقل البيانات والمعلومات بين السلاسل المختلفة. على الرغم من مزاياها، إلا أن الجسور عبر السلاسل تواجه أيضًا تحديات، لا سيما فيما يتعلق بالأمن. على سبيل المثال، في عام 2021، تم اختراق Poly Network، مما أدى إلى خسارة أكثر من 600 مليون دولار من العملات المشفرة. في عام 2022، تمت سرقة نفس الكمية تقريباً من العملات المشفرة من شبكة رونين، جسر سلسلة Axie Infinity. هذه الحالات هي دليل على أن الجسور عبر السلاسل تحتاج إلى تدابير أمنية أكثر شمولاً لحماية أصول المستخدمين وبياناتهم.
في السنوات الأخيرة، حققت براهين المعرفة الصفرية (ZKPs) تقدماً كبيراً في تطبيقاتها. ZKP هي أداة تشفير قوية تحمي خصوصية بيانات المستخدمين وتثبت فعالية حلول توسيع التراكمية. بالإضافة إلى ذلك، تلعب ZKP دوراً حيوياً وفريدًا في تصميم الجسور عبر السلاسل.
باستخدام هذه الأدلة، يمكن للسلسلة المستهدفة التحقق بكفاءة من انتقال الحالة لسلسلة المصدر. مما يخفف من مخاطر الطرف الثالث غير المرتبطة بالسلسلة المستهدفة وسلسلة المصدر ويحسن أمن الجسور عبر السلسلة. اليوم، سنستعرض عدداً من الجسور المشتركة عبر السلاسل ونوضح كيفية تطبيق تقنية ZKP على الجسور عبر السلاسل من خلال دراسة العديد من الجسور عبر السلاسل المستندة إلى ZKP.
أنواع الجسور عبر السلاسل
قام باحث التشفير 0xjim ذات مرة بتقسيم الجسور عبر السلاسل إلى أربع فئات: Team Human و Team Economics و Team Security و Team Game Theory، وفقاً لتصميمها وآلياتها. على وجه الخصوص، سلاسل Team Human أكثر مركزية. على سبيل المثال، تتكون شبكة Ronin من تسع عقد كاملة تديرها كيانات معروفة للجمهور.
تثبت صحة المعاملة من خلال التحقق متعدد التوقيعات، وبعد تجاوز الحد الأدنى، تعتبر المعاملة تم التحقق منها. في ظل الظروف العادية، لن يقدم هؤلاء المدققون أي ضرر، ولكن مع هذا النهج المركزي، قد يتم مهاجمتهم وتصبح أكبر، وقد تكون كارثة إذا لم تتم إدارة المفاتيح الخاصة بشكل صحيح.
التالي هو Team Economics، بما في ذلك Celer و Axelar و Thorchain. هذه تشبه multisigs، ولكن مع tokenomics. لمنع تضرر ااسلسلة، تتطلب السلاسل في Team Economics عقداً (مدققين) لمشاركة الرموز. في حالة حدوث خرق، سيتم خفض حصة المدقق. لذلك، من منظور مالي، يجب عليهم التحقق من صحة المعاملات بأمانة.
النوع الثالث يسمى Team Security، والذي يغطي السلاسل التي تستخدم TEE أو MPC لجعل عمليات النقل عبر السلاسل أكثر أماناً. على سبيل المثال، ستقوم جميع العقد بإجراء تحقق مشفر للعميل الخفيف خارج السلسلة في TEE مثل Intel SGX للحفاظ على خصوصية وسلامة إدارة المفاتيح الخاصة.
أخيراً، هناك Team Game Theory، والذي يغطي LayerZero و Nomad و Synapse. تقسم هذه البروتوكولات الجسور إلى وظيفتين منفصلتين وتثبط التنسيق بين القائمين بالوظيفة. في حالة LayerZero، تمرر oracles رؤوس الكتل، وتمرر المرحلات إثباتات المعاملة. يقوم الاثنان معاً بأداء واجبات معاملة بسيطة على السلسلة.
