Проект Aleo Блокчейн: реализация защиты конфиденциальности и масштабируемости с помощью технологии zk-SNARKs

Aleo — это проект Блокчейн, ориентированный на защиту конфиденциальности, использующий технологию zk-SNARKs (ZKP) для повышения конфиденциальности и масштабируемости. Основная идея Aleo заключается в том, чтобы позволить пользователям выполнять аутентификацию и обработку данных без раскрытия личной информации.

В данной статье представлено общее описание проекта Aleo и его последние достижения, а также подробно рассмотрено обновление алгоритма puzzle, которое вызывает большой интерес на рынке.

Введение в новейшие алгоритмы

Сеть Aleo случайным образом генерирует одну ZK-схему каждый час. Майнерам необходимо в течение этого часа попробовать различные nonce в качестве входных данных для схемы, вычислить witness(, то есть все переменные в схеме, этот процесс также называется synthesize), получить корень Merkle для witness, а затем определить, соответствует ли это требованиям сложности майнинга. Из-за случайности схемы такой алгоритм майнинга не дружелюбен к GPU и представляет собой значительную проблему в плане ускорения вычислений.

Финансовая ситуация

Aleo завершила раунд финансирования серии A на сумму 28 миллионов долларов, возглавляемый a16z, в 2021 году, а в 2024 году завершила раунд B на сумму 200 миллионов долларов. В числе инвесторов раунда B такие компании, как Kora Management, SoftBank Vision Fund 2, Tiger Global, Sea Capital, Slow Ventures и Samsung Next. Этот раунд финансирования оценил Aleo в 1,45 миллиарда долларов.

Обзор проекта

Приватность

Ядро Aleo — это технология zk-SNARKs (ZKPs), которая позволяет проводить транзакции и выполнять смарт-контракты с защитой конфиденциальности. Детали транзакций пользователей, такие как отправитель и сумма транзакции, по умолчанию скрыты. Этот дизайн не только защищает конфиденциальность пользователей, но и позволяет при необходимости осуществлять выборочное раскрытие, что идеально подходит для развития приложений DeFi. Основные компоненты включают:

1. Leo язык программирования: адаптирован на основе языка Rust, специально предназначен для разработки приложений с нулевым знанием (ZKApps), что снижает требования к знаниям в области криптографии для разработчиков.

2. snarkVM и snarkOS: snarkVM позволяет выполнять вычисления вне цепи, а на цепи лишь проверять результаты вычислений, что повышает эффективность. snarkOS обеспечивает безопасность данных и вычислений и позволяет выполнять функции без разрешения.

3. zkCloud: предоставляет безопасную, конфиденциальную среду для вычислений вне цепи, поддерживает программное взаимодействие между пользователями, организациями и DAO.

Aleo также предлагает интегрированную среду разработки (IDE) и набор инструментов для разработки программного обеспечения (SDK), поддерживая разработчиков в быстром написании и публикации приложений. Разработчики могут развертывать приложения в реестре программ Aleo, не полагаясь на третьих лиц, что снижает риски платформы.

Масштабируемость

Aleo использует оффлайн-обработку: сначала доказательство вычисляется на устройстве пользователя, а затем только результат проверки загружается в Блокчейн. Этот подход значительно увеличивает скорость обработки транзакций и масштабируемость системы, избегая проблем с сетевыми перегрузками и высокими затратами, аналогичных Ethereum.

механизмы консенсуса

Aleo представил AleoBFT, это гибридный консенсусный механизм, который сочетает в себе мгновенную финальность валидаторов и вычислительные мощности доказателей. AleoBFT не только повышает уровень децентрализации сети, но и улучшает производительность и безопасность.

1. Быстрая окончательность блока: AleoBFT гарантирует, что каждый блок подтверждается сразу после его создания, что повышает стабильность узлов и улучшает пользовательский опыт.

2. Децентрализованная защита: путем разделения производства блоков и генерации coinbase, валидаторы отвечают за создание блоков, а доказатели выполняют вычисления доказательства, что предотвращает монополию немногих сущностей в сети.

3. Механизм стимулирования: валидаторы и доказатели делят блоковые вознаграждения; поощряют доказателей стать валидаторами через залог токенов, что повышает степень децентрализации сети и вычислительную мощность.

Aleo позволяет разработчикам создавать приложения без ограничения по газу, что делает его особенно подходящим для таких приложений, как машинное обучение, которые требуют длительного выполнения.

