Uma análise aprofundada do algoritmo ZK-PoW da Opside

O algoritmo ZK-PoW (Proof-of-Work) proposto pela Opside oferece as seguintes vantagens:

• Um mecanismo de precificação de poder de computação ZK orientado para o mercado, que pode ser usado para escalabilidade (ZK-Rollup) e aplicativos futuros em IA (ZKML).
• Ele fornece uma enorme plataforma de poder de computação para a próxima explosão do ZK-Rollup, particularmente zkEVM, e oferece novos cenários de mineração para um grande número de mineradores ociosos.
• O algoritmo de commit de duas etapas para Zero-Knowledge Proofs (ZKP) fornece um mecanismo Prover descentralizado padronizado para ZK-Rollup.
• Mecanismos otimizados de computação e envio de ZKP melhoraram a eficiência de geração de ZKP em 80%.
  

Por que precisamos do algoritmo PoW do poder de computação ZK?

Atualmente, existem vários ZK-Rollups em execução na rede principal Ethereum, incluindo a era Polygon zkEVM e zkSync. No entanto, a maioria desses projetos ZK-Rollup não implementou um provador descentralizado. Por exemplo, na rede principal beta do Polygon zkEVM, confia-se em agregadores confiáveis para enviar ZKPs, e a era zkSync segue uma abordagem semelhante.

Embora os provadores centralizados sejam viáveis quando o número de ZK-Rollups é pequeno, com o amadurecimento das tecnologias de escalabilidade ZK, especialmente a implementação gradual do zkEVM nos próximos um a dois anos, o número de ZK-Rollups experimentará um crescimento significativo. No caso de um grande número de ZK-Rollups, os provadores centralizados apresentarão vários problemas:

Em primeiro lugar, o custo dos provadores é alto e a manutenção de um cluster centralizado de provadores requer equipamentos e instalações especializados. Nem todo operador ZK-Rollup tem a capacidade de manter uma configuração de provador tão centralizada. Portanto, precisamos de mineradores profissionais para atender à demanda de poder de computação do futuro ecossistema maciço de ZK-Rollup.

Em segundo lugar, se houver apenas um provador, uma única falha de nó pode resultar na incapacidade de confirmar transações para todo o ZK-Rollup. Precisamos de um mecanismo de demonstração descentralizado para encorajar vários mineradores a participar da computação de um ZKP simultaneamente e receber as recompensas correspondentes. Por fim, exigimos um algoritmo de otimização ZKP padronizado para aprimorar a eficiência geral do hardware.

Algoritmo ZK-PoW da Opside

Como um blockchain público altamente descentralizado, o Ethereum ficou congestionado e as taxas de gás tornaram-se extremamente caras. Muitos aplicativos Web3, especialmente derivativos financeiros, jogos, redes sociais e outros, precisam migrar para a camada 2 ou outras cadeias públicas. Na verdade, fornecer um ambiente de execução de alto desempenho e baixo consumo de gás por si só não é difícil, pois algumas soluções centralizadas podem conseguir isso facilmente. O desafio está em manter um alto nível de descentralização, garantindo alto desempenho e baixas taxas de gás.

No design da Opside, cada aplicativo Web3 pode ter seu ZK-Rollup dedicado e a liberdade de escolher uma cadeia de base. Atualmente, Opside suporta quatro cadeias de base: Ethereum, Opside, BNB Chain e Polygon. Isso significa que os desenvolvedores podem optar por implantar seu ZK-Rollup em qualquer uma dessas quatro cadeias públicas. Para suportar a demanda por recursos massivos de hardware resultantes de um grande número de ZK-Rollups, a Opside também fornece um mercado de poder de computação ZKP unificado, incentivando os mineradores a gerar ZKPs para esses ZK-Rollups.

Mecanismo de distribuição de recompensas para PoW

Opside emprega um consenso híbrido de PoS e PoW. A parte PoS é baseada na melhoria de consenso do ETH2.0. Como resultado, Opside terá mais de 100.000 validadores para fornecer disponibilidade massiva de dados, mantendo um alto nível de descentralização.

Durante a fase pré-alfa testnet, com base no algoritmo PoW, cada Rollup dentro de um bloco Opside enviará uma sequência de acordo com certas regras. As recompensas de PoW para o bloco atual são divididas entre as sequências com base no número de slots de Rollup registrados e no número de lotes incluídos. Porém, é possível que determinados Rollups não apresentem sequência em alguns blocos, resultando em inflação real menor do que o esperado.

Os mineradores são livres para escolher participar do cálculo ZKP de um ou vários Rollups. No futuro, cada sequência terá um preço diferente com base no tipo de ZK-Rollup correspondente, no número de transações de Rollup incluídas, no uso de gás e em outros fatores para estimar a carga de trabalho.

