نظرة عامة تفصيلية على المشاريع المضمنة في حالات استخدام zkRollup وzkRollup الرئيسية

المصدر: Four Pillars، تم إعداده بواسطة: Baishui, Golden Finance

الملخص

• في عام 2023، انتقلت zkRollups من مرحلة البحث إلى مرحلة الإنتاج، مع إطلاق مشاريع مثل Starknet وzkSync وScroll وPolygon zkEVM وLinea حلولها الخاصة.

• يصبح النظام البيئي zkRollup أكثر كفاءة ولامركزيًا مع تطوير مفاهيم جديدة مثل المعالجات المشتركة وأسواق المصدقين والمصدقين المشتركين وطبقات تجميع zk.

• يتضمن تشغيل zkRollup ثلاث مراحل رئيسية: التنفيذ، وإنشاء الإثبات، والتحقق من الإثبات، مع العديد من المشاريع التي تركز على تحسين كل مكون في سلسلة توريد zkRollup.

• تعمل zkRollups مثل zkSync وStarknet وMerlin وSNARKnado على تطوير البنية التحتية الخاصة بها، ولكنها لا تزال في المراحل الأولى من تحسين سلاسل التوريد الخاصة بها.

في عام 2022، أصبحت zkRollups في مرحلة البحث بشكل أساسي. يمثل عام 2023 بداية مستقبلهم. تقوم العديد من المشاريع، بما في ذلك Starknet وzkSync وScroll وPolygon zkEVM وLinea، بوضع مجموعة التحديثات الخاصة بها في مرحلة الإنتاج. الفوائد واضحة، مع وقت أقصر للإنهاء، وإمكانية تشغيل تفاعلي أكثر أمانًا، وتكاليف تشغيل أقل مقارنةً بالمجموعات المتفائلة. على الرغم من هذه التطورات، لا تزال zkRollups في مرحلة تجريبية مقارنة بالمجموعات المتفائلة، وتتغير خارطة طريق التكنولوجيا الخاصة بها بشكل متكرر.

إذن، ما هو مستقبل zkRollups؟ تظهر المصطلحات الجديدة مثل المعالج الثانوي وسوق الإثبات والمثيل المشترك وطبقة التجميع zk بشكل متكرر في العديد من المشاريع. يتم تطوير zkRollup بطرق مختلفة، وداخل النظام البيئي zkRollup يتم إنشاء العديد من المكونات لجعل zkRollup أكثر كفاءة ولا مركزية. إذا نظرنا إلى كيفية عمل zkRollups، فإن العملية تتضمن ثلاث مراحل: التنفيذ، وإنشاء إثبات التنفيذ، والتحقق من الإثبات. هناك مشاريع المقابلة لكل مرحلة. ملخص مختصر:

• التنفيذ: zkVM، المعالج المساعد

  < /li >

• إنشاء الإثبات: سوق الإثبات، مجمع الإثبات

• التحقق من الإثبات: طبقة التسوية

< p>كل منهما من هذه الفئات في مراحلها الأولى، ولكن مع تطور سلسلة التوريد هذه، سيصبح النظام البيئي zkRollup أكثر كفاءة. في هذه المقالة، سنستكشف أولاً أساسيات zk، ثم نتعمق في المشاريع التي يتم إنشاؤها في سلسلة توريد zkRollup، بالإضافة إلى بعض zkRollups الرئيسية في Ethereum وBitcoin.

1. المعرفة الأساسية بـ ZKP وzkRollup

إن zkRollup المذكور في عنوان هذه المقالة هو المعرفة الصفرية إثبات طريقة التجميع لـ (ZKP). إذا صادفت مصطلح إثبات المعرفة الصفرية في نظام blockchain البيئي، فمن المحتمل أنك على دراية به (إذا لم يكن الأمر كذلك، فلا تقلق؛ سيتم شرحه لاحقًا). ومع ذلك، إذا سألت لماذا وكيف يتم تطبيق هذه التقنية على القوائم المجمعة، فقد تجد صعوبة في الإجابة على الفور.

للعثور على إجابة هذا السؤال، سنستكشف في هذا الفصل ماهية إثباتات المعرفة الصفرية وzkRollup، وكيفية عملها، ولماذا تعد تقنية ZKP مناسبة تمامًا لعمليات التجميع.

1.1 ما هو ZKP؟

1.1.1 نظرة عامة على ZKP

قبل الخوض في تفاصيل ZKP، دعنا أولاً نفهم المكونات المشاركة في العملية. هناك مكونان رئيسيان:

• المثبت: المثبتون الاحتفاظ بالبيانات التي يريدون إثباتها للمحققين أثناء عملية ZKP.

• المدقق: يشارك المدققون في عملية ZKP ويحددون ما إذا كانت أقوال المبرهن صحيحة بناءً على الأدلة المقدمة.

الآن، دعونا نستكشف ZKP بالتفصيل. ZKP هي تقنية تشفير يستطيع من خلالها المُثبِّت إثبات حقيقة معينة دون الكشف عن الحقيقة نفسها أو أي معلومات ذات صلة. يتميز ZKP بثلاث خصائص رئيسية: الاكتمال والموثوقية والمعرفة الصفرية:

• النزاهة: إذا كانت عبارة المُحقق صحيحة، فسوف يقتنع المُحقق بصحة العبارة.

• الموثوقية: إذا كانت عبارة المُثبِّت خاطئة، فلا يمكن للمُثبِّت أن يخدع المُحقِّق في الاعتقاد بأنها صحيحة.

• المعرفة الصفرية: أثناء عملية الإثبات، لا يحصل المدقق على أي معلومات إضافية غير صحة البيان أو كذبه.

1.1.2 مثال ZKP

قد لا يكون من السهل فهمه بمجرد النظر إلى التعريف مثال مشهور ""كهف علي بابا"" لشرح إثبات صفر المعرفة.

فكر في السيناريو التالي : في كهف علي بابا، هناك طريقان، A و B، يلتقيان في عمق الكهف ولكنهما مسدودان بباب سري. يدعي المثل (P) أنه يمتلك مفتاح الباب السري، بينما يريد المدقق (V) التحقق من أن P لديه المفتاح بالفعل.

