PRO:去中心化的Prover如何實現？Opside 創新性提出 ZKP的兩步提交算法

原文來源：OpsideTeam

為什么我們需要去中心化的?prover

當前，以太坊主網上已經有多個?ZK-Rollups?在運行了。然而?ZK-Rollup?的去中心化設計仍然處于早期階段。我們目前都聚焦在?Sequencer?的去中心化問題上，大部分人都忽略了，實際上目前絕大部分的?ZK-Rollup?項目都沒有實現去中心化的?prover。

對于?ZK-Rollup?來說，中心化的?prover?仍然是安全的，并且也不像中心化的?sequencer?那樣會帶來審查的問題。但是中心化的?prover?也會引發很多問題。首先，如果只有一個?prover，那么單節點宕機就會造成整個?ZK-Rollup?的有效性證明無法提交，從而給交易的最終確定性造成影響。其次，中心化的?prover?成本高昂，無法承擔未來海量的?ZK-Rollup?的算力需求。最后，從經濟的角度來說，中心化的?prover?獨享了一部分收益，這在代幣經濟學上來說，實際上是不公平的。

共為2020 | ViaBTC&CoinEx創始人楊海坡：去中心化的存儲是一個偽需求:金色財經現場報道，2020年6月21日，由金色財經主辦的共為2020·區塊鏈創新應用論壇在深圳拉開帷幕。ViaBTC&CoinEx創始人楊海坡在《十年一顧 再談共識》圓桌對話中指出，我對IPFS的發展不看好，因為它提高了成本，比如說大規模的存儲安全性以及費用、成本要求非常的高，區塊鏈在存儲的市場實際上是提高了成本，降低了效率。因為區塊鏈是去中心化的，本質上是多副本的數據庫，所以說我認為去中心化的存儲是一個偽需求。

區塊鏈本身還是一個容量低的數據庫，主要解決的還是資產的發行和資產的交易。如果說更多的數據包括游戲和存儲放到鏈上，整個鏈很難運轉起來，因為成本太高了。[2020/6/21]

去中心化?prover?的挑戰

去中心化?prover?能很好地解決以上的問題，但是也帶來一些挑戰，這也是為什么最近上線的幾個?zkEVM?方案采用了中心化?prover?方案的原因之一。例如?PolygonzkEVM?的?betamainnet?中依靠?trustedaggregator?來提交?ZKP，zkSyncera?也是類似。

孫宇晨：4.0的波場不僅僅是去中心化的應用 更是去中心化的金融:據最新消息顯示，波場TRON即將于7月7日完成波場TRON 4.0大航海版本升級，波場TRON創始人兼BitTorrent CEO孫宇晨表示：“4.0的波場不僅僅是人類去中心化互聯網的愿景繼承者，更是人類下一代的金融互聯網基礎設施；4.0的波場不僅僅是中小開發者研發去中心化應用的首選，更是金融機構級企業用戶區塊鏈的不二之選；4.0的波場不僅僅是去中心化的應用，更是去中心化的金融。”[2020/6/7]

從技術細節上來講，ZK-Rollup?的智能合約驗證?ZKP?的時候，需要原始的?proof?數據，這就可能引發各種不同的鏈上攻擊行為。例如，某一個?prover?提交計算出來的?ZKP?到鏈上合約時，需要發一筆L1的交易。當這個?prover?發出的交易廣播到交易池中，攻擊者就可以看到原始?proof?數據，攻擊者可以設置一個更高的?gas?費來發交易，從而優先打包到區塊中，來獲取?PoW?獎勵。

聲音 | V神：并不看好大型機構區塊鏈的設置，很難讓這些區塊鏈真正去中心化:以太坊創始人V神（Vitalik Buterin）近日在接受采訪時表示，創建以太坊最大的挑戰不是技術上的挑戰，而是社會挑戰。在安全問題上，V神提出了一種社會恢復的方法，將資金存儲在一個由私有密匙保護的智能合約中，其他五個密匙由其他受信任的人持有。如果私鑰丟失，如果使用了5個密鑰中的3個，智能合約可以被編程來恢復錢包。他還談到，5G技術和更快的互聯網連接將極大地提升區塊鏈的可擴展性。V神表示，在嘗試提高事務吞吐量方面正在進行大量研究。V神還說，在過去的五年里，每當大型機構開始談論區塊鏈，他們往往會關注區塊鏈的設置。他表示：“我不是特別看好它們，我認為很難讓這些區塊鏈真正去中心化，讓人們信任它們。”（AMBCrypto）[2019/10/31]

此外，由于?prover?之間是依靠算力來競爭，沒有一個可信的身份識別機制，也很難建立一個通信機制。不同的礦工有可能做重復的工作，從而造成算力的浪費。

動態 | 去中心化應用Particl Open Marketplace在Particl主網發布:據Cryptoninjas消息，Particl宣布去中心化應用Particl Open Marketplace已在主網發布。據悉，Particl是一個基于P2P/區塊鏈技術、以隱私為中心的生態系統。Particl Open Marketplace由Particl的隱私幣PART提供動力，由Ledger硬件錢包支持。[2019/8/13]

ZKP?的兩步提交

Opside提出了一個?ZKP?兩步提交算法，來實現了?prover?的去中心化。這種算法既能夠防止?ZKP?搶跑攻擊，又可以讓更多的礦工獲得獎勵，從而鼓勵更多的礦工在線，并提供穩定、持續的?ZKP?算力。

