ANT:去中心化的Prover如何实现？Opside 创新性提出 ZKP的两步提交算法_antiqueplatform

原文来源：OpsideTeam

为什么我们需要去中心化的?prover

当前，以太坊主网上已经有多个?ZK-Rollups?在运行了。然而?ZK-Rollup?的去中心化设计仍然处于早期阶段。我们目前都聚焦在?Sequencer?的去中心化问题上，大部分人都忽略了，实际上目前绝大部分的?ZK-Rollup?项目都没有实现去中心化的?prover。

对于?ZK-Rollup?来说，中心化的?prover?仍然是安全的，并且也不像中心化的?sequencer?那样会带来审查的问题。但是中心化的?prover?也会引发很多问题。首先，如果只有一个?prover，那么单节点宕机就会造成整个?ZK-Rollup?的有效性证明无法提交，从而给交易的最终确定性造成影响。其次，中心化的?prover?成本高昂，无法承担未来海量的?ZK-Rollup?的算力需求。最后，从经济的角度来说，中心化的?prover?独享了一部分收益，这在代币经济学上来说，实际上是不公平的。

去中心化内容发布平台Mirror已开放所有Web3工具组件:10月14日消息，去中心化内容发布平台 Mirror 向所有人开放 Web3 工具组件的其余部分，目前所有 Web3 工具组件都已开放，包括出版（Publishing）、众筹（Crowdfunds）、版本（Editions）、拆分（Splits）、代币竞赛（Token Race）和拍卖（Auctions），任何人都可以连接自己的钱包并开始构建 Web3 项目。接下来几个月 Mirror 也将扩展工具包，以支持会员原始信息、治理功能、自定义 NFT 空投、社区仪表板、Web3 配置文件页面等功能，致力于让创作者可以推出 DAO、创建社区，并以新的 Web3 商业模式谋生。[2021/10/14 20:28:06]

去中心化?prover?的挑战

去中心化?prover?能很好地解决以上的问题，但是也带来一些挑战，这也是为什么最近上线的几个?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?来提交?ZKP，zkSyncera?也是类似。

去中心化筹款和跨链通证启动平台Poolz成立200万美元NFT和游戏基金:金色财经报道，去中心化筹款和跨链通证启动平台Poolz宣布成立200万美元NFT和游戏基金，旨在为行业带来新技术和发展。Poolz 将关注 NFT 和游戏市场上一些最有趣的项目，预计会有更多开发人员和创业者带着高潜力项目和初创项目进入区块链领域，此外该基金也会关注元宇宙行业并成为这一领域里的投资先驱之一。[2021/9/4 22:59:04]

从技术细节上来讲，ZK-Rollup?的智能合约验证?ZKP?的时候，需要原始的?proof?数据，这就可能引发各种不同的链上攻击行为。例如，某一个?prover?提交计算出来的?ZKP?到链上合约时，需要发一笔L1的交易。当这个?prover?发出的交易广播到交易池中，攻击者就可以看到原始?proof?数据，攻击者可以设置一个更高的?gas?费来发交易，从而优先打包到区块中，来获取?PoW?奖励。

共为2020 | ViaBTC&CoinEx创始人杨海坡：去中心化的存储是一个伪需求:金色财经现场报道，2020年6月21日，由金色财经主办的共为2020·区块链创新应用论坛在深圳拉开帷幕。ViaBTC&CoinEx创始人杨海坡在《十年一顾 再谈共识》圆桌对话中指出，我对IPFS的发展不看好，因为它提高了成本，比如说大规模的存储安全性以及费用、成本要求非常的高，区块链在存储的市场实际上是提高了成本，降低了效率。因为区块链是去中心化的，本质上是多副本的数据库，所以说我认为去中心化的存储是一个伪需求。

区块链本身还是一个容量低的数据库，主要解决的还是资产的发行和资产的交易。如果说更多的数据包括游戏和存储放到链上，整个链很难运转起来，因为成本太高了。[2020/6/21]

此外，由于?prover?之间是依靠算力来竞争，没有一个可信的身份识别机制，也很难建立一个通信机制。不同的矿工有可能做重复的工作，从而造成算力的浪费。

声音 | 武汉大学崔晓辉：去中心化和加密技术能解决第三方高成本信任问题:据中华农林网消息，武汉大学国际软件学院院长崔晓辉接受采访时表示，食品安全区块链应用的总体思路是基于农业大数据的食品安全监管智能化应用技术，形成标准体系，建立智慧监管云平台，从而实现数据上链、共识验证，建立便于监管审计、溯源防伪的全流程追溯解决方案。采用去中心化和加密技术，能够解决长期困扰我们的第三方高成本信任机制验证模式问题。如果用区块链技术打通基因育种、饲料环保、规模养殖、生猪屠宰、食品加工和食品销售产业链全过程，建立猪肉生产全产业链管控云，就能共同构建猪肉生产流通全链条的食品安全保障平台。[2019/3/1]