تتبع عملية التحقق الخطوات التالية: P أدخل الكهف وحدد المسار A أو B. لا يعرف V الاتجاه الذي سلكه P، ولكن يمكنه أن يطلب من P الخروج عبر مسار محدد. إذا كان P لديه مفتاح، فيمكن أن يخرج P من أي مسار. بعد تكرار هذه العملية عدة مرات، يمكن لـ V أن يكون واثقًا من أن P لديه المفتاح. ومع ذلك، لن يتعلم V أي شيء عن شكل المفتاح أو خصائصه.

طبق هذا على خصائص إثباتات المعرفة الصفرية:

• < p >النزاهة: إذا اتبع P تعليمات V باستمرار عبر التكرارات المتعددة، فيمكن أن يكون V واثقًا من أن P يمتلك المفتاح.

• الموثوقية: إذا لم يكن P لديه المفتاح بالفعل، ولكنه يكذب بشأنه، فسيكون هناك حتمًا موقف حيث يكون P غير قادر على المتابعة تعليمات V، مما يثبت أن عبارة P خاطئة.

• المعرفة الصفرية: يقتنع V من خلال التكرارات المتعددة بأن P يمتلك المفتاح، لكنه لا يعرف شيئًا عن مظهر المفتاح أو خصائصه.

1.2 إذن ما هو Rollup وzkRollup؟

حتى الآن، استكشفنا إثباتات المعرفة الصفرية من الألف إلى الياء. ومع ذلك، من المهم أن تتذكر أن تركيز هذه المقالة ينصب على zkRollups. الآن، دعونا نتعمق في ماهية عمليات التجميع وzkRollups.

1.2.1 نظرة عامة سريعة على التراكمي

إن الإظهار هو حل قياس من الطبقة الثانية يعالج المعاملات على blockchain من الطبقة الثانية ثم يتم نشر حالة الإظهار إلى Blockchain من الطبقة الأولى للتسجيل والإدارة.

كان هناك العديد من المقترحات السابقة لحل مشكلات قابلية التوسع في Ethereum. الأقدم هو التقسيم، وهو تقسيم شبكة الإيثيريوم إلى عدة "أجزاء" أصغر لزيادة إنتاجية المعاملات بشكل كبير. على غرار الطريقة التي تقوم بها أجهزة كمبيوتر متعددة بمعالجة المهام في وقت واحد، فإن التقسيم يمكّن شبكة إيثريوم من معالجة المزيد من المعاملات بسرعة وكفاءة.

على الرغم من الفوائد العديدة، تخلى مطورو إيثريوم عن التقسيم المباشر بسبب المخاوف بشأن المركزية المحتملة والتحديات التقنية، مما أدى إلى تأخيرات. وبدلاً من ذلك، اتبعوا أسلوب التقسيم غير المباشر من خلال حل الطبقة الثانية. في هذا الأسلوب، تُسمى عملية نقل بيانات المعاملة إلى الطبقة الأولى على دفعات بالتجميع. حاليًا، يعد Optimistic Rollups وzkRollups النوعين الرئيسيين اللذين يقودان النظام البيئي.

1.2.2 لماذا يعد ZK Proof وRollup تطابقًا مثاليًا

الفرق بين zkRollups وOptimistic rollup هو أنه يستخدم إثبات الصلاحية بدلاً من إثبات الاحتيال . تستخدم zkRollups zk-SNARK أو zk-STARK لضغط عدد كبير من المعاملات في دليل صغير واحد، والذي يتم تسجيله والتحقق منه على blockchain من الطبقة الأولى. على عكس عمليات التجميع المتفائلة، يعمل هذا الأسلوب على تحسين سرعة المعالجة وكفاءتها بشكل كبير ولا يتطلب فترة نزاع للحصول على نتائج خاطئة.

تعد الطبيعة غير التفاعلية لإثباتات المعرفة الصفرية أمرًا بالغ الأهمية لكفاءة وملاءمة zkRollups. فهو يسمح لعمليات التجميع بإدارة عملية التجميع بشكل مستقل، مما يزيد من الكفاءة عن طريق تجميع بيانات المعاملات وإرسالها إلى الطبقة الأولى وفقًا لجدولها الزمني الخاص. يمنع هذا الأسلوب غير التفاعلي التأخيرات المحتملة وأوجه القصور التي قد تنشأ عن عملية أكثر تفاعلية بين الطبقة الأولى والمجموعة المحتسبة.

تعد البساطة عاملاً رئيسيًا آخر في فعالية zkRollups. تستطيع zk-SNARKs وzk-STARKs ضغط كميات كبيرة من البيانات في أدلة صغيرة، مما يضمن الكفاءة الاقتصادية عند إرسال بيانات المعاملات إلى الطبقة الأولى الأكثر تكلفة ولكن الأكثر أمانًا. تمكن قدرة الضغط هذه zkRollups من معالجة معاملات متعددة كدفعة واحدة، مما يعزز بشكل كبير قابلية التوسع في الطبقة الأولى مع تزويد المستخدمين ببنية أساسية blockchain أكثر فعالية من حيث التكلفة في بيئة القيمة المحتسبة.

1.2.3 تشغيل zkRollup

دعنا نستكشف كيفية عمل zkRollup والمكونات المتضمنة. يتم تشغيل zkRollup بشكل أساسي من خلال مكونين:

• الجهاز التسلسل: يقوم جهاز التسلسل بجمع ومعالجة المعاملات التي تحدث في الطبقة 2 ويرسل نتائج المعالجة إلى الطبقة 1. في حين أن بعض المشاريع المحتسبة تحتوي على كيانات منفصلة لترتيب إثباتات الصلاحية وإنشاءها، فإننا نتعامل معها هنا، من أجل التبسيط، كأدوار مجمعة.

• عقد القيمة المحتسبة: عقد القيمة المحتسبة هو عقد ذكي على الطبقة 1 يُستخدم لتحديد حالة ومعاملات القيمة المحتسبة. فهو يتلقى البيانات المقدمة من جهاز التسلسل ويخزنها ويتحقق من صحتها، مما يضمن التخزين والإدارة المناسبين بعد التحقق من صحة البيانات.

