IOG تطوّر غلاف ZK للتحقق من الإثباتات الخاصة بـ RISC Zero وSP1 على Cardano

تعمل Input Output Research على تطوير غلاف للمعرفة الصفرية مُصمّم لربط تطبيقات Cardano مع RISC Zero وSP1 وأنظمة أخرى تنتج إثباتات Groth16 على منحنى BN254 الإهليلجي.

يعالج النموذج الأولي فجوة في التوافقات التشفيرية تمنع حاليًا العقود الذكية على Cardano من التحقق بكفاءة من العديد من الإثباتات التي تنتجها أدوات ZK الراسخة. ولا يزال العمل في مرحلة الجدوى التقنية مع تجهيز مكوّنات مختارة لاحتمال تنفيذ هندسي في أوائل عام 2027.

غلاف Groth16 يحوّل إثباتات BN254 لصالح Cardano

يستخدم جزء كبير من بنية المعرفة الصفرية في سلاسل الكتل إثباتات Groth16 على BN254. وقد شجّع دعم Ethereum لهذا المنحنى أطر المطورين والتطبيقات والآلات الافتراضية الخاصة بـ ZK على اعتماد المعيار التشفيري نفسه.

يدعم Cardano بدلًا من ذلك عمليات BLS12-381. وعلى الرغم من إمكانية استخدام Groth16 مع كلا المنحنيين، فإن الإثبات المُنشأ على BN254 لا يمكن التحقق منه بكفاءة على Cardano من دون وظائف بروتوكول جديدة أو حسابات مكلفة حوسبيًا داخل عقد ذكي على Plutus.

يُدخل النموذج الأولي طبقة تغليف عودية بين البيئتين. حيث يستقبل إثبات Groth16 صالحًا على BN254 ويولّد إثباتًا ثانيًا على BLS12-381، ما يتيح لـ Cardano التحقق من النتيجة باستخدام عمليات تشفير تدعمها الشبكة بالفعل.

لا تتطلب عملية التحويل أن يثق المستخدمون بالجهة التي تنفذها. يؤكد الإثبات الخارجي وجود إثبات أصلي صالح للمفتاح التحققي المحدد والمدخلات العامة. ويتحقق Cardano من هذا الادعاء من دون تكرار الحسابات الكامنة وراء النتيجة الأصلية.

تدعم مجموعة الأدوات الحالية RISC Zero وSP1 وهما آلتان افتراضيتان للمعرفة الصفرية تتيحان للمطورين تشغيل برامج عامة وتوليد إثباتات مدمجة تثبت تنفيذ تلك البرامج بشكل صحيح.

تحوّل الإضافات الخاصة بكل مصدر مخرجاتها إلى صيغة موحّدة. ثم يعيد محرك التغليف صياغة الادعاء على BLS12-381 ويولّد شيفرة التحقق التي يمكن دمجها في تطبيق على Cardano.

اختبرت Input Output Research كلًا من Groth16 وPlonk كنظم إثبات خارجية. أنهى Groth16 عملية التغليف بسرعة أكبر وأنتج إثباتات أصغر حجمًا، لكنه يتطلب إعدادًا موثوقًا لدائرة التغليف. بينما يتجنب Plonk إعدادًا خاصًا بالدائرة مع حاجته إلى وقت إثبات خارج السلسلة أطول بكثير.

أنتج النهجان إثباتات نهائية قادرة على الالتزام بميزانية التحقق على السلسلة لدى Cardano. لذا تكمن المفاضلة الأساسية في توليد الإثبات ومتطلبات الإعداد بدلًا من التحقق النهائي عبر Plutus.

RISC Zero وSP1 قد يدعمان التحقق عبر السلاسل

سيسمح التوافق مع RISC Zero وSP1 لمطوري Cardano باستخدام برامج ومكتبات ZK القائمة من دون إعادة بناء كل عملية حسابية لبيئة Cardano التشفيرية.

يتضمن البحث مثالًا يثبت رصيد ERC-20 لحساب على Ethereum. ينفّذ RISC Zero المنطق المطلوب على Ethereum ويستخرج الرصيد من حالة الشبكة الملتزم بها ثم يولّد إثباتًا. بعد ذلك يحوّل الغلاف ذلك المخرج إلى صيغة يمكن لمُحقّق على Cardano التحقق منها.

يمكن استخدام البنية نفسها لتأكيد حالات محددة من Ethereum أو Bitcoin والتحقق من تنفيذ برامج خارجية أو تقديم دليل تشفيري على حدوث حسابات خارج Cardano.

