Antecedentes

El 10 de abril, A16z Crypto lanzó la solución de conocimiento cero Jolt para acelerar y simplificar las operaciones de escalabilidad de blockchain. Jolt integra SNARK (Argumento Conciso No Interactivo de Conocimiento), lo que permite a los desarrolladores crear rápidamente soluciones L2 basadas en SNARK. El equipo también afirmó que Jolt es dos veces más rápido que los zkVM actuales. La tecnología ZK ha sido uno de los principales hilos conductores en la industria de la criptomoneda, con ZK-Rollup siendo aclamado por Vitalik como una solución a largo plazo para la escalabilidad de Ethereum. El lanzamiento de Jolt por parte de A16z desde agosto del año pasado hasta su lanzamiento oficial este año indica que ZK-Rollup sigue siendo una pista a largo plazo que requiere un arduo esfuerzo. ZK-Rollup ha atraído a muchos actores, formando categorías técnicas más refinadas para diferenciar entre proyectos. Su compatibilidad con EVM es el estándar de clasificación más representativo.

EVM, debido a razones históricas, tiene muchos diseños no amigables con ZK. Sin embargo, muchos proyectos existentes fueron construidos en EVM en las primeras etapas, y ZK-Rollup todavía se ve como una solución futura de escalabilidad. Por lo tanto, la gran mayoría de los proyectos de ZK-Rollup naturalmente enfrentan el dilema entre ser más compatibles con EVM o más compatibles con ZK.

ZKM incubado por Metis DAO adopta un enfoque más fundamental y propone una solución universal zkMIPS. zkMIPS logra la conversión del proceso de ejecución del programa a ZKP mediante el uso de un conjunto de instrucciones MIPS de nivel inferior. Además de ser compatible con EVM, también puede ser compatible con otros VM, como MoveVM y RustVM, lo que permite a ZK-Rollup abrir sus puertas a un abanico más diverso de desarrolladores.

Este artículo proporcionará a los lectores una comprensión profunda de los esfuerzos y el progreso de Metis en ZK y Secuenciador descentralizado.

ZKM y Hybrid Rollups: Una combinación de OP y ZK

El notable rendimiento de Metis en el mercado es inseparable de su innovador mecanismo de Hybrid Rollups, que combina pruebas de fraude y pruebas de validez para encarnar las ventajas de ambos.

La tecnología zkMIPS de ZKM proporciona un sólido soporte de compatibilidad para los Hybrid Rollups de Metis, lo que permite a Metis lograr una integración orgánica de ZK y EVM.

2.1 Mecanismos y Ventajas de Rollups Híbridos

En los Rollups híbridos, los roles clave incluyen:

• Secuenciador: Responsable de recibir y procesar transacciones de usuarios, determinar el orden óptimo de las transacciones y empaquetarlas para su liberación a las capas de consenso y disponibilidad de datos.
• Proponentes: Evaluar las transacciones y raíces de estado enviadas por el Secuenciador y registrarlas en la Cadena de Compromiso de Estado (SCC).
• Verificadores: Verificar las raíces de estado en la cadena Rollup para garantizar la corrección de las transacciones y prevenir comportamientos fraudulentos.

En las soluciones L2 estándar, el Secuenciador recopila y procesa transacciones, y luego publica datos de transacciones en la mainnet de Ethereum (L1). Este proceso requiere validación final de datos y confirmación por L1 para garantizar seguridad y consistencia.

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

Los Rollups híbridos adoptan un enfoque híbrido al procesar y optimizar transacciones de L2. Los pasos específicos son los siguientes:

1. Inicio y procesamiento de transacciones:

• Los usuarios inician transacciones en L2.
• El Secuenciador recibe y procesa estas transacciones y determina su orden en la Cadena de Transacciones Canónica (CTC).

1. Presentación y verificación del estado:

• Los proponentes evalúan la transacción y envían la raíz del estado al SCC.
• Los verificadores revisan la raíz del estado en el SCC para asegurarse de que sea precisa.

1. Generación y verificación de prueba de conocimiento cero:

• El probador lee datos de L1 y genera una prueba de conocimiento cero. Esta es una característica clave de Hybrid Rollups, que permite al sistema verificar la validez de la transacción sin revelar el contenido específico de la transacción.
• Una vez que se genera la prueba ZK, el Verificador iniciará el proceso de prueba de fraude y puede castigar al Secuenciador si no se presenta a tiempo.

1. Confirmación final de datos y estado:

• Una vez que se verifica la prueba ZK, la transacción se finaliza a través de contratos inteligentes.
• L1 y L2 están conectados a través de contratos inteligentes para garantizar la transferencia segura de fondos y estado.