عملية تشغيل zkRollup هي كما يلي:

• [Sequencer < ;> L2] معالجة مجموعة المعاملات وحساب تغيير الحالة: قم بتلخيص المعاملات المتعددة المنفذة على الطبقة الثانية في دفعة، وتنفيذ كل معاملة في الدفعة، وإنشاء حالة تسجل جذر تغيير الحالة الجديد.

• [Sequencer <> L2] إنشاء إثبات الصلاحية: استخدم جذر الحالة الجديد لإنشاء دليل صلاحية لإثبات صحة الحالة جذر . يضمن هذا الإثبات أن جميع المعاملات ضمن الدفعة قد تم تنفيذها بشكل صحيح دون الكشف عن تفاصيل كل معاملة.

• [Sequencer <> تقديم جذر الحالة وإثبات الصلاحية: يتم إرسال إثبات الصلاحية الذي تم إنشاؤه وجذر الحالة وبيانات المعاملة المخفية إلى عقد الطبقة الأولى. يتحقق عقد التراكم من البيانات المقدمة.

• [Sequencer <> والتحقق من بيانات المعاملة. يقوم بالتحقق من صحة البيانات، وتحديث جذر الحالة، وإذا لم تكن هناك مشكلات، يقوم بتخزين بيانات المعاملة التي تم التحقق من صحتها. إذا تم العثور على مشكلة، فلن يتم تنفيذ إجراءات التحقق من الصحة والمخزنة.

2. نظرة عامة على سلسلة التوريد zkRollup

من منظور علوي، دعنا نلقي نظرة على كيفية عمل سلسلة التوريد الكاملة لـ zkRollups. يتضمن zkRollups ثلاث عمليات رئيسية: التنفيذ، وإنشاء الإثبات، والتحقق.

• التنفيذ: يحدث هذا خارج السلسلة، يتم تنفيذ المعاملة على دفعات على شبكة تراكمية منفصلة لتحديث حالة التجميع.

• إنشاء الإثبات: تجميع المدخلات مثل دفعات المعاملات وجذور الحالة. يقوم مسار الإثبات بمعالجة المعاملات، مما يؤدي إلى إنشاء براهين zk موجزة تثبت تشفيريًا صحة انتقالات الحالة دون الكشف عن البيانات.

• التحقق من الأدلة: يتم إرسال أدلة zk والبيانات ذات الصلة إلى عقد المدقق على طبقة التسوية (أساسًا Ethereum) للتحقق منها. إذا كان صالحًا، فسيقوم العقد التراكمي بتحديث حالته ليعكس حالة النشر الجديدة وينتظر فترة زمنية قصيرة لإكمال التغيير.

هناك مشاريع مخصصة لكل عملية لجعل zkRollups يعمل بشكل أكثر كفاءة. في القسم التالي، دعونا نلقي نظرة فاحصة على ما تستلزمه كل عملية والمشاريع التي تتعامل معها.

2.1 التنفيذ - في التنفيذ في مسار ZK

يتم تنفيذ طبقة التنفيذ والتسوية بشكل منفصل، ويتم إجراء الحسابات على أجهزة منفصلة، ​​ويتم إنشاء إثبات التنفيذ في مسار ZK. يمكن تقسيم بيئة التنفيذ هذه إلى قسمين: zkVM والمعالج المشترك.

2.1.1 zkVM

المصدر: Foresight Ventures: zk وzkVM وzkEVM ومستقبلهم |. المؤلف: Foresight Ventures |. Medium

zkVM (آلة افتراضية ذات معرفة صفرية) هي آلة افتراضية متخصصة مصممة لإجراء العمليات الحسابية وإنشاء براهين المعرفة الصفرية للتحقق من صحة تلك الحسابات، بدون الكشف عن البيانات الأساسية. هناك عدة أنواع من zkVM، كل منها مصمم خصيصًا لجهاز افتراضي ولغة برمجة معينة. فيما يلي بعض فئات هذه المشاريع:

• zkEVM:تم تصميمه لتكرار بيئة EVM مع دمج إمكانات إثبات المعرفة الصفرية. يتيح ذلك إمكانية نقل العقود الذكية والتطبيقات اللامركزية الحالية الخاصة بـ Ethereum بسلاسة إلى مجموعة التحديثات المستندة إلى zkEVM. ومع ذلك، فإن EVM النقي يواجه مشكلات في التوافق بسبب تعقيد تطوير مسارات zk لـ EVM وترقياته المتكررة.

• zkVM عام يعتمد على RISC-V وMIPS: zkRISC هو تطبيق محدد لـ zkVM تم تطويره بواسطة RISC Zero. لقد تم تصميمه ليكون بمثابة zkVM للأغراض العامة قادر على إجراء حسابات عشوائية وتوليد إثباتات المعرفة الصفرية. يسمح بنشر لغات البرمجة مثل C وPython وRust وإنشاء أدلة التنفيذ.

• CairoVM: تم تصميمCairo VM لتحسين عملية إنشاء البراهين على صلاحية تنفيذ البرنامج. على عكس حلول zkEVM التي تركز على جعل EVM متوافقًا مع مجموعات الصلاحية، تم تصميمCairo VM من البداية لتحقيق أقصى قدر من كفاءة إثباتات STARK. يتيح هذا الأسلوب أداءً أفضل وقابلية للتوسع دون التقيد بقيود EVM. ومع ذلك، هناك عوائق أمام إنشاء التطبيقات اللامركزية حيث يحتاج المطورون إلى تعلم لغة جديدة.

2.1.2 المعالج المساعد

المصدر: Phala The Path حتى عام 2024: المعالجات المشتركة لـ Blockchain - الذكاء الاصطناعي والخطافات وDePin

يتم تطوير المعالجات المشتركة كمعالجات خارج السلسلة للمساعدة في حسابات محددة. على سبيل المثال، تقوم وحدات معالجة الرسومات (GPUs) بإدارة الحوسبة المتوازية الضخمة المطلوبة للعرض ثلاثي الأبعاد، مما يسمح لوحدة المعالجة المركزية المركزية بالتركيز على المعالجة للأغراض العامة. وبهذا المعنى، تعمل المعالجات المساعدة على تمكين البلوكشين من تنفيذ عمليات تنفيذ معقدة، والتي قد تكون مكلفة على البلوكشين. تم تصميم كل نوع من المعالجات المساعدة لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة في التعامل مع عبء العمل المتخصص.

