Warum der nächste Schritt von Ethereum Zero-Knowledge ist

Das Folgende ist ein Gastbeitrag von Rob Viglione, CEO von Horizen Labs.

Im vergangenen Jahr gab es einige wichtige Meilensteine ​​entlang der Ethereum-Roadmap, die das Netzwerk auf ein höheres Niveau gebracht haben. EIP-4844 (auch bekannt als Dencun) führte Blobs und Proto-Danksharding ein, was die Datenspeicherung für Layer 2 um eine Größenordnung billiger machte und zu weitaus niedrigeren Transaktionsgebühren führte.

Mittlerweile sind Layer 2 (hauptsächlich von der optimistischen Variante) stärker integriert und in Anwendungen weit verbreitet, sodass Transaktionen für weniger als einen Cent möglich sind und die grundlegende Infrastruktur von Ethereum verbessert wird.

Allerdings weiß jeder, der sich mit den Gasgebühren befasst hat, dass es immer noch zu viele Überlastungen auf Ethereum gibt, und da die reale Nutzung von Blockchains zunimmt, werden immer mehr dApps um Blockplatz und Rechenleistung konkurrieren.

Man muss kein Ingenieur oder Kryptograf sein, um zu wissen, dass dies nicht nachhaltig ist. Wir haben gesehen, was passiert, wenn Ethereum zu überlastet ist. In einigen Momenten mit besonders hohem Anstieg zahlten Benutzer mehr als 2 ETH, nur um eine Transaktion abzuschließen, und einige dieser Transaktionen schlugen immer noch fehl, da die Benutzer darum kämpften, ihnen Priorität einzuräumen.

In einer perfekten Welt würden wir einen Großteil dieser Berechnungen außerhalb der Kette verlagern und dennoch in der Lage sein, einen prägnanten, überprüfbaren Beweis zu veröffentlichen, der sicherstellt, dass die Daten korrekt und am richtigen Ort sind.

Zero-Knowledge-Proofs machen dies möglich, aber es ist für Blockchains immer noch eine Herausforderung, Transaktionen mit so vielen potenziellen Möglichkeiten im EVM zu verifizieren, und es kann schnell teuer werden, diesen Weg zu gehen. Zk-Rollups müssen für spezielle Hardware bezahlen, die über einen Prüfer einen ZK-Beweis erstellt, und dieser muss dann normalerweise in einen Beweistyp umgewandelt werden, den Ethereum verstehen kann.

Kurz gesagt, optimistische Rollups sind relativ einfach und kostengünstig zu verifizieren, während zk-Rollups anspruchsvoll und teuer sind. Für kleine und sogar mittlere Unternehmen, die einen Teil ihrer Geschäfte in der Kette abwickeln und vertraulich behandeln möchten, sind zk-Rollups die richtige Wahl, aber die Überprüfung von Beweisen kann zu einem unerschwinglichen Kostenfaktor werden.

Rollup-Ökosysteme haben ihre eigenen Interessen

Bisher waren die Marken-L2s nicht an einer modularen Proof-Verifizierungslösung wie zkVerify interessiert – die die Verifizierungskosten um 90 % oder mehr senken kann. Sie könnten es später übernehmen, aber es ist im Moment nicht ihr Fokus. Im Allgemeinen glauben die großen L2-Ökosysteme daran, alle diese ZK-Beweise in derselben Kette zu verifizieren und diese Kosten benutzerübergreifend zu amortisieren.

Wir haben jedoch eine Chance bei Rollup-as-a-Service (RaaS)-Anbietern gefunden, da sie an einen modularen Ansatz für Blockchains glauben und dazu neigen, kleine und mittlere Projekte zu bedienen, die sich diese Verifizierungskosten nicht leisten können. Für sie ist die Idee, Beweise an eine eigenständige Kette zu senden und die Beweisüberprüfung dann an Ethereum zurückzusenden, sehr sinnvoll. Genau wie bei der modularen Datenverfügbarkeit sehen wir jetzt, dass RaaS-Anbieter die modulare Proof-Verifizierung mit offenen Armen übernehmen.

Die großen L2s haben zwei Hauptargumente gegen diesen Ansatz: Erstens glauben sie, dass die Verlagerung der Beweisüberprüfung auf eine andere Ebene die Sicherheit des L2 verringert. Tatsächlich verifizieren einige dieser L2s ihre Beweise bereits außerhalb der Kette. Sie machen das einfach nicht öffentlich.

