去中心化的Prover如何實現？Opside 創新性提出 ZKP的兩步提交算法_PRO

原文來源：OpsideTeam

為什么我們需要去中心化的prover

當前，以太坊主網上已經有多個ZK-Rollups在運行了。然而ZK-Rollup的去中心化設計仍然處于早期階段。我們目前都聚焦在Sequencer的去中心化問題上，大部分人都忽略了，實際上目前絕大部分的ZK-Rollup項目都沒有實現去中心化的prover。

對于ZK-Rollup來說，中心化的prover仍然是安全的，并且也不像中心化的sequencer那樣會帶來審查的問題。但是中心化的prover也會引發很多問題。首先，如果只有一個prover，那么單節點宕機就會造成整個ZK-Rollup的有效性證明無法提交，從而給交易的最終確定性造成影響。其次，中心化的prover成本高昂，無法承擔未來海量的ZK-Rollup的算力需求。最后，從經濟的角度來說，中心化的prover獨享了一部分收益，這在代幣經濟學上來說，實際上是不公平的。

去中心化NFT做市商FloorDAO將在V2中引入新投票機制Gauge Voting:9月17日消息，去中心化NFT做市商FloorDAO在社交媒體宣布將在FloorDAO V2中引入Gauge Voting（規范投票機制）。FloorDAO表示，目前該組織采用的是集合累加（Collections Addition）投票機，,讓gFLOOR持有者對組織治理決策進行投票，而新的投票機制則可以讓獲勝者獲得隨后兩周金庫總收益的50%，繼而進一步提升流動性。[2022/9/17 7:02:44]

去中心化prover的挑戰

去中心化prover能很好地解決以上的問題，但是也帶來一些挑戰，這也是為什么最近上線的幾個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來提交ZKP，zkSyncera也是類似。

OP Labs：EIP-4844將大幅降低Rollup費用，使以太坊能夠在保持去中心化的情況下擴容:7月30日消息，OP Labs推特發文稱，EIP-4844將大幅降低Rollup費用，使以太坊能夠在不犧牲去中心化的情況下擴容。近期來自OP Labs、Coinbase和ConsenSys的研究人員和開發人員參與了社區第二次會議，討論了公共開發網絡、收費市場設計和同步架構等話題。今年3月，以太坊創始人V神（Vitalik Buterin）在推特上分享了關于其和幾位開發者共同提出的EIP-4844提案，該提案建議用proto-danksharding代替擴容解決方案Danksharding。該提案致力于在尚未實際實施任何分片的情況下，部署構成完整Danksharding規范的大部分邏輯和交易格式及驗證規則。Proto-danksharding引入的主要特性是新的交易類型，稱之為攜帶blob的交易。攜帶blob的交易引入一種新的交易格式，其中包含大量數據，EVM執行無法訪問，但其提交可以訪問。提案提議每30天自動刪除blob數據，以防止網絡對數據和內存存儲的要求過大。Proto-danksharding部署后，所有驗證者和用戶仍須直接驗證完整數據的可用性。[2022/7/31 2:49:01]

從技術細節上來講，ZK-Rollup的智能合約驗證ZKP的時候，需要原始的proof數據，這就可能引發各種不同的鏈上攻擊行為。例如，某一個prover提交計算出來的ZKP到鏈上合約時，需要發一筆L1的交易。當這個prover發出的交易廣播到交易池中，攻擊者就可以看到原始proof數據，攻擊者可以設置一個更高的gas費來發交易，從而優先打包到區塊中，來獲取PoW獎勵。

Libra聯合創始人的風投公司聯合領投“去中心化GitHub”1200萬美元:2月18日消息，一個由區塊鏈開發人員組成的團隊已經將GitHub分叉并推出了用于開源軟件的協作系統Radicle，Radicle籌集了1200萬美元，將其點對點網絡與以太坊整合在一起，并推出了RAD治理代幣。該輪融資由NFX和Galaxy牽頭，Placeholder、Electric Capital和ParaFi Capital也參與其中。這是自Libra聯合創始人Morgan Beller于2020年9月離開Facebook加入NFX以來，該公司對加密貨幣進行的第一筆投資。（Coindesk）[2021/2/19 17:28:11]