من خلال الاستفادة من ZKP، يمكن للمعالجين المشتركين تمكين العمليات الحسابية غير الموثوقة والقابلة للتحقق خارج السلسلة، مما يضمن صحة النتائج وسلامتها دون تسريب البيانات الحساسة. تتضمن بعض المشاريع المعروفة:

• اكسيوم: اكسيوم هي تطوير نظام "ZK co-processor" الذي يسمح للعقود الذكية بالاستعلام عن بيانات blockchain التاريخية وإجراء حسابات معقدة خارج السلسلة، مع الحفاظ على خصوصية البيانات وسلامتها من خلال ZKP.

• عقود Phat (شبكة Phala): Phat Contracts عبارة عن معالج مشترك يعزز قابلية التوسع، ويتيح تجربة بدون غاز، ويدعم العديد من العناصر الموجودة على السلسلة الوظائف وتزويد التطبيقات اللامركزية بوصول آمن إلى البيانات خارج السلسلة.

2.2 إنشاء الدليل - إنشاء أدلة المعرفة الصفرية

لإثبات صحة انتقال الحالة، يقوم عامل التشغيل (المثبت) بإنشاء ZKP. يؤكد هذا الدليل أن جذر الحالة الجديد تم حسابه بشكل صحيح من الحالة السابقة. نظرًا لأن إنشاء ZKP يتطلب موارد حوسبة كبيرة، فهناك قيود على عملية الإنشاء المثبتة، خاصة بالنسبة لمجموعات المعاملات الكبيرة أو العقود الذكية المعقدة. قد يحد هذا من إنتاجية zkRollups وأنواع التطبيقات التي يمكنها دعمها بشكل فعال.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الكيانات التي تولد إثباتات zk تتطلب خبرة في هذا المجال وتحتاج إلى تحديث الأجهزة، فقد تكون تكاليف الإدارة مرتفعة، ناهيك عن مخاطر المركزية. ونتيجة لذلك، تم إحراز بعض التقدم في هذا المجال لجعله أكثر كفاءة. وينقسم هذا النهج إلى قسمين: إنشاء سوق توليد إثبات للاستعانة بمصادر خارجية لعملية التوليد، وإنشاء طبقة تجميع لجعلها أكثر فعالية من حيث التكلفة.

2.2.1 سوق توليد الإثبات

المصدر: مقدمة Gevulot | Gevulot< /p>

تتضمن الميزات الرئيسية التي يوفرها سوق الأدلة إنشاء الأدلة اللامركزية وآليات المزاد واستخدام الأجهزة وكفاءة التكلفة. ترسل التطبيقات طلبات التصديق إلى الشبكة، ويستجيب المُثبِّت باستخدام أجهزة إنشاء التصديق، مما يضمن معالجة طلبات التصديق بكفاءة. وتقوم آلية المزاد بمطابقة هذه الطلبات مع المصدقين، مما يتيح أسعارًا تنافسية للتصديق. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم المُثبت أجهزة مخصصة، مما يقلل من تكلفة الإثبات، ويسمح السوق اللامركزي بتجميع طلبات الإثبات من تطبيقات مختلفة، وبالتالي تحسين استخدام الأجهزة وفعالية التكلفة.

يضمن سوق الإثبات أيضًا مقاومة الرقابة والنهائية السريعة، وينفذ آلية التوقيع المساحي. يضمن السوق مقاومة الرقابة على المدى القصير حتى لا يتم حظر أو تجاهل العطاءات بشكل غير عادل. يُطلب من المُثبتين الوقوف ضد الشبكة لمنع الأنشطة الضارة وضمان موثوقية الشبكة وسلامتها.

وأخيرًا، تستفيد الأسواق من وفورات الحجم. يؤدي إنشاء ZKP المنسق على نطاق واسع إلى تقليل التكاليف بالنسبة للمستخدمين النهائيين. يتيح تجميع تدفق أوامر الإثبات للمثبتين الاستثمار في بنية تحتية أكثر كفاءة وتشغيلها. يمكن أن تستفيد التطبيقات أيضًا من انخفاض تكاليف التحقق عبر السلسلة حيث يمكن تجميع الأدلة من أجل التحسين. تتضمن بعض المشاريع:

• Succinct Network:Succinct Labs تقوم بتطوير سوق إثبات لامركزي كجزء من شبكتها المختصرة، بهدف إنشاء بروتوكول موحد لـ ZKP. سيسمح هذا السوق للتطبيقات بالاستعانة بمصادر خارجية لتوليد الأدلة الخاصة بها لشبكة مخصصة من المثبتين، مما يوفر حلاً أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة للأنظمة القائمة على ZKP. سيعمل سوق جهات التصديق من خلال آلية المزاد التي تطابق طلبات التصديق الخاصة بالتطبيق مع مجموعة متنوعة من جهات التصديق.

• =nil; المؤسسة: =nil; قامت المؤسسة بتطوير Proof Market، وهو نظام موزع لامركزي مصمم ليكون بمثابة السوق الفورية لـ ZKP. يسمح هذا السوق لطالبي الإثبات (مثل التطبيقات) بالاستعانة بمصادر خارجية لإنشاء zkProof لمنتجي الإثبات المخصصين. يعمل Proof Market على نظام إدارة قاعدة البيانات الخاص بـ =nil Foundation ويعمل مثل "Proof DEX" أكثر من كونه خدمة مركزية.

• Gevulot: Gevulot ليس سوقًا تقليديًا للإثبات، ولكنه طبقة إثبات لا مركزية لمكدس معياري. إنها عبارة عن blockchain من الطبقة الأولى غير مسموح بها وقابلة للبرمجة ومصممة خصيصًا لنشر أنظمة الإثبات كبرامج على السلسلة. على عكس أسواق الإثبات النموذجية، تسمح Gevulot للمستخدمين بنشر برامج الإثبات والتحقق مباشرة على blockchain، على غرار نشر العقود الذكية على Ethereum. يمكّن هذا النهج التطبيقات من الاستفادة من البراهين اللامركزية دون تشغيل شبكة المثبتين الخاصة بهم أو الاعتماد على الحلول المركزية.

