IOG razvija ZK ovojnico za preverjanje dokazov RISC Zero in SP1 na Cardanu

Input Output Research razvija ovojnico z ničelnim razkritjem, zasnovano za povezovanje aplikacij Cardano z RISC Zero, SP1 in drugimi sistemi, ki ustvarjajo dokaze Groth16 na eliptični krivulji BN254.

Prototip naslavlja kriptografsko vrzel v združljivosti, ki trenutno preprečuje, da bi pametne pogodbe Cardano učinkovito preverjale številne dokaze, ki jih ustvarjajo uveljavljena ZK orodja. Delo je še v fazi tehnične izvedljivosti, izbrani sestavni deli pa se pripravljajo za morebitno inženirsko vpeljavo v začetku leta 2027.

Ovojnica Groth16 pretvarja dokaze BN254 za Cardano

Velik del verižne infrastrukture z ničelnim razkritjem uporablja dokaze Groth16 na BN254. Podpora Ethereuma tej krivulji je spodbudila razvojne ogrodja, aplikacije in ZK navidezne stroje, da sprejmejo isti kriptografski standard.

Cardano namesto tega podpira operacije BLS12-381. Čeprav lahko Groth16 deluje z obema krivuljama, dokaza, ustvarjenega na BN254, ni mogoče učinkovito preveriti na Cardanu brez novih protokolnih funkcij ali računsko zahtevne aritmetike znotraj pametne pogodbe Plutus.

Prototip uvaja rekurzivni ovijalni sloj med obema okoljema. Prejme veljaven dokaz Groth16 na BN254 in ustvari drugi dokaz na BLS12-381, kar Cardanu omogoča, da rezultat preveri z uporabo kriptografskih operacij, ki jih omrežje že podpira.

Pretvorba ne zahteva, da uporabniki zaupajo izvajalcu. Zunanji dokaz potrdi, da za določeni preveritveni ključ in javne vnose obstaja veljaven izvirni dokaz. Cardano to trditev preveri brez ponavljanja izračuna za prvotni rezultat.

Trenutni nabor orodij podpira RISC Zero in SP1, dva ZK navidezna stroja, ki razvijalcem omogočata zagon splošnonamenskih programov in ustvarjanje zgoščenih dokazov, da so se ti programi izvedli pravilno.

Vtičniki, specifični za vir, njihove izhode pretvorijo v skupni format. Ovijalni mehanizem nato ponovno izrazi trditev na BLS12-381 in ustvari kodo preverjevalnika, ki jo je mogoče vključiti v aplikacijo Cardano.

Input Output Research je preizkusil Groth16 in Plonk kot zunanja dokazovalna sistema. Groth16 je ovijanje izvedel hitreje in ustvaril manjše dokaze, vendar zahteva zaupanja vredno nastavitev za ovijalno vezje. Plonk se izogne vezju specifični nastavitvi, vendar zahteva bistveno več časa za dokazovanje izven verige.

Oba pristopa sta ustvarila končne dokaze, ki se prilegajo proračunu Cardana za preverjanje na verigi. Glavna kompromisa sta zato pri ustvarjanju dokazov in zahtevah za nastavitev, ne pa pri končnem preverjanju prek Plutusa.

RISC Zero in SP1 bi lahko podprla medverižno preverjanje

Združljivost z RISC Zero in SP1 bi razvijalcem Cardana omogočila uporabo obstoječih ZK programov in knjižnic brez ponovne implementacije vsakega izračuna za kriptografsko okolje Cardana.

Eden od primerov v raziskavi dokazuje stanje ERC-20 na računu Ethereuma. RISC Zero izvede potrebno logiko Ethereuma, iz zavezanega stanja omrežja pridobi stanje in ustvari dokaz. Ovijalnik nato ta izhod pretvori v obliko, ki jo lahko preveri validacijski program Cardano.

Isto arhitekturo bi se lahko uporabilo za potrditev izbranega stanja Ethereuma ali Bitcoina, za preverjanje izvedbe zunanjih programov ali za zagotavljanje kriptografskega dokaza, da je izračun potekal zunaj Cardana.

