Antecedentes

Em 10 de abril, A16z Crypto lançou a solução de conhecimento zero Jolt para acelerar e simplificar as operações de escalonamento da blockchain. Jolt integra SNARK (Argumento Sucinto Não Interativo de Conhecimento), permitindo que os desenvolvedores criem rapidamente soluções L2 baseadas em SNARK. A equipe também afirmou que Jolt é duas vezes mais rápido do que os atuais zkVMs. A tecnologia ZK tem sido um dos principais temas na indústria de criptomoedas, com o ZK-Rollup sendo elogiado por Vitalik como uma solução de longo prazo para a escalabilidade do Ethereum. O lançamento do Jolt pela A16z desde agosto do ano passado até seu lançamento oficial este ano indica que o ZK-Rollup ainda é um caminho de longo prazo que requer esforço árduo. O ZK-Rollup atraiu muitos participantes, formando categorias técnicas mais refinadas para diferenciar entre os projetos. Sua compatibilidade com o EVM é o padrão de classificação mais representativo.

EVM, devido a razões históricas, possui muitos designs não amigáveis ao ZK. No entanto, muitos projetos existentes foram construídos na EVM nas fases iniciais, e o ZK-Rollup ainda é visto como uma solução futura de escalabilidade. Portanto, a grande maioria dos projetos de ZK-Rollup naturalmente enfrenta o trade-off entre ser mais compatível com a EVM ou mais compatível com o ZK.

ZKM incubado pela Metis DAO adota uma abordagem mais fundamental e propõe uma solução universal zkMIPS. O zkMIPS alcança a conversão do processo de execução do programa para ZKP usando um conjunto de instruções MIPS de nível inferior. Além da compatibilidade com EVM, também pode ser compatível com outros VMs, como MoveVM e RustVM, permitindo que ZK-Rollup abra suas portas para uma gama mais diversificada de desenvolvedores.

Este artigo fornecerá aos leitores uma compreensão aprofundada dos esforços e progressos da Metis em ZK e Sequencer descentralizado.

ZKM e Rollups Híbridos: Uma Mistura de OP e ZK

O desempenho notável da Metis no mercado é inseparável do seu inovador mecanismo de Hybrid Rollups, que combina provas de fraude e provas de validade para incorporar as vantagens de ambos.

A tecnologia zkMIPS da ZKM fornece suporte de compatibilidade sólido para os Hybrid Rollups da Metis, permitindo à Metis alcançar integração orgânica de ZK e EVM.

2.1 Mecanismos e Vantagens de Rollups Híbridos

Em Rollups Híbridos, funções-chave incluem:

• Sequenciador: Responsável por receber e processar transações de usuários, determinar a ordem ótima das transações e empacotá-las para liberação para as camadas de consenso e disponibilidade de dados.
• Proponentes: Avaliar transações e raízes de estado enviadas pelo Sequenciador e registá-las na Cadeia de Compromisso de Estado (SCC).
• Verificadores: Verifiquem as raízes de estado na cadeia Rollup para garantir a correção das transações e evitar comportamentos fraudulentos.

Nas soluções L2 padrão, o Sequenciador coleta e processa transações e, em seguida, publica dados de transação na mainnet Ethereum (L1). Esse processo requer validação final de dados e confirmação por L1 para garantir segurança e consistência.

Origem: https://mirror.xyz/msfew.eth/WQJaOcFkpTOZLns8MBQaCS4OepRoaZ7uoctnLAnalVw

Os Rollups híbridos adotam uma abordagem híbrida ao processar e otimizar transações L2. Os passos específicos são os seguintes:

1. Início e processamento da transação:

• Os utilizadores iniciam transações no L2.
• O Sequenciador recebe e processa essas transações e determina a sua ordem na Cadeia de Transações Canônica (CTC).

1. Submissão e verificação de estado:

• Os proponentes avaliam a transação e submetem a raiz do estado ao SCC.
• Os verificadores revisam a raiz de estado na SCC para garantir que está correta.

1. Geração e verificação de prova de conhecimento zero:

• O provador lê os dados do L1 e gera a prova ZK. Este é um recurso chave dos Rollups Híbridos, permitindo que o sistema verifique a validade da transação sem revelar o conteúdo específico da transação.
• Uma vez que a prova ZK é gerada, o Verificador iniciará o processo de prova de fraude e poderá punir o Sequenciador se não for submetida a tempo.

1. Confirmação final de dados e estado:

• Uma vez que a prova ZK é verificada, a transação é finalizada através de contratos inteligentes.
• L1 e L2 são ligados através de contratos inteligentes para garantir a transferência segura de fundos e estado.