تعتمد جميع أنواع الجسور الأربعة على التحقق خارج السلسلة والمصادقة متعددة العوامل. على وجه الخصوص، تستخدم الثلاثة الأولى بشكل أساسي سلسلة / شبكة نقاط البيع الخاصة بهم كشاهد لنقل المعلومات بين أي سلسلتين عامتين. هذا النهج الأسرع والأرخص والأكثر قابلية للتوسع يجعل من السهل على هذه الجسور الاتصال بمزيد من السلاسل. ولكن الثمن الذي يجب عليهم دفعه هو أن المستخدمين ومقدمي السيولة يجب أن يثقوا بشكل كامل في بيانات المدققين الخارجيين. بمعنى آخر، يعتمدون على أمان الجسر، بدلاً من سلسلة المصدر أو السلسلة المستهدفة.
سلسلة ZKP
في السنوات الأخيرة، شهدنا حوادث جسور متكررة عبر السلاسل، مما أدى إلى خسائر مالية كبيرة. وهذا يسلط الضوء على نقاط الضعف التي تجلبها افتراضات الثقة الإضافية إلى الجسور عبر السلاسل. على هذا النحو، فإن التصميم الأكثر أماناً للجسر عبر السلاسل هو الحد الأدنى من الثقة، أي أن الجسر يرث فقط سمات الأمان للسلسلتين المتصلتين دون الوثوق بأي طرف ثالث.
يُعد التحقق عبر السلسلة طريقة فعالة لتقليل الثقة في الجسور عبر السلاسل. لكي تكون أكثر تحديدًا، تتحقق السلسلة المستهدفة من إجماع سلسلة المصدر وتؤكد ما إذا كانت المعاملة المحددة مدرجة في سلسلة المصدر. على سبيل المثال، يمكن لمدققي السلسلة المستهدفة تشغيل عميل خفيف لسلسلة المصدر للتحقق من جذر Merkle المقدم والتحقق من أن المعاملة قد حصلت على توقيعات صالحة من المدققين على سلسلة المصدر.
ومع ذلك، فقد كان من الصعب اعتماد هذا النهج لأن التحقق عبر السلسلة مكلف للغاية. قد تجد المدققات في السلسلة المستهدفة صعوبة في تشغيل عميل خفيف لسلاسل مصادر مختلفة. وقد لا تدعم بعض سلاسل الهدف مخطط التوقيع المعتمد من قبل سلسلة المصدر. على سبيل المثال، يستخدم المدققون في إجماع Ethereum PoS تواقيع BLS ولا يحتوي EVM على التجميع المسبق لمنحنى BLS12-381 المستخدم في هذه التواقيع، مما يجعل تنفيذ Solidity لمثل هذا العميل الخفيف باهظ التكلفة.
جعل التقدم الأخير في أنظمة ZKP الحساب القابل للتحقق أكثر إيجازًا. بالإضافة إلى ذلك، تلعب ZKP دوراً فريداً وحيويًا في تصميم الجسور عبر السلاسل، تماماً مثل الطريقة التي تعمل بها zk-SNARKs على تحجيم مشروعات zkEVM. يمكن للحسابات التي يمكن التحقق منها أيضًا أن تولد أدلة على صحة حالات السلسلة، وتثبت أدلة الصلاحية هذه صحة الإجماع للعملاء الخفيفين بكفاءة وتكاليف منخفضة. مما يتيح إمكانية التشغيل البيني المصغر من الثقة. في الواقع، تستخدم الجسور المتقاطعة إيجاز ZKPs، بدلاً من خاصية المعرفة الصفرية. بهذا المعنى، بالنسبة للجسور عبر السلاسل، تشبه ZKPs إثبات صحة حلول التحجيم التراكمي.