Na delavnici so razpravljali tudi o možni implementaciji Heliosa, lahkega odjemalca Ethereuma, ki temelji na SP1. Tak sistem bi lahko dokazal izvajanje konsenza Ethereuma znotraj okolja z ničelnim razkritjem in posredoval zgoščen rezultat v preverjanje aplikaciji Cardano.

Te zmogljivosti bi lahko podprle lahke odjemalce, mostove, rollupe in medverižne protokole, ki so odvisni od zanesljivih informacij iz druge verige blokov. Ovijalnik sam po sebi ne prenaša sredstev in ne deluje kot most. Zagotavlja preverjevalni sloj, ki ga lahko druge aplikacije vključijo v lastno arhitekturo.

Pristop bi lahko zmanjšal podvajanje razvojnega dela. Namesto da bi vsak izračun implementirali kot Cardanu lasten ZK tokokrog, bi lahko ekipe uporabile podprto programsko opremo iz ekosistemov RISC Zero ali SP1 in prevedle končni dokaz pred preverjanjem na verigi.

Nabor orodij ostaja prototip za eksperimentiranje. Njegovi primeri pokrivajo ustvarjanje dokazov, rekurzivno ovijanje in izdelavo ustreznega preverjevalnika za Cardano, medtem ko bi za produkcijsko uvedbo še vedno potrebovali inženirsko delo, varnostni pregled in končno odločitev o zunanjem dokazovalnem sistemu.

Plonky3 in Halo2 opredeljujeta preostalo preverjevalno delo

Na delavnici so predstavili tudi študijo izvedljivosti za preverjanje dokazov Plonky3 prek pametnih pogodb Cardano.

Plonky3 je modularno ogrodje za dokazovalne sisteme, ki temeljijo na STARK. Opira se predvsem na zgoščevalne funkcije in aritmetiko končnih polj namesto na operacije eliptičnih krivulj, ki jih uporabljajo številni sistemi SNARK, zaradi česar je pomemben za postkvantne raziskave Cardana.

Ena od predlaganih aplikacij je postkvantno združevanje podpisov. Posamezni podpisi so lahko veliki več deset kilobajtov, medtem ko bi lahko ZK dokaz več podpisov združil v en sam rezultat in zmanjšal količino podatkov, ki jih je treba shraniti ali preveriti na verigi.

Druga možna raba se nanaša na stare UTXO po morebitni prihodnji migraciji stran od trenutnih podpisov z eliptičnimi krivuljami. Imetnik bi lahko dokazal poznavanje semena, povezanega z naslovom, ne da bi seme javno razkril.

Študija izvedljivosti je ugotovila, da neposredno preverjanje Plonky3 še vedno presega omejitve Cardana za posamezno transakcijo. Optimiziran preizkusni dokaz je meril približno 186 kilobajtov in zahteval okoli 220 milijonov pomnilniških enot ter 75 milijard procesorskih enot.

Ker je mogoče posamezne dokazne poizvedbe preverjati ločeno, so raziskovalci ocenili, da bi bilo celoten proces mogoče razdeliti na približno 23 transakcij. Kot možni alternativi sta bila obravnavana tudi izvajanje prek Hydra in optimistični model preverjanja, pri katerem se celoten dokaz preveri šele po izzivu.

Poseben ocenjevalnik stroškov Halo2 obravnava zgodnejšo fazo razvojnega procesa. Orodje izračuna pričakovano velikost dokaza, velikost preveritvenega ključa in kriptografske operacije, potrebne za preverjanje predlaganega tokokroga na Cardanu.

Razvijalci lahko modelirajo tokokrog ali preizkusijo komponente, kot je SHA-256, še preden dokončajo celotno aplikacijo. Ocenitve ekipam omogočajo prepoznati drage komponente in prilagoditi zasnovo, preden zgradijo dokazovalnik in preverjevalnik za Cardano.

Ovojnica Groth16 je trenutno najbolj neposredna pot od raziskovalnega programa do praktične uporabe za razvijalce. Če napreduje v inženirsko implementacijo, bi aplikacije Cardano lahko preverjale izhode iz uveljavljenih ekosistemov zkVM brez čakanja, da vsak zunanji sistem uvede izvorno podporo BLS12-381. Plonky3 bi zahteval drugačno arhitekturo, s preverjanjem, razdeljenim med transakcije, premaknjenim v Hydra ali aktiviranim skozi zasnovo, ki temelji na izzivih.