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

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。

去中心化預言機UMA推出Token質押功能:3月2日消息，去中心化預言機 UMA 宣布其 Token 質押功能現已上線，用戶可質押 UMA Token 以賺取協議釋放 Token 并可通過質押參與投票。此外，UMA 質押的第一周不會有任何獎勵，這是為了盡可能公平地分配獎勵，方法是在分配獎勵之前為所有參與者提供充分的機會參與質押。[2023/3/2 12:39:09]

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。

去中心化金融協議dForce通過兩項提案，提高協議風險控制水平:2月15日消息，去中心化金融協議 dForce 宣布社區已經全票通過兩項關于提高風險控制的提案。其中一項提案為禁用合成資產（xTSLA、xAMZN、xAAPL、xCOIN、xBTC 以及 xETH）的鑄造。另一項提案為更新 Stablecoin 的風險參數，將各類 Stablecoin 的 LTV 率（貸款與價值比率）由原先的 80% 提升到 85%，從而在提高協議風險管理水平的前提下提高資本效率。[2022/2/15 9:52:45]

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。

去中心化交易平臺Notes.finance推出V2 Staking Pools:官方消息，去中心化交易平臺Notes.finance推出V2 Staking Pools。[2021/3/22 19:07:41]

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。

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

亦來云聯合創始人韓鋒：去中心化存儲火起來是加密貨幣市場牛市先兆:金色財經現場報道，2020 Cointelegraph中文大灣區·國際區塊鏈周8月7日在深圳舉行。亦來云聯合創始人韓鋒在“如何抓住Filecoin的商用新機會”圓桌上表示，去中心化存儲火起來是加密貨幣市場牛市的先兆，其本身邏輯還是數據的增長，同時只有去中心化存儲才能保護人們的數據。雖然去中心化存儲的成本可能要比中心化存儲高，但是最終會讓每個用戶真正受益。未來的互聯網要讓每個人的數據能創造財富。[2020/8/7]

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

福布斯新聞顧問：比特幣會激發人們對于去中心化的興趣 但其設計缺陷將制約比特幣發展前景:日前，福布斯新聞顧問Saeed Elnaj有文章表示：比特幣區塊鏈的設計缺陷將制約其未來發展前景。并舉例表明比特幣和比特幣區塊鏈目前有幾個問題。首先，比特幣區塊鏈比以太坊的能源消耗更大；其次，比特幣區塊鏈每秒只能處理7筆交易，而以太坊是20筆；再次，比特幣的產出機制會使其生產成本很快超過自身價值，未來可能因高額區塊鏈運營費用而失去大量算力；最后，比特幣價格波動劇烈，去中心化加密貨幣交易場景很難落地，也無法適應高頻交易的需求。但他也同時認為，比特幣會激發人們對于去中心化的興趣。[2018/3/30]

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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