Succinct Labs
شاركت Succinct Labs و Gnosis في إطلاق جسر عبر سلسلة قائم على SNARK والذي يسمح بإمكانية التشغيل البيني المصغر بين أي سلسلتين Ethereum PoS، مثل Ethereum و Gnosis Chain. يتم تحقيق ذلك من خلال نشر عميل خفيف في شكل عقد Solidity الذكي على السلسلة التي تولد دليلاً على الصلاحية لحالة سلسلة المصدر عبر ZKPs موجزة. يتيح هذا النهج التحقق الفعال من العميل الخفيف، مما يسهل الاتصالات عبر السلاسل بين Ethereum و Gnosis Chain، مما يتيح إمكانية التشغيل البيني المصغر بالثقة.
يتتبع العميل الخفيف رؤوس كتل Ethereum على Gnosis، والعكس صحيح، دون الحاجة إلى افتراضات ثقة إضافية. وفي الوقت نفسه، تؤكد لجنة المزامنة المكونة من 512 من مدققي Ethereum التي يتم اختيارها عشوائياً كل 27 ساعة ما إذا كانت حالة Ethereum صالحة أم لا. بمجرد أن يوقع ثلثا المدققين أو أكثر على رأس الكتلة، تعتبر حالة Ethereum صالحة. على هذا النحو، فإن المخطط هو في الأساس جسر PoS.
تقوم Succinct Labs بإنشاء zk-SNARKs عبر عميل خفيف باستخدام لغة برمجة Circom ونظام إثبات Groth16، مما يقلل من تكلفة التحقق عبر السلسلة. بدلاً من التحقق من توقيع BLS المجمع، يتحقق العميل الخفيف من Groth16 zkSNARK واحد.
بصرف النظر عن ذلك، يجب على العميل الخفيف أيضًا تتبع المدققين من لجنة المزامنة. في كل مرة تعيد لجنة المزامنة اختيار المدققين الجدد، يوقع المدققون الحاليون رأس كتلة يحتوي على تجزئة SSZ للمفتاح العام للجنة التالية. نظراً لأن تجزئة SSZ تستخدم SHA-256، فهي ليست متوافقة مع SNARK، ويلزم حساب عدد كبير من القيود. لحل المشكلة، أنشأت Succinct Labs دائرة تعين تجزئة SSZ لأداة التحقق التالية التي تم ضبطها على التزام Poseidon المتوافق مع SNARK، والذي يتم تخزينه بعد ذلك على السلسلة واستخدامه كمدخل في التحقق من توقيع BLS SNARK لضمان أن التوقيع الذي يتم التحقق منه هو بالفعل من مدققي لجنة المزامنة.
Electron Labs
Electron Labs هو بروتوكول عبر سلسلة يحمي الاتصالات عبر blockchain من خلال عملاء ZK light. يهدف إلى ربط Ethereum بنظام Cosmos البيئي (بالإضافة إلى سلاسل EVM الأخرى) باستخدام بروتوكولات IBC وتكنولوجيا zk-SNARK. تشمل المشاريع المشابهة لمختبرات الإلكترون بوليمر وجريج.
عادةً ما تنشر Cosmos IBC عملاء خفيفين في شكل عقود ذكية على سلاسل المصدر والهدف للتحقق من المعاملات عبر السلاسل. وبالمثل، لربط IBC بـ Ethereum، يحتاج المطورون إلى تشغيل عميل Tendermint light على Ethereum كعقد ذكي لـ Solidity. ومع ذلك، فقد تبين أن هذه عملية مكلفة للغاية للغاز لأنها تتطلب التحقق من المئات من توقيعات Ed25519، ولا تتوفر المجمعات المسبقة Ed25519 على Ethereum. لذلك، بدلاً من التحقق من توقيعات Ed25519 مباشرة على Ethereum، تستخدم Electron Labs حلاً بديلاً: فهي تنشئ ZKP لصحة التوقيع خارج السلسلة وتتحقق من الإثبات على السلسلة.
