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作者： ABCDE Capital

概述：

證明以太坊 PoS 的全節(jié)點對于構(gòu)建 zkBridge 以及以太坊上的任何互操作協(xié)議至關(guān)重要。同步委員會對于這些目的來說是不夠安全的，因為同步委員會的加密經(jīng)濟安全性（當(dāng)前僅約 3200 萬美元的 ETH 質(zhì)押）遠(yuǎn)不理想。任何依賴以太坊上的同步委員會部署的跨鏈基礎(chǔ)設(shè)施、預(yù)言機和數(shù)據(jù)處理服務(wù)都是不安全的。

Polyhedra Network 設(shè)計并實施了 zkBridge 系統(tǒng)，以證明以太坊 PoS 的全節(jié)點（當(dāng)前總共質(zhì)押的 ETH 的總價值約為 400 億美元）。 Polyhedra Network 在 LayerZero 上的所有以太坊及其 rollups （例如 Arbitrum 、Linea 、Optimism 、zkSync 、Mantle 等）的 zk 客戶端都將基于以太坊全節(jié)點的 ZK 證明。 Polyhedra Network 采用了其高效的證明系統(tǒng) deVirgo ，該系統(tǒng)的效率足以在10秒內(nèi)生成 Ethereum 全節(jié)點的證明，證明速度足以追趕上 Ethereum 區(qū)塊的出塊速度。

以太坊全節(jié)點的零知識證明實現(xiàn)將使以太坊及其 rollups 能夠?qū)崿F(xiàn)完全無需信任、高效且安全的互操作性。 Polyhedra Network 的系統(tǒng)還允許任何 L1 和 L2 （例如 BNB Smart Chain 和op BNB ）以及任何應(yīng)用傳輸所有當(dāng)前和歷史的以太坊數(shù)據(jù)。這使得智能合約可以無需信任地訪問以太坊數(shù)據(jù)以實現(xiàn)各種計算邏輯，同時其安全性由以太坊 PoS 全節(jié)點保證。

證明以太坊 PoS 的全節(jié)點對于安全性至關(guān)重要

與以太坊輕客戶端相比，以太坊全節(jié)點證明具有更高的安全保證。以太坊輕客戶端的安全性完全依賴于一個被稱為“同步委員會”的系統(tǒng)。然而，同步委員會的規(guī)模只有 512 個成員，大約每天（即大約27.3小時）輪換一次?？傎|(zhì)押資產(chǎn)只有16384個 ETH （ 512 * 32），與連接以太坊生態(tài)系統(tǒng)與其他網(wǎng)絡(luò)的跨鏈橋每日交易量（超過3億美元）相比，這個數(shù)字非常?。ó?dāng)前只有3200萬美元的 ETH 被質(zhì)押）。

另一個問題是同步委員會并不總是對區(qū)塊進行簽名（例如區(qū)塊 17239413 和區(qū)塊17239414）。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，1.6%的區(qū)塊沒有被同步委員會的絕大多數(shù)成員簽名，而且這個問題平均每12分鐘就可能發(fā)生一次。

證明以太坊全節(jié)點的系統(tǒng)概述

為了解決這些問題， Polyhedra Network 決定摒棄使用同步委員會，并利用自以太坊 merge 以來的以太坊區(qū)塊鏈的全 PoS 共識。這將證明在以太坊主網(wǎng)上的每個區(qū)塊中包含的超過20,000個簽名（比 512 個同步委員會增加了40倍）。

為了處理 40 倍的工作量增加， Polyhedra Network 采用了其獨特的證明系統(tǒng)—— deVirgo 。這個證明系統(tǒng)擁有無與倫比的處理能力，得益于其理論上的改進和顯著的工程進步。 deVirgo 協(xié)議從理論上消除了對非常大的 FFT 或 MSM 的需求，使證明生成時間與簽名數(shù)量呈線性關(guān)系。該協(xié)議已在 zkBridge 上部署，并支持并行和分布式計算。

在十億規(guī)模的電路上進行的證明系統(tǒng)實驗顯示其證明生成時間少于 10 秒，可以追上以太坊區(qū)塊生成的速度（約12秒），而且不會增加證明大小或驗證時間。