O design dos Hybrid Rollups oferece várias vantagens significativas:

• Eficiência e custo-eficácia: Ao usar provas ZK, os Hybrid Rollups podem processar mais transações enquanto consomem menos gás.
• Segurança reforçada: Combinando provas tradicionais de fraude e provas ZK, a segurança e a correcção das transacções podem ser garantidas mesmo quando se depara com comportamento malicioso potencial.
• Escalabilidade: Usando provas recursivas, os Rollups Híbridos podem lidar com transações em grande escala sem sacrificar o desempenho, suportando uma gama mais ampla de aplicações blockchain.
• Compatibilidade e flexibilidade: Suporta vários contratos inteligentes e linguagens de programação, permitindo que os desenvolvedores migrem facilmente aplicativos existentes para pacotes cumulativos híbridos.

2.2 Como zkMIPS Alcança Uma Boa Compatibilidade ZK

A ideia principal da ZK é converter o processo de execução do programa numa prova matemática que pode ser facilmente verificada para que todos possam verificar facilmente a correção da execução do programa sem repetir o programa. A dificuldade está em transformar a lógica do programa arbitrária numa prova matemática relativamente estável.

Os programadores geralmente usam linguagens de alto nível para desenvolver programas, e diferentes linguagens de alto nível usam lógicas diferentes para “conversar” com o hardware.

Portanto, os caminhos de implementação dos projetos ZK existentes muitas vezes são incompatíveis entre si. Scroll escreve circuitos diretamente para cada opcode do EVM, alcançando equivalência ao nível do opcode, o que reflete com precisão o EVM, mas traz uma enorme quantidade de engenharia.

Polygon zkEVM cria uma VM personalizada com desempenho otimizado, converte diretamente o bytecode EVM em bytecode VM e alcança de forma mais eficiente a equivalência ao nível de opcode. No entanto, a introdução de uma grande quantidade de código personalizado pode levar a desvios do EVM a longo prazo;

zkSync criou sua VM (SyncVM) e definiu sua representação intermediária algébrica (AIR) com base em registradores e depois construiu um compilador especializado para compilar Yul (uma linguagem intermediária que pode ser compilada em palavras de diferentes versões do EVM). O código da seção (considerado como um Solidity de nível inferior) é compilado em LLVM-IR e, em seguida, compilado em instruções para uma VM personalizada, alcançando assim a compatibilidade em nível de Solidity, mas não pode usar diretamente as ferramentas existentes do Ethereum. As conversões também podem exigir procedimentos de reauditoria.

StarkNet abandona a compatibilidade com EVM e utiliza diretamente a sua linguagem de baixo nível (Cairo) para executar uma VM de contrato inteligente personalizada (Cairo VM) para alcançar máxima eficiência ZK.

Comparado com as soluções dos projetos acima, a ZKM escolheu um caminho mais inclusivo: zkMIPS.

MIPS, que significa “Microprocessador sem Estágios de Pipeline Interligados”, é um conjunto de instruções de microprocessador simples que começou em 1985.

O princípio básico do MIPS é reduzir as instruções complexas do microprocessador à sua forma mais básica, o que aumenta a velocidade de processamento e reduz a complexidade da execução dos programas.

No sistema zkMIPS, este conjunto de instruções é usado para implementar a conversão de programas em provas ZK.

O processo de implementação do zkMIPS é o seguinte:

• Conversão de programa para MIPS: Primeiro, contratos inteligentes ou programas escritos em linguagens de programação de alto nível, como Solidity ou Rust, são compilados para o conjunto de instruções MIPS. Este passo consiste em converter abstrações de nível mais elevado em operações concretas que podem ser executadas ao nível do hardware.
• Gerar provas de conhecimento zero: Estas instruções MIPS são então utilizadas para gerar as provas de conhecimento zero correspondentes. Devido à natureza simplificada do MIPS, este passo é mais eficiente computacionalmente e pode produzir provas mais rapidamente sem sacrificar a segurança.

Vantagens de zkMIPS

• Compatibilidade: zkMIPS suporta tanto Solidity compatível com EVM quanto outras linguagens de desenvolvimento mainstream, como Rust e Move. Isso permite que zkMIPS atenda ao ecossistema mais amplo de desenvolvimento de blockchain, trazendo mais possibilidades de aplicação.
• Custo-eficácia: Devido à eficiência do conjunto de instruções MIPS, o zkMIPS pode reduzir significativamente os custos de computação ao gerar provas de conhecimento zero, aumentando a sustentabilidade global do sistema.
• Provas recursivas: zkMIPS suporta provas recursivas, que agregam múltiplas provas numa unidade mais gerível. Isto é crucial para melhorar a escalabilidade do sistema.