此外，由于prover之間是依靠算力來競爭，沒有一個可信的身份識別機制，也很難建立一個通信機制。不同的礦工有可能做重復的工作，從而造成算力的浪費。

去中心化預測市場協議PlotX將于10月13日上線主網:去中心化預測市場協議PlotX在推特表示，將在10月13日13點（UTC）在以太坊主網上發布PlotX主網，主網代幣PLOT也將上線Uniswap。[2020/10/12]

Opside提出了一個ZKP兩步提交算法，來實現了prover的去中心化。這種算法既能夠防止ZKP搶跑攻擊，又可以讓更多的礦工獲得獎勵，從而鼓勵更多的礦工在線，并提供穩定、持續的ZKP算力。

對于某個sequence，prover計算出ZKP之后，首先計算的hash，并向鏈上智能合約提交hash和address。其中，proof是某一個sequence的零知識證明，address是該prover的地址

去中心化交易所Matcha上完成一筆500萬美金的交易:0xtracker鏈上數據顯示，Matcha去中心化交易所上完成一筆500萬美金的交易，為有史以來最大的DEX交易之一。這是一筆在Matcha交易所上發生的USDC和DAI代幣之間的置換交易，利用Curve的流動性池，并通過0xAPI的橋接共同完成。[2020/7/27]

假設在第1個prover在第T個區塊提交了hash，則在第T10區塊以內，還可以接受其他prover提交hash，沒有數量限制。第T11區塊及之后，不再接受新的prover提交hash

第T11區塊及之后，允許任何prover提交ZKP。只要有一個ZKP通過驗證，那么就可以根據該ZKP對所有提交過的hash進行校驗。校驗通過的prover都可以得到PoW獎勵，獎勵金額按照礦工質押量的比例來分配。

如果在第T20區塊之前，都沒有ZKP通過驗證，則所有提交過hash的prover都將被slash。此時該sequence重新開放，允許提交新的hash，回到第1步

舉一個例子，假設Opside中每個L2區塊的PoW獎勵是128IDE，當前總共有64個Rollupslots，那么每一個Rollupsequence分配到的PoW獎勵是2IDE。如果先后有A,B,C3個礦工為一個sequence提交了正確的ZKP，且A,B,C3個礦工的礦工質押量分別為200K，500K，300K。那么，A,B,C可以獲得的PoW獎勵分別為0.4IDE，1IDE，0.6IDE。

prover提交了錯誤的hash

對于某個sequence，如果沒有對應的ZKP通過驗證，則所有提交過hash的prover都將被懲罰

罰沒的token將被燒毀。

關于ZKP的兩步提交機制更多的細節與考量，請讀者參閱官方文檔。prover質押以及懲罰的具體數字在未來可能會改動。

為什么允許多個prover提交hash？如果第一個hash的提交者才能獲得獎勵，那么第一個prover提交了hash之后，其他prover就沒有動力提交proof。如果一個惡意攻擊者提交hash之后遲遲不提交proof，那么會阻礙整個sequence被驗證的速度。因此應當允許多個prover獨立且并行地提交hash，以避免ZKP的驗證被單個攻擊者壟斷。

為什么需要設置一個時間窗口？假設任何人在提交了hash之后可以立即提交proof，那么該proof仍然有可能被搶跑。因為攻擊者會立即提交一個與自己地址關聯的hash，隨后提交proof，從而獲取獎勵。設置時間窗口之后，提交過hash的prover就沒有動力在此時間窗口內提交proof，從而避免了proof被攻擊者利用的可能。

為什么要按照質押量來分配PoW獎勵？在一個時間窗口內，允許多個prover為同一個sequence提交hash。實際上，礦工可以利用自己生成的proof提交多個hash，從而占有大部分甚至所有PoW獎勵。為了避免這種攻擊行為，一個sequence的PoW獎勵將按照礦工質押量的比例來分配。

總結與規劃

本文提出的ZKP兩步提交算法，在實現了prover去中心化的同時，能很好地規避針對prover的搶跑攻擊，并鼓勵更多的礦工提供穩定、持續的ZKP算力。最初的版本將在Opside的Pre-alphatestnet上線。在未來，Opside也將在更多ZKP的挖礦領域進行更多創新。例如：

根據整個網絡的ZKP算力供需關系，動態調整PoS與PoW的獎勵分配比例

根據ZK-Rollup類型、Rollup交易數量、gas使用量等進行工作量預估，建立Rollupbatch的個性化定價機制

應用開發者對所屬Rollup的ZKP生成進行補貼，以激勵礦工提供算力

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