使用高效證明系統(tǒng)證明以太坊全節(jié)點

為了快速地證明以太坊全節(jié)點， Polyhedra Network 使用了其高效的證明系統(tǒng) deVirgo 。 deVirgo 是 Virgo 協(xié)議的分布式版本，旨在通過將計算分布在多臺機器上來并行化 GKR 協(xié)議。通過使用 deVirgo ， zkBridge 可以支持不同區(qū)塊鏈之間的快速和靈活的互操作性，而無需依賴外部的信任假設(shè)。 zkBridge 使用遞歸證明來證明之前由 deVirgo 生成的證明，從而遞歸地證明了相應(yīng)的區(qū)塊頭。遞歸證明將鏈上驗證成本降低到在任何 EVM 兼容的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上約 220K 的燃料。

deVirgo 的關(guān)鍵性突破在于確認(rèn)了以太坊全節(jié)點的共識可以表示為數(shù)據(jù)并行電路的性質(zhì)。假設(shè)有一個數(shù)據(jù)并行算術(shù)電路??以及 N 臺機器， deVirgo 證明系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)并行電路分成 N 個子電路，每臺機器只計算一個子電路。以太坊全共識的驗證就是這樣的一個數(shù)據(jù)并行電路，其中包含了超過 30000 個相同的簽名驗證算法和哈希。

deVirgo 的核心是一種分布式 sumcheck 的技術(shù)。在 deVirgo 中， sumcheck 協(xié)議被分為兩個階段。在第一階段，每臺機器處理自己的子電路，并集體生成一個聚合證明。剩余的工作對于一臺機器來說已經(jīng)足夠小。該機器此時即可執(zhí)行第二階段，完成分布式 sumcheck 。

評估以太坊全節(jié)點 ZK 證明的性能

為了評估在 BLS 簽名聚合上的實現(xiàn)， Polyhedra Network 使用兩個 AMD EPYC ? 7763 CPU 測量了 deVirgo 證明和遞歸驗證的運行時間。結(jié)果如下：

Polyhedra Network 已經(jīng)在 zkBridge 上部署了以太坊全節(jié)點證明系統(tǒng)。 zkBridge 將以太坊設(shè)置為發(fā)送鏈，將其他網(wǎng)絡(luò)如 BNB Chain 和 Avalanche 等設(shè)置為接收鏈。結(jié)果顯示，在包含所有組件的延遲的情況下， zkBridge 可以在 12 秒內(nèi)生成以太坊全節(jié)點的證明，并在 BNB 鏈和其他網(wǎng)絡(luò)上驗證區(qū)塊頭。

Polyhedra Network 將繼續(xù)優(yōu)化其實現(xiàn)。計劃在不久的將來通過 GPU 加速以降低前期成本并實現(xiàn)更好的去中心化。不過當(dāng)前的 zkBridge 證明系統(tǒng)已經(jīng)足夠高效，可以跟上以太坊的出塊時間。

總結(jié)

通過實現(xiàn)以太坊全節(jié)點的證明， Polyhedra Network 使用 zkBridge 實現(xiàn)了完全無需信任、高效且安全的互操作性，以連接以太坊生態(tài)系統(tǒng)（包括 L1 和 L2 ）與其他網(wǎng)絡(luò)。此外， Polyhedra Network 在 LayerZero 上的所有以太坊及其 rollups （例如 Arbitrum ，Linea ，Optimism ， zkSync ， Mantle ）的 zk 客戶端都將配備以太坊全節(jié)點的 ZK 證明。這將以太坊全節(jié)點的質(zhì)押安全性（約 400 億美元）帶入 LayerZero 上的 zk 客戶端。

以太坊全節(jié)點證明系統(tǒng)還允許當(dāng)前和歷史的以太坊數(shù)據(jù)，包括區(qū)塊頭和交易數(shù)據(jù)，可以被任何網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用訪問。這將使任何區(qū)塊鏈上的智能合約可以無需信任地訪問以太坊數(shù)據(jù)，并處理各種計算邏輯。所有的安全性都由以太坊 PoS 全節(jié)點的 ZK 證明來保證。