2.2.2 إثبات التجميع

تجميع ZKP هو أسلوب يجمع عدة ZKPs في دليل واحد، مما يقلل الحاجة إلى التحقق من هذه البراهين على السلسلة مما يؤدي إلى التكلفة الإجمالية . يعد هذا مفيدًا بشكل خاص لعمليات التجميع التي تعتمد بشكل كبير على ZKP. تتضمن بعض المشاريع الجديرة بالملاحظة:

• Polygon AggLayer:It يهدف إلى تمكين التشغيل البيني السلس بين حلول L2 في النظام البيئي Polygon من خلال الاستفادة من ZKP المتقاربة وعقود الجسر الموحد (LxLy Bridge). تضمن براهين التجميع اتساق حالات السلسلة التابعة والحزم، مما يمنع تسوية حالات التجميع غير الصالحة على إيثريوم إذا كانت تعتمد على حالة غير صالحة من سلسلة أخرى.

• Nebra: منتجها Universal Proof Aggregation (UPA) هو بروتوكول لتجميع ZKPs. يمكن لـ UPA من Nebra تجميع الأدلة من مسارات وأنظمة إثبات وأطراف مختلفة لتقليل تكلفة الغاز للتحقق على السلسلة بأكثر من 10x. تعمل Nebra مع مشاريع مثل AltLayer لدمج UPA في حلول التجميع الخاصة بها، مما يسمح لمستخدمي AltLayer والتطبيقات اللامركزية بالاستفادة من التخفيضات الكبيرة في التكلفة.

• Electron Labs: Electron Labs طورت Quantum، وهي طبقة تجميع تستفيد من zk-recursion لدمج البيانات من بروتوكولات مختلفة وأنظمة تصديق مختلفة. مجمعة في "دليل عظمى". يتم بعد ذلك التحقق من هذا الدليل الفائق على إيثريوم، مما يؤدي إلى توزيع تكلفة التحقق عبر بروتوكولات متعددة وتوفير تحقق أرخص لبروتوكول واحد.

2.3 التحقق من الإثبات

تتطلب عملية إنشاء الإثبات في zkRollups عمليات حسابية مكثفة. ومع ذلك، فإن التحقق من صحة هذه البراهين على شبكة Ethereum الرئيسية يعد خفيفًا نسبيًا، مما يتيح قابلية التوسع مع الحفاظ على الضمانات الأمنية لـ blockchain الأساسي.

تستخدم العقود الذكية للتحقق من Zk في Ethereum خوارزميات تشفير فعالة للتحقق من أدلة الصلاحية. إذا ثبت صحته، يكون انتقال الحالة المقترح صحيحًا ويتم قبول جذر الحالة الجديد، وبالتالي تحديث حالة التجميع على الشبكة الرئيسية. تقدم بعض المشاريع، مثل Aligned Layer، عملية تحقق أسرع وأرخص من خلال الاستفادة من أدوات التحقق من الصحة في Ethereum.

2.3.1 طبقة المحاذاة

المصدر: Whitepaper.alignedlayer.com< /p>

الطبقة المحاذية عبارة عن طبقة تحقق وتجميع لا مركزية لـ ZKP مصممة خصيصًا للإيثيريوم. وباعتبارها خدمة التحقق النشط من EigenLayer (AVS)، فإنها تستفيد من الأمن الاقتصادي لـ Ethereum من خلال عملية تسمى "restaking"، مما يضمن التحقق من ZKPs بدقة واستقرارها على blockchain Ethereum.

توفر الطبقة المحاذية وضعي تشغيل مختلفين لتلبية الاحتياجات المختلفة. تم تحسين الوضع السريع للحصول على أقل تكلفة للتحقق وزمن وصول منخفض، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب التحقق السريع والفعال من حيث التكلفة. من ناحية أخرى، يعمل الوضع البطيء على تعزيز تجميع الأدلة لتحقيق الاستفادة الكاملة من ضمانات أمان Ethereum، مما يوفر أمانًا شاملاً. يمكّن نهج الوضع المزدوج هذا Aligned Layer من توفير حلول مرنة توازن بين السرعة والأمان بناءً على المتطلبات المحددة لحالات الاستخدام المختلفة.

3. تحليل zkRollup

كما هو مذكور في القسم 2، تعمل العديد من المشاريع على تحسين سلسلة توفير zkRollup. . دعونا نلقي نظرة فاحصة على مشاريع zkRollup الأكثر شهرة في الإنتاج، وتحديداً المشاريع المتوافقة مع EVM zkSync وStarknet، والمشاريع المتوافقة مع Bitcoin Merlin Chain وSNARKnado.

3.1 zkSync

zkSync هو حل zkRollup تم تطويره بواسطة Matter Labs لحل تحديات قابلية التوسع التي تواجهها شبكة Ethereum. في حين أن تركيز zkSync الأولي هو توسيع نطاق Ethereum، فإن طموحاتها تمتد إلى ما هو أبعد من كونها حل L2. تتصور Matter Labs أن zkSync هو الأساس لنظام بيئي شامل عبر السلسلة مصمم لربط مختلف المجموعات المستندة إلى zkSync بسلاسة. ولتحقيق هذا الهدف، تعمل zkSync على تطوير بيئة عبر سلسلة معقدة وسهلة الاستخدام تتضمن تقنية zkRollup وZK Chain وHyperbridge. دعونا نلقي نظرة على كل مفهوم.

3.1.1 zkRollup - تحسين الكفاءة الاقتصادية

يعتمد zkSync تقنية zkRollup المستندة إلى zk-SNARK تتميز طريقة إنشاء إثبات zk-SNARK والتحقق منها بحجم إثبات صغير وسرعة تحقق سريعة. ومع ذلك، نظرًا لأن مزايا zk-STARK مثل المقاومة الكمية والمعالجة واسعة النطاق أصبحت أكثر بروزًا، تحاول zkSync أيضًا اعتماد zk-STARK جزئيًا، على سبيل المثال، يستخدم نظام توليد إثبات يسمى "Boojum" zk-STARK طريقة لتوليد البراهين.