كما ناقشت الورشة تنفيذًا محتملاً قائمًا على SP1 لـ Helios وهو عميل خفيف لـ Ethereum. يمكن لمثل هذا النظام إثبات تنفيذ إجماع Ethereum داخل بيئة معرفة صفرية وتقديم نتيجة مدمجة ليتحقق منها تطبيق على Cardano.

قد تدعم هذه القدرات العملاء الخفيفين والجسور والـ rollups والبروتوكولات عبر السلاسل التي تعتمد على معلومات موثوقة من سلسلة كتل أخرى. لا ينقل الغلاف الأصول ولا يعمل كجسر بحد ذاته. إنه يوفّر طبقة تحقق يمكن للتطبيقات الأخرى دمجها في بنيتها الخاصة.

قد تُقلّل هذه المقاربة أيضًا من تكرار العمل التطويري. فبدلًا من تنفيذ كل حساب كدائرة ZK أصلية على Cardano، يمكن للفرق استخدام برمجيات مدعومة من نظامي RISC Zero أو SP1 وترجمة الإثبات النهائي قبل التحقق على السلسلة.

لا تزال مجموعة الأدوات نموذجًا أوليًا للّاختبار. تغطي أمثلتها توليد الإثبات والتغليف العودي وإنشاء مُحقّق Cardano المقابل، بينما يتطلب النشر الإنتاجي عملًا هندسيًا ومراجعة أمنية وقرارًا نهائيًا بشأن نظام الإثبات الخارجي.

Plonky3 وHalo2 يحددان ما تبقّى من عمل التحقق

وقد قدّمت الورشة أيضًا دراسة جدوى للتحقق من إثباتات Plonky3 عبر العقود الذكية على Cardano.

Plonky3 هو إطار معياري لأنظمة الإثبات المعتمدة على STARK. يعتمد أساسًا على دوال التجزئة وحسابات الحقول المنتهية بدلًا من عمليات المنحنيات الإهليلجية المستخدمة في العديد من أنظمة SNARK، ما يجعله ذا صلة بأبحاث ما بعد الكم لدى Cardano.

أحد التطبيقات المقترحة هو تجميع التواقيع لما بعد الكم. قد تتطلب هذه التواقيع عشرات الكيلوبايت لكل توقيع، بينما يمكن لإثبات ZK دمج عدة تواقيع في نتيجة واحدة وتقليل كمية البيانات التي يجب تخزينها أو التحقق منها على السلسلة.

استخدام آخر محتمل يتعلق بـ UTXOs التراثية بعد انتقال مستقبلي بعيدًا عن التوقيعات الحالية القائمة على المنحنيات الإهليلجية. قد يتمكن حامل ما من إثبات معرفته بالبذرة المرتبطة بعنوان من دون الكشف عن البذرة علنًا.

وجدت دراسة الجدوى أن التحقق المباشر من Plonky3 لا يزال يتجاوز حدود المعاملة الواحدة على Cardano. إذ بلغ حجم إثبات اختباري مُحسّن نحو 186 كيلوبايت وتطلّب حوالي 220 مليون وحدة ذاكرة و75 مليار وحدة CPU.

ولأن إثباتات الاستعلام الفردية يمكن التحقق منها بشكل منفصل، قدّر الباحثون أن العملية الكاملة يمكن تقسيمها على نحو 23 معاملة تقريبًا. كما نوقشت بدائل محتملة مثل التنفيذ عبر Hydra ونموذج تحقق تفاؤلي حيث يُفحَص الإثبات الكامل فقط بعد وجود تحدٍ.

تتناول أداة منفصلة لتقدير التكاليف في Halo2 مرحلة مبكرة من عملية التطوير. تحتسب الأداة حجم الإثبات المتوقع وحجم مفتاح التحقق والعمليات التشفيرية المطلوبة للتحقق من دائرة مقترحة على Cardano.

يمكن للمطورين نمذجة دائرة أو اختبار مكونات مثل SHA-256 قبل إكمال التطبيق الكامل. تتيح التقديرات للفرق تحديد المكونات المكلفة وضبط التصميم قبل بناء المُثبت ومُحقّق Cardano.

يُعد غلاف Groth16 حاليًا أقصر الطرق من برنامج البحث إلى الاستخدام العملي لدى المطورين. وإذا تقدّم إلى تنفيذ هندسي، فستتمكن تطبيقات Cardano من التحقق من مخرجات منظومات zkVM الراسخة من دون انتظار كل نظام خارجي ليضيف دعمًا أصليًا لـ BLS12-381. بينما سيحتاج Plonky3 إلى بنية مختلفة مع تقسيم التحقق عبر معاملات متعددة أو نقله إلى Hydra أو تفعيله عبر تصميم قائم على التحدي.