El diseño de Hybrid Rollups proporciona varias ventajas significativas:

• Eficiencia y rentabilidad: Al usar pruebas de conocimiento cero, Rollups Híbridos pueden procesar más transacciones mientras consumen menos gas.
• Seguridad mejorada: Combinando pruebas de fraude tradicionales y pruebas de conocimiento cero, la seguridad y la corrección de las transacciones pueden garantizarse incluso cuando se encuentre con posibles comportamientos maliciosos.
• Escalabilidad: Utilizando pruebas recursivas, los Rollups Híbridos pueden manejar transacciones a gran escala sin sacrificar rendimiento, lo que permite soportar una gama más amplia de aplicaciones blockchain.
• Compatibilidad y flexibilidad: Admite múltiples contratos inteligentes y lenguajes de programación, lo que permite a los desarrolladores migrar fácilmente las aplicaciones existentes a Rollups Híbridos.

2.2 Cómo zkMIPS logra una buena compatibilidad con ZK

La idea principal de ZK es convertir el proceso de ejecución del programa en una prueba matemática que se pueda verificar fácilmente para que todos puedan verificar fácilmente la corrección de la ejecución del programa sin repetir el programa. La dificultad radica en transformar la lógica del programa arbitrario en una prueba matemática relativamente estable.

Los desarrolladores suelen utilizar lenguajes de alto nivel para desarrollar programas, y diferentes lenguajes de alto nivel utilizan diferentes lógicas para "hablar" con el hardware.

Por lo tanto, las rutas de implementación de los proyectos ZK existentes a menudo son incompatibles entre sí. Scroll escribe directamente circuitos para cada opcode de EVM, logrando una equivalencia a nivel de opcode, que refleja con precisión EVM, pero conlleva una gran cantidad de ingeniería.

Polygon zkEVM crea una VM personalizada con un rendimiento optimizado, convierte directamente el bytecode de EVM en bytecode de VM y logra una equivalencia a nivel de opcode de manera más eficiente. Sin embargo, la introducción de una gran cantidad de código personalizado puede dar lugar a desviaciones del EVM a largo plazo;

zkSync creó su VM (SyncVM) y definió su representación intermedia algebraica (AIR) basada en registros, y luego construyó un compilador especializado para compilar Yul (un lenguaje intermedio que puede compilarse en instrucciones de diferentes versiones de EVM). El código de sección (considerado como un Solidity de nivel inferior) se compila en LLVM-IR, y luego se compila en instrucciones para una VM personalizada, logrando así una compatibilidad a nivel de Solidity, pero no puede usar directamente las herramientas existentes de Ethereum. Las conversiones también pueden requerir procedimientos de reauditoría.

StarkNet abandona la compatibilidad con EVM y utiliza directamente su lenguaje de bajo nivel (Cairo) para ejecutar una MV de contrato inteligente personalizada (Cairo VM) para lograr la máxima eficiencia ZK.

En comparación con las soluciones de los proyectos anteriores, ZKM ha elegido un camino más inclusivo: zkMIPS.

MIPS, que significa "Microprocesador sin etapas de tubería entrelazadas", es un conjunto de instrucciones de microprocesador de diseño simple que comenzó en 1985.

El principio básico de MIPS es reducir las instrucciones complejas del microprocesador a su forma más básica, lo que aumenta la velocidad de procesamiento y reduce la complejidad de ejecutar programas.

En el sistema zkMIPS, este conjunto de instrucciones se utiliza para implementar la conversión de programas a pruebas ZK.

El proceso de implementación de zkMIPS es el siguiente:

• Conversión de programa a MIPS: primero, los contratos inteligentes o programas escritos en lenguajes de programación de alto nivel como Solidity o Rust se compilan en el conjunto de instrucciones MIPS. Este paso consiste en convertir abstracciones de nivel superior en operaciones concretas que pueden realizarse a nivel de hardware.
• Generar pruebas ZK: Estas instrucciones de MIPS se utilizan para generar las pruebas de conocimiento cero correspondientes. Debido a la naturaleza simplificada de MIPS, este paso es más eficiente computacionalmente y puede producir pruebas más rápidamente sin sacrificar seguridad.

Ventajas de zkMIPS

• Compatibilidad: zkMIPS admite tanto Solidity compatible con EVM como otros lenguajes de desarrollo principales como Rust y Move. Esto permite a zkMIPS servir al ecosistema de desarrollo de blockchain más amplio, brindando más posibilidades de aplicación.
• Rentabilidad: Debido a la eficiencia del conjunto de instrucciones de MIPS, zkMIPS puede reducir significativamente los costos de computación al generar pruebas de conocimiento cero, aumentando la sostenibilidad general del sistema.
• Pruebas recursivas: zkMIPS admite pruebas recursivas, que agregan múltiples pruebas en una unidad más manejable. Esto es crucial para mejorar la escalabilidad del sistema.

Las ventajas de MIPS se han integrado en proyectos como Optimism. El mecanismo Cannon de Optimism convierte los programas ejecutados en MIPS, lo que hace que sea más fácil y eficiente encontrar errores y volver a ejecutarlos cuando se desafía el proceso de ejecución.