3.1.2 المكونات الهيكلية

• جهاز التسلسل: يقوم جهاز التسلسل في zkSync بترتيب المعاملات ومعالجتها وفقًا لقواعد محددة. يشتمل جهاز التسلسل على Prover، الذي يقوم بإنشاء البراهين وبيانات المعاملات التي لا يمكن عرضها بالتفصيل ويرسلها إلى الطبقة الأولى.

• Prover: يستخدم Prover في zkSync zk-SNARK لإنشاء البراهين. تتضمن البيانات المستخدمة في عملية إنشاء البراهين بيانات المعاملات والممثلين الذين لا يمكن أن يكونوا كذلك تم عرضها بالتفصيل قبل وبعد تغيير حالة سلسلة L2. يتم التحقق من الدليل الذي تم إنشاؤه بواسطة عقد التراكمي على الطبقة الأولى.

• التسوية: يستخدم zkSync البيانات التي تم إنشاؤها في الطبقة الثانية للتحقق والتحديثات في العقد الذكي للطبقة الأولى. في حالة حدوث مشكلة تتعلق بالتحقق من الصحة، لن يتم تحديث المعاملات في الدفعة المتأثرة. هذه العملية معيارية، وكل سلسلة ZK تتصل بواحد أو أكثر من العقود الذكية التي سيتم تقديمها أدناه.

3.1.3 سلسلة ZK

ZK Chain عبارة عن blockchain يتجاوز الطبقة الثانية ويتضمن البنية التحتية التي توفرها zkSync. يُطلق عليها اسم Beyond Layer 2 لأن zkSync يستخدم بنية طبقات غير مقيدة، بما في ذلك الهياكل الكسورية مثل L3.

أشهر سلسلة ZK في الوقت الحالي هي zkSync Era التي أنشأتها zkSync. وهو متوافق مع EVM، مما يسمح بنشر التطبيقات اللامركزية البسيطة. ومع ذلك، بالنسبة للهدف النهائي للنظام البيئي عبر السلاسل لـ zkSync، تعد العلاقة بين سلاسل ZK المختلفة أمرًا بالغ الأهمية. يركز zkSync على كيفية الاتصال بسلاسل ZK المستقبلية الأخرى.

من الأمثلة على الاستفادة من بيئة ZK Chain هو Hyperbridge. من خلال Hyperbridge، يمكن للمستخدمين إرسال جميع الأصول بسهولة من السلاسل المتصلة إلى محافظهم الخاصة بالسلسلة. تعمل أجهزة الترحيل على تسهيل تجسير الأصول وتدميرها وإصدارها عندما يحتاج المستخدمون إلى استخدام أصولهم الموجودة على السلسلة.

على سبيل المثال، إذا إذا كنت تستخدم Cross-chain Uniswap، ويريد المستخدمون في سلسلةera.zksync استبدال 1 ETH مقابل 10,000 DAI، فستكون العملية كما يلي:

• قم بإنشاء معاملة "1 ETH → 10,000 DAI" من محفظة سلسلةera.zksync.

• يقوم جهاز الترحيل بتحويل 1 ETH إلى uni.chain، واستبداله بـ 10,000 DAI.

• يقوم المرحل بعد ذلك بنقل 10000 DAI التي تم تبديلها إلى سلسلةera.zksync.

• بهذه الطريقة، يمكن للمستخدمين إجراء معاملات عبر السلسلة بسهولة باستخدام بيئة zkSync دون الحاجة إلى معرفة تفاصيل حول السلاسل الأخرى.

3.1.4 توافق EVM

يدعي zkSync حاليًا توافقًا بنسبة 99% مع Solidity وVyper. في البداية، يدعم zkSync لغة Zinc الشبيهة بالصدأ لتنفيذ zkEVM أكثر ملاءمة وكفاءة. ومع ذلك، فقد حولوا تركيزهم إلى التوافق مع Solidity، وأوقفوا تطوير الزنك اعتبارًا من سبتمبر 2021 لضمان التحسين الكامل.

3.2 Starknet

يشبه Starknet zkSync من حيث أنه حل من الطبقة الثانية يعتمد على zkRollup، لكن مكدس التكنولوجيا الخاص به والتقنية الداخلية مختلفان. والجدير بالذكر أنها تستخدم zk-STARK بدلاً من zk-SNARK وتستخدم لغة العقد الذكية الخاصة بها، وهي لغة القاهرة.

3.2.1 zk Rollup - يركز على المعالجة المجمعة ذات الحجم الكبير

يستخدم Starknet zk-STARK لإنشاء البراهين المتعلقة بالتجميع والتحقق منها. على غرار zkSync، فإنه يستخدم فقط قبل وبعد تغييرات الحالة لإدارة البيانات المجمعة بشكل أكثر كفاءة في الطبقة 1.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن Starknet يستخدم zk-STARK، فإنه يستفيد من بيئة غير موثوقة والقدرة على معالجة أعداد كبيرة من المعاملات في وقت واحد. وهذا يجعل Starknet الخيار الأفضل لتطبيقات DeFi dApps أو تطبيقات الألعاب اللامركزية ذات أحجام المعاملات الكبيرة.

3.2.2 الميزات الهيكلية

من الناحية الهيكلية، تتبنى Starknet بنية مشابهة لأنظمة zkRollups الأخرى. ولكن ما يميزها هو الاستفادة بشكل فعال من نموذج إثبات المعرفة الصفرية zk-STARK والحفاظ على توافق EVM من خلال لغة البرمجة الخاصة بها، القاهرة.

