IOG разрабатывает ZK обертку для проверки доказательств RISC Zero и SP1 в Cardano

Input Output Research разрабатывает обертку нулевого разглашения, предназначенную для подключения приложений Cardano к RISC Zero, SP1 и другим системам, которые генерируют доказательства Groth16 над эллиптической кривой BN254.

Прототип устраняет криптографический разрыв совместимости, который сейчас мешает смарт контрактам Cardano эффективно проверять многие доказательства, создаваемые зрелыми ZK инструментами. Работа все еще на этапе оценки технической реализуемости, отдельные компоненты готовят к возможной инженерной имплементации в начале 2027 года.

Обертка Groth16 конвертирует доказательства BN254 для Cardano

Значительная часть инфраструктуры доказательств с нулевым разглашением в блокчейне использует доказательства Groth16 над BN254. Поддержка этой кривой в Ethereum побудила фреймворки, приложения и ZK виртуальные машины принять тот же криптографический стандарт.

Cardano поддерживает операции BLS12-381. Хотя Groth16 может применяться с обеими кривыми, доказательство, созданное над BN254, нельзя эффективно проверить в Cardano без новых функций протокола или вычислительно дорогой арифметики внутри смарт контракта на Plutus.

Прототип вводит рекурсивный слой обертки между двумя средами. Он принимает валидное доказательство Groth16 над BN254 и генерирует второе доказательство над BLS12-381, что позволяет Cardano проверять результат с помощью криптографических операций, уже поддерживаемых сетью.

Преобразование не требует доверия к стороне, которая его выполняет. Внешнее доказательство подтверждает, что существует валидное исходное доказательство для указанного ключа верификации и публичных входов. Cardano проверяет это утверждение без повторения вычислений, стоящих за исходным результатом.

Текущий набор инструментов поддерживает RISC Zero и SP1, две ZK виртуальные машины, которые позволяют разработчикам запускать программы общего назначения и генерировать компактные доказательства корректного выполнения этих программ.

Специальные для источника плагины преобразуют их вывод в единый формат. Затем механизм обертки воспроизводит утверждение над BLS12-381 и генерирует код проверяющего, который можно интегрировать в приложение Cardano.

Input Output Research протестировала Groth16 и Plonk как внешние системы доказательства. Groth16 завершала процесс обертки быстрее и давала более короткие доказательства, но требует доверенной настройки для схемы обертки. Plonk избегает настройки, специфичной для схемы, но требует существенно больше внецепного времени на построение доказательства.

Оба подхода дали финальные доказательства, способные уложиться в бюджет проверки на цепи в Cardano. Основной компромисс поэтому относится к генерации доказательства и требованиям к настройке, а не к финальной проверке через Plutus.

RISC Zero и SP1 могут поддержать межцепочечную проверку

Совместимость с RISC Zero и SP1 позволит разработчикам Cardano использовать существующие ZK программы и библиотеки без пересборки каждого вычисления под криптографическую среду Cardano.

Один из примеров в исследовании доказывает баланс ERC-20 для аккаунта в Ethereum. RISC Zero исполняет необходимую логику Ethereum, извлекает баланс из зафиксированного состояния сети и генерирует доказательство. Обертка затем преобразует этот вывод в форму, которую может проверить валидатор Cardano.

Эту же архитектуру можно использовать для подтверждения выбранного состояния Ethereum или Bitcoin, для верификации выполнения внешних программ или для предоставления криптографического свидетельства того, что вычисление произошло вне Cardano.

На воркшопе также обсуждали потенциальную реализацию Helios на базе SP1, легкого клиента Ethereum. Такая система могла бы доказывать выполнение консенсуса Ethereum в среде нулевого разглашения и передавать компактный результат на проверку приложению Cardano.

Эти возможности могут поддержать легкие клиенты, мосты, роллапы и межцепочечные протоколы, которые зависят от надежной информации из другого блокчейна. Сама по себе обертка не переносит активы и не работает как мост. Она предоставляет слой верификации, который другие приложения могут встроить в свою архитектуру.

Подход также может сократить дублирование разработки. Вместо реализации каждого вычисления как ZK схемы, нативной для Cardano, команды могут использовать поддерживаемое ПО из экосистем RISC Zero или SP1 и переводить финальное доказательство перед проверкой на цепи.

Набор инструментов остается прототипом для экспериментов. Его примеры охватывают генерацию доказательства, рекурсивную обертку и создание соответствующего проверяющего для Cardano, при этом промышленное развертывание все еще потребует инженерной работы, аудита безопасности и финального решения по внешней системе доказательства.

Plonky3 и Halo2 определяют оставшийся объем работы по проверке

На воркшопе также представили исследование осуществимости проверки доказательств Plonky3 через смарт контракты Cardano.

Plonky3 это модульный фреймворк для систем доказательств на основе STARK. Он опирается главным образом на хеш функции и арифметику конечных полей, а не на операции с эллиптическими кривыми, используемые во многих системах SNARK, что делает его актуальным для постквантовых исследований Cardano.

Одно из предлагаемых применений это агрегация постквантовых подписей. Такие подписи могут требовать по десяткам килобайт каждая, тогда как ZK доказательство могло бы объединять несколько подписей в один результат и снижать объем данных, которые нужно хранить или проверять на цепи.

Еще одно возможное применение касается устаревших UTXO после будущей миграции от текущих подписей на эллиптических кривых. Владелец потенциально мог бы доказать знание сид фразы, связанной с адресом, не раскрывая сид публично.

Исследование осуществимости показало, что прямая проверка Plonky3 все еще превышает лимиты одной транзакции в Cardano. Оптимизированное тестовое доказательство имело размер примерно 186 килобайт и требовало около 220 миллионов единиц памяти и 75 миллиардов единиц CPU.

Поскольку отдельные доказательства запросов можно проверять раздельно, исследователи оценили, что весь процесс можно разделить примерно на 23 транзакции. Выполнение в Hydra и оптимистичная модель проверки, в которой полное доказательство проверяется только после оспаривания, также обсуждались как возможные альтернативы.

Отдельный калькулятор стоимости для Halo2 относится к более раннему этапу процесса разработки. Инструмент рассчитывает ожидаемый размер доказательства, размер ключа верификации и криптографические операции, необходимые для проверки предлагаемой схемы в Cardano.

Разработчики могут смоделировать схему или протестировать компоненты такие как SHA-256 до завершения полного приложения. Оценки позволяют командам выявлять дорогие компоненты и корректировать дизайн до создания построителя доказательств и валидатора Cardano.

Обертка Groth16 сейчас является самым прямым путем от исследовательской программы к практическому использованию разработчиками. Если она перейдет к инженерной имплементации, приложения Cardano смогут проверять выходы из зрелых экосистем zkVM без ожидания, пока каждая внешняя система внедрит нативную поддержку BLS12-381. Plonky3 потребует другую архитектуру, с проверкой, разделенной между транзакциями, перенесенной в Hydra или активируемой через модель с оспариванием.