Metis también ha seguido esta tendencia e integrado Cannon en su ecosistema. Esto valida aún más la practicidad y eficiencia de la tecnología zkMIPS.

Secuenciador descentralizado: descentralización y sostenibilidad

Además de utilizar Hybrid Rollups para combinar las ventajas de OP y ZK, Metis también promueve activamente la implementación de secuenciadores descentralizados y establece un ejemplo descentralizado para Rollups.

En el modelo tradicional de Rollup, aunque un solo Secuenciador puede procesar eficazmente transacciones y datos, también concentra una gran cantidad de poder, lo que puede llevar a varios riesgos:

• Riesgo operativo: Si el secuenciador falla o es atacado, el procesamiento de transacciones de todo el sistema quedará bloqueado.
• Riesgo de censura: los secuenciadores pueden procesar o rechazar selectivamente transacciones, lo que puede restringir el acceso de los usuarios a protocolos o servicios específicos de finanzas descentralizadas (DeFi).
• Riesgo de manipulación: En la secuenciación de transacciones, el secuenciador puede priorizar sus transacciones y obtener beneficios impropios al aumentar las comisiones de transacción, es decir, el valor extraíble máximo (MEV).

Para resolver los problemas anteriores, Metis diseñó un grupo de Secuenciador descentralizado. Está compuesto por varios nodos de Secuenciador para agregar, secuenciar y ejecutar transacciones conjuntamente. Este diseño garantiza la equidad y transparencia del sistema:

• Mecanismo de consenso: Más de dos tercios de los nodos Secuenciadores deben estar de acuerdo sobre el estado de cada nuevo bloque antes de que un lote de transacciones pueda ser enviado a la red principal de Ethereum (L1).
• Firma de computación multipartita (MPC): Antes de que el lote de transacciones se envíe a L1, la autenticidad del lote se verifica mediante la firma MPC para garantizar la precisión de los datos.

Ventajas del Secuenciador descentralizado:

• Seguridad mejorada: A través de la toma de decisiones conjunta por varios nodos, se reduce el riesgo de fallo de un solo punto y se aumenta la robustez y la seguridad de la red.
• Reducir la posibilidad de censura y manipulación: La existencia de múltiples Secuenciadores hace difícil que un solo nodo manipule o censure transacciones, protegiendo la libertad de transacciones de los usuarios.
• Estabilidad y redundancia: El sistema admite la rotación suave de los Secuenciadores, minimizando el impacto de fallas o interrupciones y mejorando la estabilidad de toda la red.

En el modelo de Secuenciador descentralizado de Metis, cada nodo está compuesto por varios componentes clave:

• L2 Geth (incluido OP-Node): Responsable de secuenciar transacciones y ensamblar bloques.
• Módulo de adaptador: sirve como intermediario para la interacción con otros módulos externos (principalmente nodos PoS).
• Sometedor por lotes (Proponente): Responsable de construir lotes de transacciones y enviarlos a L1 después de obtener la aprobación de varios Secuenciadores.
• Nodo PoS: Coordina entre las capas de Ethereum, consenso y Metis para garantizar que los activos estén bloqueados de forma segura y que los validadores sean recompensados.
• Capa de consenso: Contiene un grupo de nodos Tendermint PoS que se ejecutan en paralelo con la red principal de Ethereum para garantizar la eficiencia operativa sin obstaculizar el proceso de la red principal.

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

Este diseño permite que el grupo de Secuenciadores descentralizados de Metis no solo mejore la equidad y transparencia del procesamiento de transacciones, sino que también mejore la seguridad y estabilidad de la red a través del poder descentralizado. Todos ellos son elementos clave en la construcción de un ecosistema blockchain confiable y sostenible.

Resumen y Perspectivas

Las ventajas tecnológicas y conceptuales de Metis crean una base sólida para un mayor desarrollo en el futuro. Se espera que sus Rollups Híbridos basados en zkMIPS resuelvan el problema de compatibilidad para ZK-Rollup y aporten un ecosistema de desarrolladores más diverso.

El avance del Secuenciador descentralizado demuestra la visión del equipo de perseguir la descentralización. A medida que el ecosistema de Metis continúa madurando, tenemos razones para creer que Metis se convertirá en un caballo oscuro que continúa compitiendo en el futuro en la competencia de L2, creando un flujo constante de valor para usuarios y desarrolladores.

Declaración:

1. Este artículo originalmente titulado "Explorando las ventajas tecnológicas de Metis" se reproduce de [GateComunidad Biteye]. Todos los derechos de autor pertenecen al autor original [Wilson Lee, colaborador principal de Biteye]. Si tiene alguna objeción a la reimpresión, por favor contacte al Gate Learnequipo, el equipo lo manejará lo antes posible.

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