As vantagens do MIPS foram integradas em projetos como o Optimism. O mecanismo Cannon do Optimism converte programas executados em MIPS, tornando mais fácil e eficiente encontrar erros e reexecutar quando o processo de execução é desafiado.

A Metis também seguiu esta tendência e integrado Cannon no seu ecossistema. Isso valida ainda mais a praticidade e eficiência da tecnologia zkMIPS.

Sequenciador Descentralizado: Descentralização e Sustentabilidade

Além de usar Rollups Híbridos para combinar as vantagens de OP e ZK, a Metis também promove ativamente a implementação de sequenciadores descentralizados e dá um exemplo descentralizado para Rollups.

No modelo tradicional de Rollup, embora um único Sequenciador possa processar eficazmente transações e dados, também concentra uma grande quantidade de poder, o que pode levar a vários riscos:

• Risco operacional: Se o sequenciador falhar ou for atacado, o processamento de transações de todo o sistema será bloqueado.
• Risco de censura: Os sequenciadores podem processar ou rejeitar seletivamente transações, o que pode restringir o acesso dos utilizadores a protocolos ou serviços específicos de finanças descentralizadas (DeFi).
• Risco de manipulação: Na sequenciação de transações, o sequenciador pode priorizar suas transações e obter benefícios impróprios aumentando as taxas de transação, ou seja, o valor máximo extraível (MEV).

Para resolver os problemas acima, a Metis projetou um pool de Sequencer descentralizado. É composto por vários nós Sequencer para agregar, sequenciar e executar transações em conjunto. Este design garante a justiça e transparência do sistema:

• Mecanismo de consenso: Mais de dois terços dos nós Sequencer devem concordar com o estado de cada novo bloco antes que um lote de transações possa ser submetido à mainnet Ethereum (L1).
• Assinatura de cálculo multi-party (MPC): Antes da submissão do lote de transações para L1, a autenticidade do lote é verificada através da assinatura MPC para garantir a precisão dos dados.

Vantagens do Sequenciador descentralizado:

• Segurança reforçada: Através da tomada de decisões conjunta por vários nós, o risco de falha de ponto único é reduzido e a robustez e segurança da rede são aumentadas.
• Reduzir a possibilidade de censura e manipulação: A existência de múltiplos Sequenciadores torna difícil para um único nó manipular ou censurar transações, protegendo a liberdade dos utilizadores de transações.
• Estabilidade e redundância: O sistema suporta a rotação suave dos Sequencers, minimizando o impacto de falhas ou interrupções e melhorando a estabilidade de toda a rede.

No modelo Sequencer descentralizado da Metis, cada nó é composto por vários componentes-chave:

• L2 Geth (incluindo OP-Node): Responsável pela sequenciação de transações e montagem de blocos.
• Módulo do adaptador: serve como intermediário para interação com outros módulos externos (principalmente nós PoS).
• Submetedor em lote (Proponente): Responsável por construir lotes de transações e submetê-los ao L1 após obter aprovação de vários Sequenciadores.
• Nó PoS: Coordena entre as camadas Ethereum, de consenso e Metis para garantir que os ativos sejam seguramente bloqueados e os validadores sejam recompensados.
• Camada de consenso: Contém um grupo de nós Tendermint PoS em execução em paralelo com a rede principal do Ethereum para garantir eficiência operacional sem prejudicar o processo da rede principal.

Origem: https://ethresear.ch/t/pos-sequencer-pool-decentralizing-an-optimistic-rollup/16760

Este design permite que o pool de Sequenciador descentralizado da Metis não só melhore a justiça e transparência do processamento de transações, mas também aprimore a segurança e estabilidade da rede por meio do poder descentralizado. Todos eles são elementos-chave na construção de um ecossistema blockchain confiável e sustentável.

Sumário e Perspetivas

As vantagens tecnológicas e conceituais da Metis criam uma base sólida para o desenvolvimento futuro. Os Rollups Híbridos baseados em zkMIPS são esperados para resolver o problema de compatibilidade do ZK-Rollup e trazer um ecossistema de desenvolvedores mais diversificado.

O avanço do Sequenciador descentralizado demonstra a visão da equipa de perseguir a descentralização. À medida que o ecossistema Metis continua a amadurecer, temos motivos para acreditar que a Metis se tornará um cavalo escuro que continua a correr na competição futura de L2, criando um fluxo constante de valor para utilizadores e desenvolvedores.

Declaração:

1. Este artigo, originalmente intitulado "Explorando as vantagens tecnológicas da Metis", é reproduzido a partir de [Comunidade Biteye]. Todos os direitos autorais pertencem ao autor original [Wilson Lee, contribuidor principal do Biteye]. Se tiver alguma objeção à reedição, entre em contato com o Gate Learnequipa, a equipa irá tratar disso o mais brevemente possível.

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