MPC:以太坊虚拟机（EVM）创新热潮下，谁是赢家？_比特币

小探本期为大家带来的内容主题是“以太坊虚拟机创新热潮下，谁是赢家?”

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关于以太坊虚拟机的性能

在以太坊主网上的每一个操作都要花费一定的Gas，如果我们把跑基础应用所需的计算量都放在链上，要么App会崩溃，要么用户会破产。

这催生了L2：OPRU引入了排序器来捆绑一堆交易，然后提交到主网上。这不仅有助于app承接以太坊的安全性，同时也给予了用户更好的体验。用户可以更快地提交交易，手续费也更加便宜了。虽然操作变得便宜了，但它仍然使用原生EVM作为执行层。和ZKRollups类似，Scroll、PolygonzkEVM使用或将使用基于EVM的zk电路，zkProof将在其证明器上进行的每一笔交易或者一大包交易中生成。虽然这能让开发者建立"全链上"的应用程序，但它是否仍能高效且经济地运行高性能的应用程序呢？

这些高性能应用都有哪些？

人们首先想到的是游戏、链上订单簿、Web3社交、机器学习、基因组建模等。所有这些都需要大计算量，在L2上运行也会非常昂贵。EVM的另一个问题是，计算的速度和效率不如现在的其他系统，如SVM。

虽然L3EVM可以使计算更便宜，但EVM本身的结构可能不是执行高计算的最佳方式，因为它无法计算并行运算。在上面每建一个新的层的时候，为了保持去中心化的精神，就需要建立新的基础设施，这仍然需要同样数量的提供者来扩展，或者是一组全新的节点提供者来提供资源，或者两者都需要。

因此，每当更先进的解决方案被建立时，现有的基础设施就要被升级，或者在上面建立一个新的层。为了解决这个问题，我们需要一个后量子安全、去中心化、无需信任、高性能的计算基础设施，可以真正高效地使用量子算法为去中心化的应用进行计算。

以太坊L2网络总锁仓量为55.7亿美元:金色财经报道，L2BEAT数据显示，截至3月1日，以太坊Layer2上总锁仓量为55.7亿美元。其中锁仓量最高的为扩容方案Arbitrum，约30.5亿美元，占比54.87%。其次是dYdX，锁仓量9.8亿美元，占比17.59%。[2022/3/1 13:28:45]

像Solana、Sui和Aptos这样的alt-L1s能够实现并行执行，但由于市场情绪,流动性短缺市场上缺乏开发人员，他们不会对以太坊产生挑战。因为缺乏信任，而且以太坊用网络效应建立的护城河是里程碑式的。到目前为止，ETH/EVM的杀手并不存在。这里的问题是，为什么所有的计算都应该在链上？是否存在一个同样无需信任、去中心化的执行系统？这是DCompute系统能够实现的。

DCompute基础设施要做到去中心化、后量子安全，也要做到无信任，不需要或者说不应该是区块链/分布式技术，但验证计算结果，正确的状态转换和最终确认是非常重要的。EVM链的运行就是如此，在保持网络的安全性和不可篡改性的同时，去中心化的、无需信任的、安全的计算可以被移到链下。

我们在这里主要忽略的是数据可用性的问题。这篇文章并非不关注数据的可用性，因为像Celestia和EigenDA这样的解决方案已经在朝这个方向发展。

1:只将计算外包

2.将计算与数据可用性外包

美SEC文件透露机构中基于以太坊的持股在第三季度增长 19%:11月16日消息，美SEC文件显示，上个季度比特币机构持股下降，而许多增加了基于以太坊的产品的持股。大型机构持有的灰度比特币信托股票数量在第三季度下降了 2.6%，而灰度以太坊信托的股票数量与上季度相比上涨了 19%。在最新一批监管文件中，10 家新公司披露其投资组合中包含 ETHE。最大的两家是位于纽约的Tocqueville Asset Management，拥有 79,398 股以太坊信托，以及位于旧金山的 Main Management ETF Advisors，拥有 78,000 股。与此同时，几家公司似乎已经完全放弃了他们的 GBTC 股票。其中最大的一家位于德克萨斯州的 Outlook Wealth Advisors, LLC 出售了其 60,000 股 GBTC 股票，并报告称其现在持有采矿和软件开发公司比特币服务公司 (BTSC) 的 60,000 股股票。（Decrypt）[2021/11/16 21:54:48]

当我们看到Type1时，zk-rollups已经在做这个，但它们要么受限于EVM，要么需要教导开发者学习全新的语言/指令集。理想的解决方案应该是高效的、有效的、去中心化的、私密的和可验证的。ZK证明可以在AWS服务器上构建，但它们并不是去中心化的。像Nillion和Nexus这样的解决方案正在尝试以去中心化的方式解决通用计算的问题。但这些解决方案是无法验证的，如果没有ZK证明的话。