ستشمل وحدات العميل الخفيف على السلسلة على جانب Ethereum أداة تحقق ZK-Proof بدلاً من أداة التحقق من التوقيع Ed25519. سيقوم المرحل، بدلاً من إرسال رأس المعاملة، بتقديم إثبات الصلاحية لنفسه. في Electron Labs، قامت Electron Labs ببناء مكتبة تستند إلى Circom تقوم بإنشاء دليل zk-SNARK لمجموعة من توقيعات Ed25519. مما يجعل التحقق من تلك التوقيعات على Ethereum أرخص.
Positron هو أول جسر لشركة Electron، والذي تم تشغيله بين شبكة اختبار Goerli وشبكات NEAR. يستخدم الجسر لإثبات تنفيذ ZKPs على السلسلة. أثناء الاختبار العام، تسببت حدود السرعة لعقد RPC في حدوث تأخير في معالجة المعاملات على Positron. مما أدى إلى تراكم مئات المعاملات لعدة ساعات. تم حل المشكلة منذ ذلك الحين.
zkBridge
zkBridge هو جسر عبر السلاسل غير موثوق به، وبدون إذن وقابل للتوسيع وعالمي وفعال. يمكن لأي عقدة أن تنضم بحرية إلى الشبكة لترحيل رؤوس الكتلة وإنشاء البراهين والمطالبة بالمكافآت. لكي تكون أكثر تحديداً، يتكون zkBridge من شبكة ترحيل رأس كتلة وعقد محدث. في شبكة ترحيل رؤوس الكتل، تسترد المرحلات رؤوس الكتل من سلسلة المصدر، وتولد أدلة على صحة رؤوس الكتلة، وترسل الرؤوس جنبًا إلى جنب مع البراهين إلى عقد المحدث الذي تم إعداده على السلسلة المستهدفة. بالنسبة لعقد المُحدِّث، يتم تخزين رؤوس الكتل المقابلة لسلسلة المصدر بمجرد اجتياز البراهين المرتبطة بعملية التحقق.
علاوة على ذلك، يحافظ عقد المُحدِّث أيضًا على حالة العميل الخفيفة. بمجرد إضافة رأس كتلة جديد، يجدد العقد حالة العميل الخفيف تمامًا مثل العملاء الخفيفين الآخرين في سلسلة المصدر. يعرض عقد المُحدِث أيضًا وظيفة للتطبيقات، والتي من خلالها يمكن للتطبيق الموجود في السلسلة المستهدفة الحصول على رأس الكتلة لارتفاع معين على سلسلة المصدر. بعد الحصول على معلومات رأس الكتلة، يمكن للتطبيق إجراء المزيد من التحقق وبناء وظائفه الخاصة.
لتوليد برهان سريع وتكلفة منخفضة لإثبات إثبات على السلسلة، تستخدم zkBridge نظام إثبات تكراري من طبقتين. في الطبقة الأولى، يدخل الجسر في deVirgo، وهو نسخة موزعة من نظام Virgo proof. يجمع برنامج deVirgo بين الفحص الموجز الموزع والالتزام متعدد الحدود الموزع لتحقيق التوازي الأمثل، وهو قادر على تسريع إنشاء الدليل بأوامر من حيث الحجم عند التشغيل على الأجهزة الموزعة. في الطبقة الثانية، يستخدم zkBridge Groth16 لإثبات أن الإثبات الذي تم إنشاؤه مسبقاً بواسطة deVirgo يثبت بالفعل رؤوس الكتل المقابلة.
=nil; Foundation
مع التركيز على تطوير تقنية ZK، فإن
=nil; Foundation تأسست في أبريل 2018 بهدف دعم وتعزيز البحث والتطوير لأنظمة إدارة قواعد البيانات والتشفير التطبيقي. تسعى جاهدة لتوفير حلول تقنية كاملة للكتل والبروتوكولات. مما يسمح لها بإنشاء ZKP وفقًا لاحتياجاتها. يشمل المستثمرون وراء المشروع المستثمر المؤسسي الكبير Polychain، بالإضافة إلى بروتوكولات ZK الرائجة StarkWare و Mina Protocol.