المصدر: بنية Starknet: نظرة عامة

• Sequencer: يلعب Sequencer في Starknet دورًا حيويًا في إدارة التحقق من المعاملات وتنفيذها واقتراح الكتل. وتتمثل مهمتها الرئيسية في معالجة المعاملات على دفعات. يتم تقييد المعاملات التي تفشل في اجتياز عملية التحقق بواسطة جهاز التسلسل، وسيتم تضمين المعاملات التي تم التحقق منها فقط في الكتلة. يشتمل جهاز التسلسل أيضًا على مُثبت مسؤول عن إرسال بيانات التجميع المكتملة إلى الطبقة الأولى.

• المثبت: يستخدم المثبتون في Starknet zk-STARK لإنشاء البراهين. أثناء عملية إنشاء الإثبات، يحفظ المُثبت كل خطوة من خطوات تنفيذ المعاملة لإنشاء تتبع التنفيذ وتتبع تغييرات الحالة في سلسلة L2، وتسجيل اختلاف الحالة. تتطلب عملية إنشاء الإثبات قدرًا كبيرًا من موارد الحوسبة وهي مصممة لدعم المعالجة المتوازية، مما يسمح لمثبتين متعددين بتقسيم العمل وتنفيذ المهام في وقت واحد.

• التسوية: يتم نقل البيانات التي تم إنشاؤها في الطبقة الثانية إلى الطبقة الأولى (مثل إيثريوم)، حيث تقبل المكونات المعاملات وتدير البراهين واختلافات الحالة. يتم التعامل مع هذه المكونات من خلال عقدين ذكيين: عقد المدقق وعقد Starknet الأساسي. يقوم عقد المدقق بتحليل البراهين الواردة من الطبقة الثانية ويمارس حق النقض على المعاملة في حالة العثور على أي مشكلات. إذا تم تأكيد صحة الدليل، فسيتم نقله إلى عقد Starknet الأساسي، والذي يقوم بتحديث سلسلة الطبقة الأولى بتغييرات الحالة المقدمة. ستتم إضافة هذه الحالة المحدثة إلى كتلة سلسلة الطبقة الأولى، وبمجرد مرور الكتلة عبر عملية الطبقة الأولى، ستتأثر بالطبقة الأولى.

3.2.3 توافق EVM

تقوم Starknet بتطوير مسار توافق EVM فريد خاص بها من خلال لغة القاهرة. لنشر العقود الذكية على Starknet، يجب عليك استخدام القاهرة. في حين أن القاهرة لا تدعم حتى الآن العديد من ميزات Solidity، إلا أن القاهرة لا تزال متخلفة عن Solidity من حيث حجم المجتمع واعتماده، على الرغم من تزايد عدد مطوري القاهرة.

ترث لغة العقد الذكية في Starknet القاهرة وظيفة Rust. تم تحسينه لإنشاء إثباتات zk-STARK ويمكنه تنفيذ وإنشاء أدلة للعقود الذكية بكفاءة. إن التغلب على العوائق التي تحول دون استخدام القاهرة يتيح نشر العقود الذكية وتنفيذها في بيئة أفضل، مع تجميع البيانات بشكل آمن إلى الطبقة الأولى.

يوضح الجدول التالي الاختلافات الرئيسية بين كايرو وسوليدتي.

3.3 سلسلة ميرلين< /h3>

Merlin Chain عبارة عن حل zkRollup من الطبقة الثانية قائم على Bitcoin تم تطويره بواسطة Bitmap Tech، وهي شركة تركز بشكل أساسي على Ethereum. تعتمد Merlin Chain على تقنية إثبات المعرفة الصفرية الخاصة بـ Polygon وتتمتع بميزة التوافق مع EVM أثناء تخزين البيانات المجمعة بشكل آمن إلى Bitcoin L1. وبهذه الطريقة، تهدف سلسلة Merlin إلى زيادة السيولة وتوسيع النظام البيئي داخل شبكة Bitcoin، بما في ذلك BTC، تحت شعار "اجعل Bitcoin ممتعًا مرة أخرى".

3.3.1 zkRollup - نهج مختلط لميزات Bitcoin

تستخدم Merlin Chain تقنية zkRollup التي تجمع بين zk-SNARK وzk-STARK. في البداية، لم يكن من الممكن التحقق من ZKP مباشرة على شبكة البيتكوين بسبب الخصائص الهيكلية غير المكتملة لشبكة تورينج لشبكة البيتكوين. ومع ذلك، بعد ترقية Taproot، يصبح التحقق الجزئي ممكنًا. تستخدم Merlin Chain Taproot لتسجيل بيانات التجميع وبيانات الإثبات التي تم إنشاؤها خارج السلسلة لشبكة Bitcoin.

في سلسلة ميرلين ، zkProver مسؤول عن التحقق من صحة بيانات المعاملة وإنشاء الأدلة بناءً على البيانات التي تم التحقق منها. مراحل هذه العملية هي كما يلي:

• عقد التسلسل لمتجر Merlin Chain معلومات الحالة الحالية في قاعدة البيانات.

• ترسل عقدة التسلسل المعاملة إلى zkProver.

• يقوم zkProver بالوصول إلى قاعدة البيانات لاسترداد البيانات المطلوبة للتحقق من المعاملة.

• بمجرد أن يكمل zkProver التحقق من المعاملة، فإنه يقوم بإنشاء دليل ويرسله إلى العقدة التسلسلية.

تتضمن العملية عدة خطوات. أولاً، يتم التحقق من المعاملات ومعالجتها باستخدام لغة التجميع zk (zkASM) المستندة إلى zkEVM التي طورها فريق Polygon zkEVM. يتم بعد ذلك تجميع البيانات الناتجة باستخدام قوة المعالجة كبيرة الحجم الخاصة بـ zk-STARK وضغطها لتحسين الكفاءة الاقتصادية المجمعة. وأخيرًا، يتم استخدام zk-SNARK لإنشاء بروفات تنتج أحجام إثباتات متسقة. يتم بعد ذلك التحقق من البيانات والبراهين التي تم إنشاؤها في بيئة شبكة أوراكل Merlin Chain اللامركزية وتحميلها إلى شبكة Bitcoin عبر Taproot.