ZKP?的两步提交

Opside提出了一个?ZKP?两步提交算法，来实现了?prover?的去中心化。这种算法既能够防止?ZKP?抢跑攻击，又可以让更多的矿工获得奖励，从而鼓励更多的矿工在线，并提供稳定、持续的?ZKP?算力。

动态 | Overstock子公司投资去中心化社交平台:据Cointelegraph报道，Overstock的风险投资子公司Medici Ventures已经投资了去中心化社交网络mind, Inc. (Minds.com)。mind是一个去中心化的社交网络平台，最近，Minds公司在Ethereum (ETH)推出了自己的本地加密令牌MINDS。[2018/10/23]

第?1?步：提交?hash

对于某个?sequence，prover?计算出?ZKP?之后，首先计算的?hash，并向链上智能合约提交?hash?和?address。其中，proof?是某一个?sequence?的零知识证明，address?是该?prover?的地址

假设在第?1?个?prover?在第?T?个区块提交了?hash，则在第?T+?10?区块以内，还可以接受其他?prover?提交?hash，没有数量限制。第?T+?11?区块及之后，不再接受新的?prover?提交?hash

第?2?步：提交?ZKP

第?T+?11?区块及之后，允许任何?prover?提交?ZKP。只要有一个?ZKP?通过验证，那么就可以根据该?ZKP?对所有提交过的?hash?进行校验。校验通过的?prover?都可以得到?PoW?奖励，奖励金额按照矿工质押量的比例来分配。

如果在第?T+?20?区块之前，都没有?ZKP?通过验证，则所有提交过?hash?的?prover?都将被?slash。此时该?sequence?重新开放，允许提交新的?hash，回到第?1?步

举一个例子，假设?Opside?中每个L2区块的?PoW?奖励是?128IDE，当前总共有?64?个?Rollupslots，那么每一个?Rollupsequence?分配到的?PoW?奖励是?2IDE。如果先后有?A,B,C3?个矿工为一个?sequence?提交了正确的?ZKP，且?A,B,C3?个矿工的矿工质押量分别为?200?K，?500?K，?300?K。那么，A,B,C?可以获得的?PoW?奖励分别为?0.4IDE，?1IDE，?0.6IDE。

Prover?的质押与惩罚

为了避免针对?prover?的恶意行为，prover?需要在一个特殊的系统合约中注册，并质押一定数量的?token。如果当前质押数量小于阈值，则不允许提交?hash?和?ZKP。prover?提交?ZKP?获得的奖励也将依据质押量比例来分配，从而避免?prover?多次提交?ZKP?的恶意行为。

当?prover?出现以下行为，会进行不同程度的惩罚

prover?提交了错误的?hash

对于某个?sequence，如果没有对应的?ZKP?通过验证，则所有提交过?hash?的?prover?都将被惩罚

罚没的?token?将被烧毁。

关于?ZKP?的两步提交机制更多的细节与考量，请读者参阅官方文档。prover?质押以及惩罚的具体数字在未来可能会改动。

几个考量

为什么允许多个?prover?提交?hash？如果第一个?hash?的提交者才能获得奖励，那么第一个?prover?提交了?hash?之后，其他?prover?就没有动力提交?proof。如果一个恶意攻击者提交?hash?之后迟迟不提交?proof，那么会阻碍整个?sequence?被验证的速度。因此应当允许多个?prover?独立且并行地提交?hash，以避免?ZKP?的验证被单个攻击者垄断。

为什么需要设置一个时间窗口？假设任何人在提交了?hash?之后可以立即提交?proof，那么该?proof?仍然有可能被抢跑。因为攻击者会立即提交一个与自己地址关联的?hash，随后提交?proof，从而获取奖励。设置时间窗口之后，提交过?hash?的?prover?就没有动力在此时间窗口内提交?proof，从而避免了?proof?被攻击者利用的可能。

为什么要按照质押量来分配?PoW?奖励？在一个时间窗口内，允许多个?prover?为同一个?sequence?提交?hash。实际上，矿工可以利用自己生成的?proof?提交多个?hash，从而占有大部分甚至所有?PoW?奖励。为了避免这种攻击行为，一个?sequence?的?PoW?奖励将按照矿工质押量的比例来分配。

总结与规划

本文提出的?ZKP?两步提交算法，在实现了?prover?去中心化的同时，能很好地规避针对?prover?的抢跑攻击，并鼓励更多的矿工提供稳定、持续的?ZKP?算力。最初的版本将在?Opside?的?Pre-alphatestnet?上线。在未来，Opside?也将在更多?ZKP?的挖矿领域进行更多创新。例如：

根据整个网络的?ZKP?算力供需关系，动态调整?PoS?与?PoW?的奖励分配比例

根据?ZK-Rollup?类型、Rollup?交易数量、gas?使用量等进行工作量预估，建立?Rollupbatch?的个性化定价机制

应用开发者对所属?Rollup?的?ZKP?生成进行补贴，以激励矿工提供算力

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