في الآونة الأخيرة قدمت =nil; Foundation مبرمجاً لدائرة اللغة يسمى zkLLVM، والذي لا يتضمن zkVM ويمكنه تجميع رمز تنفيذ EVM الحالي المكتوب بلغة C ++ أو Rust. باستخدام zkLLVM، يمكن للمطورين إنشاء تطبيقات بسرعة مثل zkRollup و zkBridge و zkOracle بتكاليف منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، نظراً لأن إنشاء براهين SNARK / STARKS يتطلب قوة حسابية كبيرة، فإن =nil; Foundation أنشأت ZK Proof Market لمساعدة الفرق على تبسيط عملهم والاستعانة بمصادر خارجية لأنواع معينة من الحسابات لأطراف ثالثة. مما يسمح لمقدمي الإثبات بنشر طلبات إثبات لأي دائرة محددة مسبقاً وتوفير سوق تنافسي بمزايدات مفتوحة. أخيرًا، تقوم مولدات الإثبات في Proof Market بتنفيذ الأوامر وإعادة البراهين التي تم إنشاؤها حديثاً.
في السابق، قاموا بإنشاء zkBridge بين Mina-Ethereum و Solana-Ethereum. باستخدام zkLLVM، يمكن للمطورين تجميع الأكواد المكتوبة بلغات البرمجة السائدة مثل C ++ و Rust مباشرة في الدوائر، وإنشاء البراهين اللازمة للحالة أو الإجماع، وإعداد zkBridge. على سبيل المثال، يستخدم بروتوكول Mina و Ethereum zkLLVM لإنشاء دوائر Mina الإضافية المقاومة للحالة وأدوات التحقق داخل EVM. مما يتيح التحقق بتكلفة منخفضة من حالة Mina على EVM.
الخاتمة
اليوم، قمنا بالعديد من المشاريع التي تبني جسورًا عبر السلاسل باستخدام تقنية ZKP. تستكشف كل هذه المشاريع كيفية استخدام ZKPs لإنشاء أدلة على الصلاحية لتحقيق تحقق إجماع فعال ومنخفض التكلفة للعميل الخفيف. وبالتالي تمكين قابلية التشغيل البيني المصغرة. على الرغم من أنها لا تزال في مرحلة النشوء وغالباً ما تكون محصورة في سلاسل معينة، تقدم المشاريع حلاً مبتكرًا لمشكلة التشغيل البيني التي تواجه blockchain. نعتقد أنه مع استمرار تقدم تقنية ZKP، سيشهد مجال blockchain ظهور المزيد من الحلول عبر السلاسل ذات الأداء الأمني السليم.
المراجع :
- حول الجسور
https://medium.com/coinmonks/what-i-talk-about-when-i-talk-about-bridges-429c16015774 - دليل على تجسيد التوافق بين سلسلة Ethereum و Gnosis https://blog.succinct.xyz/post/2022/10/29/gnosis-bridge/
- إحضار IBC إلى Ethereum باستخدام ZK-Snarks https://ethresear.ch/t/bringing-ibc-to-ethereum-using-zk-snarks/13634
- zkBridge: الجسور عبر السلاسل غير الموثوقة أصبحت عملية https://rdi.berkeley.edu/zkp/zkBridge/zkBridge.html
- nil; Foundation zkLLVM https://blog.nil.foundation/2023/02/02/circuit-compiler.html
اقرأ المزيد :
- انتشار سلاسل الخصوصية لبناء عصر الخصوصية للسلاسل العامة
- أفضل 5 عملات ZK rollup لعام 2023
- مقارنة بين شبكتي Optimism و Arbitrum.. ومن منهما ستتفوق على الأخرى؟
- السلاسل العامة التي ظلت نشطة في النصف الثاني من عام 2022