IOG razvija ZK omotač za provjeru dokaza iz RISC Zero i SP1 na Cardanu

Input Output Research razvija omotač nultog znanja osmišljen za povezivanje Cardano aplikacija s RISC Zero, SP1 i drugim sustavima koji generiraju Groth16 dokaze nad eliptičkom krivuljom BN254.

Prototip rješava kriptografsku neusklađenost koja trenutačno sprječava Cardano pametne ugovore da učinkovito provjeravaju mnoge dokaze koje proizvode etablirani ZK alati. Rad je još u fazi tehničke izvedivosti, a odabrane komponente pripremaju se za moguću inženjersku implementaciju početkom 2027.

Groth16 Wrapper Converts BN254 Proofs for Cardano

Značajan dio blockchain infrastrukture nultog znanja koristi Groth16 dokaze nad BN254. Podrška Ethereuma za tu krivulju potaknula je programske okvire, aplikacije i ZK virtualne strojeve da usvoje isti kriptografski standard.

Cardano umjesto toga podržava operacije nad BLS12-381. Iako se Groth16 može koristiti s obje krivulje, dokaz stvoren nad BN254 ne može se učinkovito provjeriti na Cardanu bez novih funkcija protokola ili računski skupih aritmetičkih operacija unutar Plutus pametnog ugovora.

Prototip uvodi rekurzivni sloj omotavanja između dvaju okruženja. On prima valjani Groth16 dokaz nad BN254 i generira drugi dokaz nad BLS12-381, čime Cardanu omogućuje provjeru rezultata koristeći kriptografske operacije koje mreža već podržava.

Pretvorba ne zahtijeva da korisnici vjeruju strani koja je provodi. Vanjski dokaz potvrđuje da postoji valjani izvorni dokaz za navedeni verifikacijski ključ i javne ulaze. Cardano provjerava tu tvrdnju bez ponavljanja izračuna koji stoji iza izvornog rezultata.

Trenutačni skup alata podržava RISC Zero i SP1, dva ZK virtualna stroja koji omogućuju programerima pokretanje općih programa i generiranje sažetih dokaza da su ti programi ispravno izvršeni.

Dodaci specifični za izvor pretvaraju njihove izlaze u zajednički format. Stroj za omotavanje zatim reproducira tvrdnju nad BLS12-381 i generira verifikatorski kod koji se može integrirati u Cardano aplikaciju.

Input Output Research je testirao Groth16 i Plonk kao vanjske sustave dokazivanja. Groth16 je brže dovršio proces omotavanja i proizveo manje dokaze, ali zahtijeva pouzdano inicijalno postavljanje za sklop omotača. Plonk izbjegava postavljanje specifično za sklop, no zahtijeva znatno više vremena za dokazivanje izvan lanca.

Oba pristupa proizvela su konačne dokaze koji se uklapaju u Cardanov proračun provjere na lancu. Glavna kompromisna točka stoga je u generiranju dokaza i zahtjevima postavljanja, a ne u završnoj provjeri kroz Plutus.

RISC Zero i SP1 mogli bi podržati međulančanu provjeru

Kompatibilnost s RISC Zero i SP1 omogućila bi Cardano programerima korištenje postojećih ZK programa i knjižnica bez ponovne izrade svake izračunske zadaće za Cardanovo kriptografsko okruženje.

Jedan primjer uključen u istraživanje dokazuje ERC-20 stanje na Ethereum računu. RISC Zero izvršava potrebnu Ethereum logiku, izdvaja stanje iz potvrđenog stanja mreže i generira dokaz. Omotač zatim pretvara taj izlaz u oblik koji Cardano validator može provjeriti.

Ista se arhitektura može koristiti za potvrdu odabranog stanja na Ethereumu ili Bitcoinu, provjeru izvršavanja vanjskih programa ili davanje kriptografskog dokaza da se izračun dogodio izvan Cardana.

Na radionici se raspravljalo i o mogućoj SP1 implementaciji Heliosa, Ethereum laganog klijenta. Takav sustav mogao bi dokazati izvršavanje Ethereum konsenzusa unutar okruženja nultog znanja i poslati sažet rezultat na provjeru Cardano aplikaciji.

