ARK:如何解決跨鏈橋的問題？4 個 ZK 橋新項目介紹

作者：zkvalidator；編譯：Kate, Marsbit

ZK技術已廣泛用于隱私和擴展目的。盡管如此，新一波的項目正在利用這種加密解決方案的特點來解決區塊鏈行業最引人注目的問題之一：跨鏈橋。

采用ZK進行橋接的原因之一是其無需信任的加密性質，它解決了中心化橋接解決方案的弱點之一，而中心化橋接解決方案是2022年大規模黑客攻擊的中心。

橋的問題

當前跨鏈橋面臨兩個重要問題：可擴展性和安全性。由于橋需要跟蹤兩條鏈的狀態，因此它們需要強大的計算能力和存儲能力。為了避免這種開銷，許多橋已經轉向了基于委員會的方法，在這種方法中，一小部分驗證者(甚至只是多簽名持有者)簽署狀態轉移，從而變得容易受到攻擊。

在2022年期間，由于橋攻擊漏洞，超過16億美元的資產損失。但是這個數字可以有兩種解釋。一方面，通過橋的傳輸流量表明對互操作性的市場需求正在增加。另一方面，如此重要的一塊拼圖代表了更大的區塊鏈生態系統中最薄弱的環節之一。安全問題的三個主要領域是代碼中的bug、架構中的盲點(例如缺少故障安全)和委員會/驗證器接管。

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2022年的大規模黑客攻擊推動了ZK橋的發展

這導致開發人員開始探索替代解決方案——特別是那些依賴于密碼學的解決方案。使用zk-SNARKs固有的屬性消除了對委員會模型的需求，同時仍然可以擴展網絡。

ZK是怎么玩的？

為了在沒有共享安全性的情況下驗證另一個區塊鏈(目標鏈)上的一個區塊鏈(源鏈)的狀態，你可以為在目標鏈上運行的源鏈使用鏈上輕客戶端。輕客戶端或輕節點是一個連接到全節點以與區塊鏈交互的軟件。

這使你在目標鏈的執行環境中驗證源鏈的共識，而無需超出每個鏈共識所需的額外信任假設。然后，目標鏈將有一些關于源鏈的信息融入到自己的共識中。

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這是對ZK橋如何工作的簡單解釋

通過使用零知識證明系統，特別是SNARK的“簡潔性”屬性，現在可以使用鏈上輕客戶端有效地執行此驗證過程。還可以驗證鏈上的狀態轉換和共識，以獲得最大的安全性，類似于運行全節點。

我們確定了至少四個項目在不同的生態系統和開發階段致力于ZK橋解決方案。

簡潔實驗室（Succinct Labs）

https://youtu.be/cMSayTJA1B4

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Succinct Labs開發了一個系統，允許Gnosis和以太坊2.0之間的信任最小化連接，以太坊2.0是一個權益證明共識區塊鏈。該系統使用SNARKS來有效地驗證Gnosis鏈上共識證明的有效性。

以太坊2.0網絡有一個由512名驗證者組成的委員會，每27小時隨機選擇一次，負責在此期間簽署每個區塊頭。如果至少有2/3的驗證者簽署了給定的區塊頭，以太坊網絡的狀態就被認為是有效的。驗證網絡狀態有效性的過程包括存儲和檢查驗證者的512個BLS公鑰，以及展示他們的簽名和塊頭和驗證者的Merkle證明。

這個過程在計算上成本很高，所以輕客戶端使用SNARK來創建一個恒定大小的證明，可以在Gnosis鏈上進行有效地驗證。證據是使用鏈下計算創建的，其中包括構建電路來驗證驗證者及其簽名，然后生成SNARK證明。然后將證明和區塊頭提交給Gnosis鏈上的智能合約，由后者執行驗證。使用SNARK有助于減少存儲開銷和電路復雜性，并降低信任假設。然而，這種方法是特定于以太坊2.0共識協議和EVM的，因此可能需要更容易推廣到其他鏈上。

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zkIBC由Electron Labs開發

https://youtu.be/f4kBUe2n0Qk

Electron Labs正試圖在Cosmos SDK生態系統(用于構建特定區塊鏈應用程序的框架)和以太坊之間建立連接。具體來說，zkIBC 正在尋求模擬 Cosmos 主權鏈使用的無需信任的通信協議，名為區塊鏈間通信協議（IBC），并將其擴展到以太坊。

然而，在以太坊上使用Cosmos SDK的輕客戶端會帶來一些挑戰。Cosmos SDK中使用的Tendermint輕客戶端在Ed25519曲線上運行，以太坊區塊鏈本身不支持該曲線。這使得在以太坊 BN254 曲線上驗證 Ed25519 簽名既昂貴又低效。Electron Labs計劃通過創建一個基于zkSNARK的系統來解決這個問題，該系統可以生成鏈下簽名有效性的證明，并且只在以太坊鏈上驗證證明。

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這種方法可以在不引入任何新的信任假設的情況下，高效、廉價地驗證以太坊區塊鏈上Cosmos SDK的Ed25519簽名。這種方法的一個問題是延遲，因為證明生成過程需要跟上Cosmos SDK的高區塊生產率。Electron Labs計劃通過使用多臺機器并行生成證明并將它們組合成單個zkSNARK證明來解決這個問題。

zkBridge由BerkleyRDI設計

zkBridge是一個框架，允許創建可以在不同區塊鏈網絡之間通信的應用程序。它使用中繼節點和智能合約系統來促進通信。zkBridge與其他行業主導的方法之間的主要區別在于，它只需要中繼網絡中存在一個誠實節點，并且假設zkSNARK是可靠的。

zkBridge使用deVirgo，這是Virgo zkSNARK證明系統的并行版本，它具有較小的證明大小，并且不需要可信設置。它依賴于一個名為GKR的協議和一個多項式承諾方案來生成驗證多個簽名的電路的證明。然后使用Groth16證明器壓縮deVirgo證明，并通過目標區塊鏈上的更新合約進行驗證。總的來說，這種證明系統的組合在zkBridge中實現了高效的跨鏈通信，而無需外部信任假設。

=nil;基礎無信任數據可訪問性

關鍵數據管理(例如橋接)，通常需要在完全控制下的可信環境中完整復制數據。但如果這是不可能的，或者提供起來非常昂貴，組織可能會轉向值得信賴的數據提供商，例如 AWS 或 Infura，來訪問他們所需的數據。

但正如我們在這篇文章的引言中提到的，信任數據提供者可能會導致審查或數據泄露問題。

這里=nil;的無信任數據管理解決方案。通過使用基于“DROP DATABASE *”系統的狀態和查詢證明，該解決方案允許無信任橋接。在這種情況下，協議可以使用從協議中檢索到的數據和SNARK正確性證明來將數據從不同的協議數據庫相互傳輸。

結論

由于ZK橋接空間仍處于起步階段，我們預計在未來幾年，跨鏈應用程序的研究突破、智能實現和采用將呈指數級增長。由于我們知道對互操作性的需求正在增長，我們可以期待更多安全和可擴展的橋接技術的發展，這反過來可能會進一步推動ZK技術的發展。

MarsBit

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