第?1?步：提交?hash

對于某個?sequence，prover?計算出?ZKP?之后，首先計算的?hash，并向鏈上智能合約提交?hash?和?address。其中，proof?是某一個?sequence?的零知識證明，address?是該?prover?的地址

貴陽市委常委徐昊：區塊鏈是去中介化，而不是去中心化:5月26日，央視《對話》欄目走進貴陽數博會現場，貴陽市委常委常務副市長徐昊表示，比特幣是區塊鏈技術最成功的應用，這是大家的共識，區塊鏈不等于比特幣。區塊鏈的本質到底是什么？很多人都在提去中心化，我對這個詞稍稍做一個修改。我認為區塊鏈本質是去中介化，中心是不可能去掉的，無論在現實當中還是在虛擬世界當中不可能去掉，如果真的把全世界的節點全部消滅掉，那我的理解一定會產生一個超級節點。這在現實當中是不可能的，所以從某種意義上講，區塊鏈因為去中介，因為它要建立一種自證清白的信任機制，所以在金融領域的應用就水到渠成，因為金融對信任的需求是最高的。[2018/5/27]

假設在第?1?個?prover?在第?T?個區塊提交了?hash，則在第?T+?10?區塊以內，還可以接受其他?prover?提交?hash，沒有數量限制。第?T+?11?區塊及之后，不再接受新的?prover?提交?hash

第?2?步：提交?ZKP

第?T+?11?區塊及之后，允許任何?prover?提交?ZKP。只要有一個?ZKP?通過驗證，那么就可以根據該?ZKP?對所有提交過的?hash?進行校驗。校驗通過的?prover?都可以得到?PoW?獎勵，獎勵金額按照礦工質押量的比例來分配。

如果在第?T+?20?區塊之前，都沒有?ZKP?通過驗證，則所有提交過?hash?的?prover?都將被?slash。此時該?sequence?重新開放，允許提交新的?hash，回到第?1?步

舉一個例子，假設?Opside?中每個L2區塊的?PoW?獎勵是?128IDE，當前總共有?64?個?Rollupslots，那么每一個?Rollupsequence?分配到的?PoW?獎勵是?2IDE。如果先后有?A,B,C3?個礦工為一個?sequence?提交了正確的?ZKP，且?A,B,C3?個礦工的礦工質押量分別為?200?K，?500?K，?300?K。那么，A,B,C?可以獲得的?PoW?獎勵分別為?0.4IDE，?1IDE，?0.6IDE。

Prover?的質押與懲罰

為了避免針對?prover?的惡意行為，prover?需要在一個特殊的系統合約中注冊，并質押一定數量的?token。如果當前質押數量小于閾值，則不允許提交?hash?和?ZKP。prover?提交?ZKP?獲得的獎勵也將依據質押量比例來分配，從而避免?prover?多次提交?ZKP?的惡意行為。

當?prover?出現以下行為，會進行不同程度的懲罰

prover?提交了錯誤的?hash

對于某個?sequence，如果沒有對應的?ZKP?通過驗證，則所有提交過?hash?的?prover?都將被懲罰

罰沒的?token?將被燒毀。

關于?ZKP?的兩步提交機制更多的細節與考量，請讀者參閱官方文檔。prover?質押以及懲罰的具體數字在未來可能會改動。

幾個考量

為什么允許多個?prover?提交?hash？如果第一個?hash?的提交者才能獲得獎勵，那么第一個?prover?提交了?hash?之后，其他?prover?就沒有動力提交?proof。如果一個惡意攻擊者提交?hash?之后遲遲不提交?proof，那么會阻礙整個?sequence?被驗證的速度。因此應當允許多個?prover?獨立且并行地提交?hash，以避免?ZKP?的驗證被單個攻擊者壟斷。

為什么需要設置一個時間窗口？假設任何人在提交了?hash?之后可以立即提交?proof，那么該?proof?仍然有可能被搶跑。因為攻擊者會立即提交一個與自己地址關聯的?hash，隨后提交?proof，從而獲取獎勵。設置時間窗口之后，提交過?hash?的?prover?就沒有動力在此時間窗口內提交?proof，從而避免了?proof?被攻擊者利用的可能。

為什么要按照質押量來分配?PoW?獎勵？在一個時間窗口內，允許多個?prover?為同一個?sequence?提交?hash。實際上，礦工可以利用自己生成的?proof?提交多個?hash，從而占有大部分甚至所有?PoW?獎勵。為了避免這種攻擊行為，一個?sequence?的?PoW?獎勵將按照礦工質押量的比例來分配。

總結與規劃

本文提出的?ZKP?兩步提交算法，在實現了?prover?去中心化的同時，能很好地規避針對?prover?的搶跑攻擊，并鼓勵更多的礦工提供穩定、持續的?ZKP?算力。最初的版本將在?Opside?的?Pre-alphatestnet?上線。在未來，Opside?也將在更多?ZKP?的挖礦領域進行更多創新。例如：

根據整個網絡的?ZKP?算力供需關系，動態調整?PoS?與?PoW?的獎勵分配比例

根據?ZK-Rollup?類型、Rollup?交易數量、gas?使用量等進行工作量預估，建立?Rollupbatch?的個性化定價機制

應用開發者對所屬?Rollup?的?ZKP?生成進行補貼，以激勵礦工提供算力

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