Type2将链下计算模型与保持分离的数据可用性层结合起来，但计算仍然需要在链上进行验证。

让我们来看一下今天可用的不完全可信和可能完全无信任的不同去中心化计算模型。

Plasm Network中国代表宋明时：波卡市值是有望超越以太坊的:金色财经现场报道，由金色财经主办的“2021共为·创新大会”4月11日在上海举行，本次大会以“DeFi的创新进阶”为主题。Plasm Network中国代表宋明时在圆桌“探索未知:波卡未来的发展究竟如何?”上表示，以太坊上的主要赛道，波卡都有在做，也有以太坊上的项目在迁移到波卡上。波卡市值是有望超越以太坊的。[2021/4/11 20:07:52]

其他计算系统

以太坊外包计算生态图

安全飞地计算/可信执行环境

TEE就像计算机或智能手机内部的一个特殊盒子。它有自己的锁和钥匙，只有特定的程序才能访问。当这些可信应用程序在TEE内部运行时，它们就受到其他程序甚至操作系统本身的保护。

这就像一个只有几个特殊朋友可以进入的秘密藏身处。TEE最常见的例子是安全隔离区，它们存在于我们使用的设备上，例如苹果的T1芯片和英特尔的SGX，用于在设备内部运行关键操作，如FaceID。

由于TEE是隔离的系统，认证过程无法被破坏，因为认证中存在信任假设。可以将其想象为存在一个安全门，你相信它是安全的，因为Intel或Apple建造了它，但世界上有足够多的安全破坏者，可以破坏这扇安全门。TEE不是“后量子安全”的，这意味着拥有无限资源的量子计算机可以破解TEE的安全性。随着计算机迅速变得更加强大，我们必须在构建长期计算系统和密码学方案时牢记后量子安全性。

Cardano在以太坊虚拟机开发网络中增加新编程语言Glow:Cardano在以太坊虚拟机（EVM）开发网络中增加了一种新的编程语言Glow，该语言旨在简化智能合约的编写和部署。引入Glow将改善开发过程并降低其成本。（U.Today）[2021/2/26 17:56:57]

安全多方计算(SMPC)

SMPC也是区块链技术从业熟知的一种计算方案，在SMPC网络中大致的工作流程会有如下3部分组成：

步骤1：将计算的输入转换为份额，并分布在SMPC节点之间。

步骤2：进行实际的计算，通常涉及SMPC节点之间的消息交换。在此步骤结束时，每个节点将拥有计算输出值的一个份额。

步骤3：将结果份额发送到一个或多个结果节点，这些节点运行LSS以重构输出结果。

想象一个汽车生产线，汽车的构建和制造组件被外包给原始设备制造商，然后有一个装配线，将所有组件组装在一起制造汽车。

秘密分享(Secretsharing)对于保护隐私的去中心化计算模型非常重要。这可以防止单个参与方获得完整的"秘密"，并恶意产生错误的输出。SMPC可能是最容易和最安全的去中心化系统之一。虽然目前不存在一个完全去中心化的模型，但从逻辑上讲这是有可能的。

像Sharemind这样的MPC提供商为计算提供MPC基础设施，但提供商仍然是集中的。如何确保隐私，如何确保网络(或Sharemind)没有恶意行为?这就是zk证明和zk可验证计算的由来。

NilMessageCompute

NMC是由Nillion团队开发的一种新的分布式计算方法。它是MPC的升级版，其中节点无需通过通过结果交互来进行通信。为此，他们使用了一种称为一次掩码的密码原语，利用一系列称为遮蔽因子的随机数来掩盖一个Secret，类似于一次性填充。OTM旨在以高效的方式提供正确性，这意味着NMC节点不需要交换任何消息来执行计算。这意味着NMC不会有SMPC的可扩展性问题。

4.8万ETH参与以太坊2.0存款合约质押 距主网启动还需47.5万枚:11月9日，48898枚ETH参与以太坊2.0存款合约质押。以太坊2.0主网启动需满足475390枚ETH参与质押，并且验证者达到16384个。目前质押率已达到9.32%，距离主网启动还需至少475390枚ETH。[2020/11/9 12:03:48]

零知识可验证计算

ZK可验证计算是对一组输入和一个函数生成零知识证明，并证明任何系统执行的计算都会是正确执行的。尽管ZK验证计算是新生事物，但它已经是以太坊网络扩展路线图中一个非常关键的部分，