3.3.3 الترقيات المستقبلية: دليل على الاحتيال على السلسلة

بينما يبدو أن zkRollup مناسب تمامًا لحلول اللغة الثانية في النظام البيئي لـ Ethereum (على سبيل المثال (الموصوف) في القسم 3.2.1)، ولكنها في حد ذاتها لا يمكنها ضمان صحة ودقة المعاملات ضمن المجموعة. من أجل سد الفجوة الناجمة عن الاختلافات في بنية شبكة بيتكوين، تخطط Merlin Chain بشكل فريد لإدخال آلية لمنع الاحتيال على السلسلة مماثلة لآلية التجميع المتفائلة.

تعمل آليات منع الاحتيال على السلسلة في العلاقة بين مقدمي البيانات المجمعة والمنافسين. يمكن للمنافسين تحدي بيانات المعاملات ومعلومات حالة ZK وأدلة ZK التي تم تحميلها على شبكة Bitcoin إذا كانوا يعتقدون أن البيانات المجمعة غير صحيحة. لا تحتاج معظم معاملات L2 إلى إعادة التحقق من صحتها على شبكة Bitcoin (L1)، ولكن إذا تم الاعتراض على البيانات المجمعة المقدمة مسبقًا، فيجب إعادة تنفيذ البيانات والمعاملات والتحقق منها. إذا تم العثور على شخصية مخطئة، فسيتم معاقبتها.

3.3.4 توافق EVM

تطبق Merlin Chain توافق EVM باستخدام zkEVM القائم على zkASM في zkProver. يتيح ذلك تنفيذ العقود الذكية التي تم تطويرها باستخدام أدوات تطوير Ethereum الحالية والبنية التحتية على شبكة Bitcoin، مما يوفر ميزة توسيع وظائف Ethereum لتشمل Bitcoin.

3.4 SNARKnado

SNARKnado هو حل من الطبقة الثانية يعتمد على Bitcoin ويتم تنفيذه بواسطة Alpen Labs باستخدام zk-SNARK. تهدف Alpen Labs إلى الاستفادة من SNARKnado لتمكين سلاسل الكتل من التركيز بشكل أكبر على التحقق بدلاً من الحساب، مما يتيح قابلية التوسع والكفاءة بشكل أكبر في نظام Bitcoin البيئي.

3.4.1 zkRollup - خليفة BitVM

SNARKnado هو نموذج معدل تم تحسينه بشكل أكبر لـ zk-SNARK، والذي يعتمد النموذج على المثل- هيكل المنافس المستخدم في نهج BitVM Optimism. يؤدي هذا إلى تحسين أدائه بنحو ثماني مرات مقارنة بـ BitVM. ومع ذلك، فإنه لا يزال أقل من ميزة BitVM2 المتمثلة في السماح لأي شخص ببدء التحديات، حيث يقوم SNARKnado حاليًا بتقييد قدرات التحدي على الأدوار المسموح بها.

3.4.2 الميزات الهيكلية

طريقة التحقق من الإثبات - نص كثير الحدود

استخدم zk-SNARK يُسمح لـ SNARKnado بإدارة البيانات المجمعة وبيانات الإثبات على Bitcoin بأحجام إثبات أصغر، لكن قيود Bitcoin على الحسابات المعقدة تتطلب تحسين التحقق من الإثبات. يحل SNARKnado هذه المشكلة عن طريق تحويل بيانات الإثبات باستخدام كثيرات الحدود المقسمة. تتم عملية التحقق من خلال الحساب على السلسلة الذي تم تمكينه بواسطة ترقية Taproot.

عندما يتلقى أحد المُثبِّتين تحديًا، فإنه يكشف عن بعض البيانات المطلوبة للتحدي ويجري عملية التحقق مع المنافس. يتم استخدام طريقة متعددة الحدود ثنائية الأطراف في التحقق لتحديد الممثل (المثبت أو المنافس) المخطئ.

3.4.3 SNARKnado مقابل BitVM أو BitVM2

SNARKnado لديه العديد من أوجه التشابه مع BitVM، خاصة أنه يظهر كنقطة وسط بين BitVM وBitVM2. إذن، ما الفرق بينهما؟ (نظرًا لأن BitVM2 هو نموذج أكثر تقدمًا من BitVM، ستركز المقارنة بشكل أساسي على BitVM2.)

أولاً، ضع في اعتبارك استخدام موارد Bitcoin الداخلية. يُظهر BitVM2 بطبيعته زيادة خطية في استخدام الموارد على السلسلة، بينما يقلل SNARKnado هذه الزيادة إلى مستوى الجذر التربيعي، وبالتالي تحسين استخدام الموارد على السلسلة. الاختلاف الآخر هو إمكانية الوصول إلى الشخصيات التي يمكنها إصدار التحديات. في حين أن SNARKnado يحصر التحديات في الأدوار المسموح بها، فإن BitVM2 يسمح لأي شخص بإصدار تحديات دون إذن.

3.4.4 توافق EVM

وفقًا لأحدث السجلات من Alpen Labs، لم يتم دعم توافق EVM رسميًا، ولا توجد حاليًا معلومات حول التوافق مع EVM.

4. التطلع إلى المستقبل

بالنظر إلى الإطلاق الأخير لشبكة zkRollups الرئيسية، شهدنا إطلاق zkSync Era في أغسطس 2023 وإطلاق Polygon zkEVM في ديسمبر. 2023. لم تكن هذه المشاريع موجودة منذ فترة طويلة، لذلك لا يزال معظمها قيد التطوير النشط. بالإضافة إلى ذلك، يمتد التطوير إلى ما هو أبعد من zkEVM. يتم أيضًا تطوير المعالجات المساعدة العامة zkVM وzkWasm والمعالجات خارج السلسلة لجزء التنفيذ، باستخدام مسارات zk المخصصة.

نظرًا لأن التنفيذ الأساسي وإنشاء الأدلة أصبح أكثر موثوقية، فإن الجهود جارية لتحسين كفاءة سلسلة التوريد. وتشمل الاستراتيجيات إنشاء سوق للمثبتات، وتجميع البراهين المتعددة، وإنشاء طبقات تحقق للتحقق الفعال من حيث التكلفة. من المتوقع أن تصبح سلسلة التوريد الخاصة بـ zkRollups أكثر كفاءة وبأسعار معقولة في المستقبل.