Ihr anderes Argument ist, dass sie es vorziehen würden, Beweise zu aggregieren, indem sie eine große Menge von Beweisen zusammenfassen und im Wesentlichen einen „Beweis der Beweise“ erstellen würden. Dadurch sind die großen L2s in der Lage, die Kosten auf eine viel größere Anzahl von Transaktionen zu verteilen. Allerdings scheinen sie nicht so besorgt darüber zu sein, dass es bei diesem Ansatz einige Stunden dauern könnte, Hunderte von Beweisen zusammenzufassen, was möglicherweise zu höheren Kosten führt.

Aggregation ist für viele Anwendungsfälle sinnvoll, aber nicht unbedingt für eine Anwendung, bei der Sie etwas schnell erledigen und gleichzeitig in der gleichen Zeit verifizieren lassen möchten.

Am Ende des Tages müssen Sie immer noch dem L2 vertrauen, auf dem Sie sich befinden.

In gewisser Weise steckt die EVM im Jahr 2017 fest

Als sich unser Team weiter mit dem ZK-Raum und der Beziehung von Ethereum dazu beschäftigte, stellten wir fest, dass Ethereum mithilfe einer Vorkompilierung tatsächlich eine gewisse Kompatibilität mit wissensfreien elliptischen Kurven aufweist, was die Durchführung der mit der Verifizierung eines Beweises verbundenen Berechnungen wesentlich effizienter macht. Allerdings unterstützt das Netzwerk derzeit nur drei mathematische Operationen auf einer einzigen Kurve.

Was bedeutet das für Benutzer? Da einige zk-SNARKs nicht verifiziert werden können, müssen die Beweise in eine benutzerfreundlichere Form gepackt werden (unter Verwendung des bn128-Beweises), was zu geringerer Effizienz, mehr Spielraum für Fehler und möglicherweise höheren Kosten führt. Im Idealfall sollten Entwickler in der Lage sein, das zk-SNARK auszuwählen, das am besten zu ihrer Anwendung passt. Wenn sie dies nicht können, müssen sie Kompromisse bei der Qualität eingehen.

Technisch gesehen ist es für Ethereum möglich, im Laufe der Zeit fortgeschrittenere Vorkompilierungen einzuführen, aber es kann Jahre dauern, bis sie implementiert werden. Die letzte Vorkompilierung wurde 2017 implementiert und seitdem gab es keine mehr.

Warum ist das so? Mangelnde Nachfrage? Ist es tatsächlich nicht möglich, diese auf Ethereum umzusetzen? Und selbst wenn die Community dazu in der Lage wäre, wäre es dann immer noch ineffizient, mit diesen neuen Vorkompilierungen auf der EVM zu rechnen?

Es ist nicht klar. Klar ist jedoch, dass das EVM überarbeitet werden muss und die Verifizierung von ZK-Proofs in der Kette für den durchschnittlichen Anwendungsfall immer noch zu kostspielig ist. Nach der Hardware ist dies der größte Kostenfaktor bei der Verwendung eines ZK-Rollups.

Bei Horizen Labs gehen wir dieses Problem auf zwei Arten an: indem wir eine modulare Beweisverifizierung in Form von zkVerify anbieten und eine vollständig EVM-kompatible Kette mit Unterstützung für die neuesten Zero-Knowledge-Vorkompilierungen aufbauen.

Horizen 2.0 basiert beispielsweise auf Substrate, was forklose Upgrades ermöglicht, die automatisch direkt nach einer Community-Abstimmung angewendet werden. Auf der Knotenseite müssen keine Arbeiten durchgeführt werden und es ist kein Hard Fork erforderlich.

Einige Teams werden es vorziehen, in einem dedizierten Ökosystem wie Horizen 2.0 zu bleiben, mit einer eigenen engmaschigen Community und Netzwerkeffekten. Andere entscheiden sich für den RaaS-Weg, um ihr eigenes benutzerdefiniertes Rollup zu erstellen, und können dort auch von den Kosteneinsparungen der Off-Chain-Proof-Verifizierung profitieren.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, das EVM mit ZK weiterzuentwickeln, aber wir glauben, dass dies vor der nächsten Einführungswelle geschehen muss.