Te bi mogućnosti mogle poduprijeti lagane klijente, mostove, rollupe i međulančane protokole koji ovise o pouzdanim informacijama s druge blockchain mreže. Omotač sam po sebi ne prenosi imovinu niti djeluje kao most. On pruža sloj provjere koji druge aplikacije mogu integrirati u vlastitu arhitekturu.

Pristup bi također mogao smanjiti duplicirani razvojni rad. Umjesto da svaku izračunsku zadaću implementiraju kao Cardano izvorni ZK sklop, timovi bi mogli koristiti podržani softver iz ekosustava RISC Zero ili SP1 i prevesti konačni dokaz prije provjere na lancu.

Skup alata i dalje je prototip za eksperimentiranje. Njegovi primjeri obuhvaćaju generiranje dokaza, rekurzivno omotavanje i izradu pripadajućeg Cardano verifikatora, dok bi za produkcijsko uvođenje i dalje bili potrebni inženjerski rad, sigurnosna revizija i konačna odluka o vanjskom sustavu dokazivanja.

Plonky3 i Halo2 određuju preostali posao provjere

Na radionici je predstavljen i studij izvedivosti za provjeru Plonky3 dokaza putem Cardano pametnih ugovora.

Plonky3 je modularni okvir za sustave dokazivanja temeljene na STARK. Uglavnom se oslanja na hash funkcije i aritmetiku konačnih polja, a ne na operacije eliptičkih krivulja koje koriste mnogi SNARK sustavi, što ga čini relevantnim za Cardanovo postkvantno istraživanje.

Jedna od predloženih primjena je agregacija postkvantnih potpisa. Takvi potpisi mogu zahtijevati desetke kilobajta po potpisu, dok bi ZK dokaz mogao spojiti više potpisa u jedan rezultat i smanjiti količinu podataka koje je potrebno pohraniti ili provjeriti na lancu.

Druga moguća primjena odnosi se na naslijeđene UTXO izlaze nakon buduće migracije s postojećih potpisa eliptičkih krivulja. Vlasnik bi potencijalno mogao dokazati poznavanje seed fraze povezane s adresom bez javnog otkrivanja te seed fraze.

Studij izvedivosti utvrdio je da izravna provjera Plonky3 dokaza i dalje nadmašuje Cardanove limite za pojedinačnu transakciju. Optimizirani testni dokaz imao je približno 186 kilobajta te je zahtijevao oko 220 milijuna memorijskih jedinica i 75 milijardi CPU jedinica.

Budući da se pojedinačni upitni dokazi mogu provjeravati zasebno, istraživači su procijenili da bi se cijeli proces mogao podijeliti na otprilike 23 transakcije. Kao moguće alternative razmatrani su i izvršavanje u Hydri te optimistični model provjere u kojem se puni dokaz provjerava tek nakon izazova.

Poseban procjenjivač troškova za Halo2 obrađuje raniju fazu razvojnog procesa. Alat izračunava očekivanu veličinu dokaza, veličinu verifikacijskog ključa i kriptografske operacije potrebne za provjeru predloženog sklopa na Cardanu.

Programeri mogu modelirati sklop ili testirati komponente poput SHA-256 prije dovršetka cijele aplikacije. Procjene omogućuju timovima da prepoznaju skupe komponente i prilagode dizajn prije izgradnje dokazivača i Cardano validatora.

Groth16 omotač trenutačno je najizravniji put od istraživačkog programa do praktične upotrebe za programere. Ako prijeđe u inženjersku implementaciju, Cardano aplikacije mogle bi provjeravati izlaze iz etabliranih zkVM ekosustava bez čekanja da svaki vanjski sustav uvede izvornu podršku za BLS12-381. Plonky3 bi zahtijevao drukčiju arhitekturu, s provjerom podijeljenom kroz transakcije, premještenom u Hydru ili aktiviranom kroz dizajn temeljen na izazovu.