Polyhedra Network 已實現Ethereum全節點ZK證明

概述：

證明以太坊PoS的全節點對於構建zkBridge以及以太坊上的任何互操作協議至關重要。同步委員會對於這些目的來說是不夠安全的，因爲同步委員會的加密經濟安全性（當前僅約3200萬美元的ETH質押）遠不理想。任何依賴以太坊上的同步委員會部署的跨鏈基礎設施、預言機和數據處理服務都是不安全的。

Polyhedra Network設計並實施了zkBridge系統，以證明以太坊PoS的全節點（當前總共質押的ETH的總價值約爲400億美元）。Polyhedra Network在LayerZero上的所有以太坊及其rollups（例如Arbitrum，Linea，Optimism，zkSync，Mantle等）的zk客戶端都將基於以太坊全節點的ZK證明。Polyhedra Network採用了其高效的證明系統deVirgo，該系統的效率足以在10秒內生成Ethereum全節點的證明，證明速度足以追趕上Ethereum區塊的出塊速度。

以太坊全節點的零知識證明實現將使以太坊及其rollups能夠實現完全無需信任、高效且安全的互操作性。Polyhedra Network的系統還允許任何L1和L2（例如BNB Smart Chain和opBNB）以及任何應用傳輸所有當前和歷史的以太坊數據。這使得智能合約可以無需信任地訪問以太坊數據以實現各種計算邏輯，同時其安全性由以太坊PoS全節點保證。

證明以太坊PoS的全節點對於安全性至關重要

與以太坊輕客戶端相比，以太坊全節點證明具有更高的安全保證。以太坊輕客戶端的安全性完全依賴於一個被稱爲“同步委員會”的系統。然而，同步委員會的規模只有512個成員，大約每天（即大約27.3小時）輪換一次。總質押資產只有16384個ETH（512 * 32），與連接以太坊生態系統與其他網絡的跨鏈橋每日交易量（超過3億美元）相比，這個數字非常小（當前只有3200萬美元的ETH被質押）。

另一個問題是同步委員會並不總是對區塊進行籤名（例如區塊17239413和區塊17239414）。統計數據顯示，1.6%的區塊沒有被同步委員會的絕大多數成員籤名，而且這個問題平均每12分鐘就可能發生一次。

證明以太坊全節點的系統概述

爲了解決這些問題，Polyhedra Network決定摒棄使用同步委員會，並利用自以太坊merge以來的以太坊區塊鏈的全PoS共識。這將證明在以太坊主網上的每個區塊中包含的超過20,000個籤名（比512個同步委員會增加了40倍）。

爲了處理40倍的工作量增加，Polyhedra Network採用了其獨特的證明系統——deVirgo。這個證明系統擁有無與倫比的處理能力，得益於其理論上的改進和顯著的工程進步。deVirgo協議從理論上消除了對非常大的FFT或MSM的需求，使證明生成時間與籤名數量呈线性關系。該協議已在zkBridge上部署，並支持並行和分布式計算。

在十億規模的電路上進行的證明系統實驗顯示其證明生成時間少於10秒，可以追上以太坊區塊生成的速度（約12秒），而且不會增加證明大小或驗證時間。

使用高效證明系統證明以太坊全節點

爲了快速地證明以太坊全節點，Polyhedra Network使用了其高效的證明系統deVirgo。deVirgo是Virgo協議的分布式版本，旨在通過將計算分布在多台機器上來並行化GKR協議。通過使用deVirgo，zkBridge可以支持不同區塊鏈之間的快速和靈活的互操作性，而無需依賴外部的信任假設。zkBridge使用遞歸證明來證明之前由deVirgo生成的證明，從而遞歸地證明了相應的區塊頭。遞歸證明將鏈上驗證成本降低到在任何EVM兼容的區塊鏈網絡上約220K的燃料。

deVirgo的關鍵性突破在於確認了以太坊全節點的共識可以表示爲數據並行電路的性質。假設有一個數據並行算術電路?以及N台機器，deVirgo證明系統可以將數據並行電路分成N個子電路，每台機器只計算一個子電路。以太坊全共識的驗證就是這樣的一個數據並行電路，其中包含了超過30000個相同的籤名驗證算法和哈希。

deVirgo的核心是一種分布式sumcheck的技術。在deVirgo中，sumcheck協議被分爲兩個階段。在第一階段，每台機器處理自己的子電路，並集體生成一個聚合證明。剩余的工作對於一台機器來說已經足夠小。該機器此時即可執行第二階段，完成分布式sumcheck。

評估以太坊全節點ZK證明的性能

爲了評估在BLS籤名聚合上的實現，Polyhedra Network使用兩個AMD EPYC™ 7763 CPU測量了deVirgo證明和遞歸驗證的運行時間。結果如下：

Polyhedra Network已經在zkBridge上部署了以太坊全節點證明系統。zkBridge將以太坊設置爲發送鏈，將其他網絡如BNB Chain和Avalanche等設置爲接收鏈。結果顯示，在包含所有組件的延遲的情況下，zkBridge可以在12秒內生成以太坊全節點的證明，並在BNB鏈和其他網絡上驗證區塊頭。

Polyhedra Network將繼續優化其實現。計劃在不久的將來通過GPU加速以降低前期成本並實現更好的去中心化。不過當前的zkBridge證明系統已經足夠高效，可以跟上以太坊的出塊時間。

總結

通過實現以太坊全節點的證明，Polyhedra Network使用zkBridge實現了完全無需信任、高效且安全的互操作性，以連接以太坊生態系統（包括L1和L2）與其他網絡。此外，Polyhedra Network在LayerZero上的所有以太坊及其rollups（例如Arbitrum，Linea，Optimism，zkSync，Mantle）的zk客戶端都將配備以太坊全節點的ZK證明。這將以太坊全節點的質押安全性（約400億美元）帶入LayerZero上的zk客戶端。

以太坊全節點證明系統還允許當前和歷史的以太坊數據，包括區塊頭和交易數據，可以被任何網絡和應用訪問。這將使任何區塊鏈上的智能合約可以無需信任地訪問以太坊數據，並處理各種計算邏輯。所有的安全性都由以太坊PoS全節點的ZK證明來保證。

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