IOG desenvolve wrapper ZK para verificação de provas de RISC Zero e SP1 no Cardano

Input Output Research está desenvolvendo um wrapper de conhecimento zero projetado para conectar aplicações do Cardano com RISC Zero, SP1 e outros sistemas que geram provas Groth16 sobre a curva elíptica BN254.

O protótipo aborda uma lacuna de compatibilidade criptográfica que atualmente impede que contratos inteligentes do Cardano verifiquem com eficiência muitas provas produzidas por ferramentas ZK consolidadas. O trabalho ainda está na fase de viabilidade técnica, com componentes selecionados sendo preparados para uma possível implementação de engenharia no início de 2027.

Wrapper Groth16 converte provas BN254 para o Cardano

Uma grande parcela da infraestrutura de conhecimento zero em blockchain utiliza provas Groth16 sobre BN254. O suporte do Ethereum a essa curva incentivou frameworks de desenvolvimento, aplicações e máquinas virtuais ZK a adotarem o mesmo padrão criptográfico.

O Cardano, por sua vez, oferece suporte a operações BLS12-381. Embora Groth16 possa ser usado com ambas as curvas, uma prova criada sobre BN254 não pode ser verificada com eficiência no Cardano sem novas funções de protocolo ou aritmética computacionalmente cara dentro de um contrato inteligente em Plutus.

O protótipo introduz uma camada de encapsulamento recursiva entre os dois ambientes. Ela recebe uma prova Groth16 válida sobre BN254 e gera uma segunda prova sobre BLS12-381, permitindo que o Cardano verifique o resultado usando operações criptográficas já suportadas pela rede.

A conversão não exige que os usuários confiem na parte que a realiza. A prova externa confirma que existe uma prova original válida para a chave de verificação e as entradas públicas especificadas. O Cardano verifica essa alegação sem repetir a computação por trás do resultado original.

O kit de ferramentas atual oferece suporte a RISC Zero e SP1, duas máquinas virtuais de conhecimento zero que permitem aos desenvolvedores executar programas de propósito geral e gerar provas compactas de que esses programas foram executados corretamente.

Plugins específicos de cada fonte convertem suas saídas para um formato comum. Em seguida, o mecanismo de encapsulamento reproduz a afirmação sobre BLS12-381 e gera código de verificador que pode ser integrado a uma aplicação no Cardano.

Input Output Research testou Groth16 e Plonk como sistemas de prova externos. Groth16 concluiu o processo de encapsulamento mais rapidamente e produziu provas menores, mas requer uma configuração confiável para o circuito do wrapper. Plonk evita uma configuração específica do circuito, porém exige substancialmente mais tempo de prova fora da cadeia.

Ambas as abordagens produziram provas finais capazes de se encaixar no orçamento de verificação em cadeia do Cardano. Assim, o principal compromisso está na geração de provas e nos requisitos de configuração, e não na verificação final por meio do Plutus.

RISC Zero e SP1 podem dar suporte à verificação entre cadeias

A compatibilidade com RISC Zero e SP1 permitiria que desenvolvedores do Cardano usassem programas e bibliotecas ZK existentes sem recriar cada computação para o ambiente criptográfico do Cardano.

Um exemplo incluído na pesquisa prova o saldo ERC-20 de uma conta no Ethereum. RISC Zero executa a lógica necessária do Ethereum, extrai o saldo do estado de rede comprometido e gera uma prova. O wrapper então converte essa saída em uma forma que um validador do Cardano pode verificar.

A mesma arquitetura poderia ser usada para confirmar estados selecionados do Ethereum ou do Bitcoin, verificar a execução de programas externos ou fornecer evidência criptográfica de que uma computação ocorreu fora do Cardano.

O workshop também discutiu uma possível implementação de Helios baseada em SP1, um light client do Ethereum. Tal sistema poderia provar a execução do consenso do Ethereum dentro de um ambiente de conhecimento zero e submeter um resultado compacto para verificação por uma aplicação no Cardano.

Essas capacidades poderiam dar suporte a light clients, bridges, rollups e protocolos entre cadeias que dependem de informações confiáveis de outra blockchain. O wrapper não transfere ativos nem opera como uma bridge por si só. Ele fornece uma camada de verificação que outras aplicações podem integrar em sua própria arquitetura.

A abordagem também poderia reduzir trabalho de desenvolvimento duplicado. Em vez de implementar cada computação como um circuito ZK nativo do Cardano, as equipes poderiam usar software compatível dos ecossistemas RISC Zero ou SP1 e traduzir a prova final antes da verificação em cadeia.

O kit de ferramentas continua sendo um protótipo para experimentação. Seus exemplos abrangem geração de provas, encapsulamento recursivo e criação do verificador correspondente no Cardano, enquanto a implantação em produção ainda exigiria trabalho de engenharia, revisão de segurança e uma decisão final sobre o sistema de prova externo.

Plonky3 e Halo2 definem o trabalho de verificação restante

O workshop também apresentou um estudo de viabilidade para verificar provas Plonky3 por meio de contratos inteligentes do Cardano.

Plonky3 é um framework modular para sistemas de prova baseados em STARK. Ele depende principalmente de funções de hash e aritmética em campos finitos em vez das operações de curva elíptica usadas por muitos sistemas SNARK, o que o torna relevante para a pesquisa pós-quântica do Cardano.

Uma aplicação proposta é a agregação de assinaturas pós-quânticas. Essas assinaturas podem exigir dezenas de quilobytes cada, enquanto uma prova ZK poderia combinar múltiplas assinaturas em um único resultado e reduzir a quantidade de dados que precisam ser armazenados ou verificados em cadeia.

Outro possível uso diz respeito a UTXOs legados após uma futura migração que abandone as assinaturas de curva elíptica atuais. Um detentor poderia potencialmente provar conhecimento da semente conectada a um endereço sem revelar a semente publicamente.

O estudo de viabilidade constatou que a verificação direta de Plonky3 ainda excede os limites de uma única transação do Cardano. Uma prova de teste otimizada mediu aproximadamente 186 quilobytes e exigiu cerca de 220 milhões de unidades de memória e 75 bilhões de unidades de CPU.

Como as provas de consultas individuais podem ser verificadas separadamente, os pesquisadores estimaram que o processo completo poderia ser dividido em aproximadamente 23 transações. Execução em Hydra e um modelo de verificação otimista, no qual a prova completa é verificada somente após um desafio, também foram discutidos como possíveis alternativas.

Um estimador de custos separado para Halo2 aborda uma fase anterior do processo de desenvolvimento. A ferramenta calcula o tamanho esperado da prova, o tamanho da chave de verificação e as operações criptográficas necessárias para verificar um circuito proposto no Cardano.

Os desenvolvedores podem modelar um circuito ou testar componentes como SHA-256 antes de concluir a aplicação completa. As estimativas permitem que as equipes identifiquem componentes caros e ajustem o design antes de construir o provador e o validador no Cardano.

No momento, o wrapper Groth16 é a rota mais direta do programa de pesquisa para o uso prático por desenvolvedores. Se avançar para implementação de engenharia, aplicações no Cardano poderiam verificar saídas de ecossistemas de zkVM consolidados sem esperar que cada sistema externo introduza suporte nativo a BLS12-381. Plonky3 exigiria uma arquitetura diferente, com verificação dividida entre transações, movida para o Hydra ou ativada por meio de um design baseado em desafios.