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

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。

去中心化交易協議 0x 已聚合 Synthetix 在以太坊和 Optimism 上的流動性:8月8日消息，去中心化交易協議 0x 宣布已聚合 Synthetix 在以太坊和 Optimism 上的流動性，用戶通過 MetaMask、Coinbase Wallet 進行交易時已可以使用 Synthetix 上的流動性。[2022/8/8 12:10:23]

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。

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。

去中心化交易平臺Sat.is將部署至Arbitrum:2月23日消息，據官方消息，由集中流動性驅動的多鏈訂單簿去中心化交易平臺將部署至 Arbitrum 網絡，并計劃于 2 月 28 日在 Arbitrum 上推出 Alpha 測試網。[2022/2/23 10:10:15]

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。

去中心化跨鏈借貸平臺Wing Finance將把oneWING的抵押系數調整為45%:官方消息，去中心化跨鏈借貸平臺Wing Finance宣布，根據WIP50提案，將把oneWING（Legacy）的抵押系數調整為45%。[2022/2/11 9:45:33]

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；

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。

Algorand創始人發布關于Algorand去中心化治理的提案:11月24日，Algorand創始人Silvio Micali教授發布了關于Algorand去中心化治理的提案，面向全球社區征集反饋。該提案的目標是實現Algorand的去中心化治理，并將網絡獎勵與治理模式結合起來。更確切地說，它所提出的機制和激勵措施，確保了治理模式同我們的共識協議一樣，是去中心化的、安全的和有效的。參與治理將是完全自愿的。選擇參與的賬戶，即治理賬戶，或者更簡單地說，治理人（Governor），需要將其持有的通證鎖倉一定的時間（目前暫定為一年）。對為生態貢獻的治理賬戶，應當給予獎勵。我們預計治理賬戶所獲得的獎勵將高于它們現在的網絡生態獎勵。

治理機制都應遵循以下指導原則：投票會議、投票截止日期、透明度、沒有審查、沒有垃圾信息、投票選項、投票有效性、投票權重和結果、監測、方便快捷和單獨的治理秘鑰。

治理獎勵機制提議以一種去中心化的方式來選擇治理賬戶的治理獎勵率。更確切地說，我們提議在基金會決定的參數范圍內，由治理賬戶自己通過荷蘭式拍賣的方式來決定。[2020/12/4 23:02:54]

第?2?步：提交?ZKP

基于波場的去中心化閃兌產品 JustSwap 出現宕機情況:推特用戶 CRY?TO OWΞN WI?SON 稱，波場 TRON 去中心化閃兌產品 JustSwap 出現宕機情況，不知道原因為何。目前 Justswap 官方尚未給出任何答復。[2020/9/4]

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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