ZK证明有各种各样的实现形式：

上面我们对zk证明的实现方式有了基本的了解，那么使用ZK证明验证计算需要什么条件呢？

首先，我们需要选择一个证明原语，理想的证明原语生成证明的成本低，对内存的要求不高，并且要易于验证

其次，选择一种zk电路，设计用于通过计算生成上述原语的证明

最后，在某个计算系统/网络中通过提供的输入对给定的函数进行计算并给出输出。

开发者的难题-证明效率困境

另外一个不得不说的事情就是构建电路的门槛还是很高，让开发者学习Solidity已经不是一件容易的事情，现在要求开发者学习Circom等来构建电路，或者学习一门特定的编程语言(如Cairo)来构建zk-apps，这似乎是一个遥不可及的事情。

如上面的统计数据显示，将Web3的环境改造得更适于开发，似乎比将开发人员引入新的Web3开发环境更具可持续性。

如果ZK是Web3的未来，Web3应用程序需要使用现有的开发人员技能来构建，那么ZK电路就需要这样设计：支持由JavaScript或Rust等语言编写的算法执行的计算生成证明。

这样的解决方案确实存在，笔者想到的是两个团队:RiscZero和LurkLabs。两个团队都有一个非常相似的愿景，即他们允许开发人员无需经历陡峭的学习曲线即可构建zk-app。

LurkLabs还处于早期阶段，但该团队已经在这个项目上工作了很长时间。他们专注于通过通用电路生成Nova证明（NovaProof)。Nova证明是由卡耐基梅隆大学的AbhiramKothapalli和微软研究院的SrinathSetty以及纽约大学的IoannaTziallae提出的。与其他SNARK系统相比，Nova证明在进行增量可验证计算(IVC)方面具有特殊优势。增量可验证计算(IVC)是计算机科学和密码学中的一个概念，旨在实现计算的验证，而无需从头开始重新计算整个计算。当计算时间长且复杂时，需要针对IVC对证明进行优化。

Bonsai网络设计的美妙之处在于计算可以初始化，验证，输出全部做到链上。所有这些听起来都像是乌托邦，但STARK证明也带来了问题——验证成本太高。

Nova证明似乎非常适合重复计算(它的折叠方案经济高效)和小型计算，这可能使Lurk成为ML推理验证的一个很好的解决方案。

谁是赢家？

一些zk-SNARK系统在初始设置阶段需要一个可信的设置过程，生成一组初始参数。这里的信任假设是，可信的设置是诚实执行的，没有任何恶意行为或篡改。如果受到攻击，可能会导致创建无效的证明。

STARK证明假设低阶测试的安全性，用于验证多项式的低阶性质。它们还假设哈希函数表现得像随机预言机一样。

两个系统的正确实施也是一个安全假设。

SMPC网络依赖于以下几点：

SMPC参与者可以包括“诚实但好奇“的参与者，他们可以通过与其他节点通信来尝试访问任何底层信息。

SMPC网络的安全性依赖于参与者正确执行协议并不故意引入错误或恶意行为的假设。

某些SMPC协议可能需要一个可信的设置阶段来生成加密参数或初始值。这里的信任假设是可信设置被诚实执行。

与SMPC网络相同，安全假设保持不变，但由于OTM的存在，不存在“诚实但好奇“的参与者。

OTM是一种多方计算协议，旨在保护参与者的隐私。它通过使参与者在计算中不公开其输入数据来实现隐私保护。因此，“诚实但好奇“的参与者不会存在，因为他们无法通过与其他节点通信来试图访问底层信息。

有明确的赢家吗?我们不知道。但每种方法都有自己的优点。虽然NMC看起来像是SMPC的明显升级，但该网络还没有上线，也没有经过实战测试。

使用ZK可验证计算的好处是它是安全和隐私保护的，但它没有内置的秘密共享功能。证明生成和验证之间的不对称使它成为可验证外包计算的理想模型。如果系统使用纯粹的zk验证计算，则计算机(或单个节点)必须非常强大才能执行大量计算。为了在保护隐私的同时启用负载共享和平衡，必须有秘密共享。在这种情况下，像SMPC或NMC这样的系统可以与像Lurk或RiscZero这样的zk生成器相结合，以创建强大的分布式可验证外包计算基础设施。

当今的MPC/SMPC网络是中心化的，这一点变得尤为重要。目前最大的MPC提供商是Sharemind，它上面的ZK验证层可以证明是有用的。去中心化MPC网络的经济模型尚未跑通。理论上，NMC模式是MPC系统的升级，但我们还没有看到其成功。

在ZK证明方案的竞赛中，可能不会出现赢家通吃的情况。每种证明方法都针对特定类型的计算进行了优化，并且没有一个适合所有类型的模型。计算任务的类型有很多种，也取决于开发人员在每个证明系统上做出的权衡。笔者认为基于STARK的系统和基于SNARK的系统以及它们未来的优化在ZK的未来都有一席之地。

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