Para evitar comportamento malicioso dos mineradores, eles precisam registrar e apostar tokens em um contrato de sistema especial. Os mineradores são obrigados a apostar os tokens correspondentes para um Rollup no contrato do sistema para poder enviar ZKPs para esse Rollup. As recompensas que os mineradores recebem por enviar ZKPs também serão distribuídas com base na proporção de suas apostas, evitando assim o comportamento malicioso de mineradores que enviam ZKPs várias vezes.

Para mais detalhes, consulte Opside Tokenomics .

O Algoritmo de Confirmação de Duas Etapas para ZKP: Mecanismo Provedor Descentralizado Padrão

Para encorajar vários mineradores a participar simultaneamente da computação de um ZKP, Opside propõe um mecanismo de verificação ZKP de confirmação em duas etapas. A alocação de recompensa PoW correspondente a um ZKP é distribuída ao remetente, ou seja, o minerador, de um ZKP válido com base em determinadas regras.

1. Enviar Proofhash: dentro de uma janela de tempo específica para uma determinada sequência, vários mineradores podem participar do cálculo da prova de conhecimento zero. Em vez de enviar diretamente a prova original, cada minerador calcula o proofhash de (prova/endereço) e o envia ao contrato.
   
2. Enviar ZKP: após a janela de tempo, os mineradores enviam a prova original e a verificam em relação ao proofhash enviado anteriormente. Os mineradores cujas provas passam no processo de verificação são elegíveis para recompensas PoW, que são distribuídas proporcionalmente com base no valor apostado.

Para obter mais detalhes, consulte o Algoritmo de envio em duas etapas do ZKP .

Algoritmo de geração de ZKP otimizado: aumento de 80% na eficiência do minerador

Quando o contrato inteligente de um Rollup verifica um ZKP, enviar os dados de prova originais pode desencadear ataques na cadeia. Para evitar comportamentos maliciosos, o ZK-Rollups geralmente requer esforço computacional adicional para ofuscar os dados de prova originais. Uma abordagem é incluir uma agregação do endereço do minerador no ZKP enviado. O algoritmo de envio em duas etapas da Opside para ZKPs adota engenhosamente um modelo enviar primeiro verificar depois, eliminando a necessidade de cálculos de agregação desnecessários da prova e do endereço.

Além disso, em algumas implementações zkEVM de código aberto, os cálculos e envios de ZKP são executados sequencialmente. Isso significa que, quando um ZK-Rollup envia um grande número de sequências, os mineradores não podem calcular vários ZKPs simultaneamente. No Opside, o algoritmo de envio de duas etapas permite cálculos paralelos de ZKP e envios sequenciais, permitindo que os mineradores executem várias tarefas de geração de ZKP simultaneamente, acelerando significativamente a eficiência de geração de ZKP.

A equipe Opside também conduziu uma série de otimizações para o algoritmo de agregação recursiva ZKP, maximizando a utilização dos recursos do cluster e melhorando ainda mais a velocidade dos cálculos ZKP.

Em ambientes de teste de estresse do mundo real, os mineradores têm um cluster de 20 máquinas que consistem em CPUs de 128 núcleos e 1 TB de RAM. A taxa de transação testada estabilizou em torno de 27,8 TPS por aproximadamente 40 minutos. Nas mesmas condições, a Oside reduziu o tempo médio de confirmação das transações de cerca de 5-6 minutos para aproximadamente 3 minutos, resultando em um aumento de aproximadamente 80% na eficiência de geração de ZKP. No futuro, à medida que mais ZK-Rollups e mineradores ingressarem no mercado de poder de computação ZK, as melhorias de eficiência trazidas pelo algoritmo PoW da Opside se tornarão ainda mais evidentes.

Resumo

A Opside propôs um algoritmo ZK-PoW que define criativamente um mecanismo de preços baseado no mercado para o poder de computação do ZK. Este mercado de poder de computação fornece uma plataforma massiva para o próximo aumento de ZK-Rollups, especialmente zkEVM, ao mesmo tempo em que oferece um novo cenário de mineração para mineradores ociosos.

O algoritmo de envio de duas etapas para ZKPs fornece um mecanismo Prover descentralizado padronizado para ZK-Rollups, incentivando mais mineradores a contribuir com poder de computação ZKP estável e contínuo. Além disso, o mecanismo de envio e computação ZKP otimizado melhorou a eficiência da geração de ZKP em 80%.

No futuro, o mecanismo PoW da Opside pode ser facilmente expandido para outros aplicativos, não apenas para escalabilidade (ZK-Rollup), mas também para IA (ZKML).