Текущий прогресс

Aleo запустит тестовую сеть с поощрениями 1 июля, ниже приведены некоторые важные последние новости:

1. Голосование по ARC-100 прошло: предложение ARC-100( "Лучшие практики соблюдения для разработчиков и операторов Aleo", касающееся вопросов соблюдения, блокировки средств в сети Aleo и таких мер безопасности, как задержка зачисления, голосование ) завершено и одобрено. Команда проводит финальные корректировки.

2. Программа стимулов для валидаторов: программа начнется 1 июля и направлена на проверку нового механизма puzzle. Программа будет действовать до 15 июля, в течение которого будет распределено 1 миллион Aleo очков в качестве вознаграждения. Процент очков, сгенерированных узлом, будет определять его долю вознаграждения, каждый валидатор должен заработать минимум 100 токенов, чтобы получить вознаграждение. Конкретные детали еще не окончательно утверждены.

3. Начальный запас и обращающийся запас: начальный объем составляет 1,5 миллиарда токенов, начальный обращающийся запас составляет около 10%( еще не окончательно определен). Эти токены в основном поступают от задания Coinbase(7500000), будут распределены в течение первых шести месяцев, включая вознаграждения за ставку, работу валидаторов и проверяющих узлов.

4. Тестовая сеть Бета сброс: это последний сброс сети, после завершения которого новые функции добавляться не будут, сеть будет подобна основной сети. Сброс необходим для добавления ARC-41 и новой функции пазла.

5. Заморозка кода: заморозка кода была завершена неделю назад.

6. План расширения узлов верификации: начальное количество узлов верификации составляет 15, цель - увеличить их до 50 в течение года, а затем достичь 500. Чтобы стать делегатом, требуется 10 000 токенов, чтобы стать верификатором - 10 миллионов токенов, эти суммы будут постепенно уменьшаться со временем.

Интерпретация обновления алгоритма

Aleo недавно объявила о новостях последней тестовой сети и обновила последнюю версию алгоритма puzzle. Новый алгоритм больше не акцентирует внимание на генерации результатов zk proof, убраны MSM и NTT(, которые являются вычислительными модулями, часто используемыми для генерации proof в zk. Ранее участники тестовой сети сосредоточивались на оптимизации эффективности этого алгоритма для повышения доходности от майнинга ), акцентируя внимание на генерации промежуточных данных witness перед созданием proof. Ниже приведено простое введение в последний алгоритм.

Процесс консенсуса

На уровне консенсусного протокола, в процессе prover и validator отвечают за генерацию вычислительного результата solution и создание блоков, а также агрегацию и упаковку solution. Процесс следующий:

1. Prover вычисляет пазлы, создает решения и транслирует в сеть

2. Агрегация транзакций Validator и решение для следующего нового блока, гарантируя, что количество решений не превышает ограничения консенсуса (MAX_SOLUTIONS)

3. Законность решения необходимо проверить, чтобы его epoch_hash соответствовал latest_epoch_hash, поддерживаемому валидатором, а вычисленный proof_target соответствовал latest_proof_target, поддерживаемому валидатором в сети, при этом количество решений, содержащихся в данном блоке, должно быть меньше ограничения консенсуса.

4. Эффективное решение может получить вознаграждение за консенсус

Синтез Головоломка

Последняя версия алгоритма называется Synthesis Puzzle, его суть заключается в том, что для каждого эпохи фиксируется общее EpochProgram, создавая R1CS доказательства, которые строятся для входных данных и EpochProgram, что приводит к соответствующему R1CS назначению (, также известному как свидетельство ), и используется в качестве листового узла в дереве Меркла. После вычисления всех листовых узлов генерируется корень Меркла и преобразуется в proof_target решения. Подробный процесс и стандарты построения Synthesis Puzzle следующие:

1. Каждое вычисление puzzle называется nonce, оно создается из адреса, получающего награду за майнинг, epoch_hash и случайного числа counter. Каждый раз, когда необходимо вычислить новое решение, можно получить новый nonce, обновив counter.

2. В каждом эпохе все prover в сети должны вычислить один и тот же EpochProgram, который выбирается из набора инструкций с использованием случайного числа, сгенерированного текущим epoch_hash, логика выборки заключается в следующем:

   • Набор инструкций фиксирован, каждая инструкция (instruction) содержит одну или несколько вычислительных операций, каждая инструкция имеет предустановленный вес и количество операций.
   • При выборке случайное число генерируется на основе текущего epoch_hash, и на основе этого случайного числа инструкции извлекаются из набора с учетом весов и упорядочиваются, накопление счетчика операций останавливается после достижения 97.
   • Составить все инструкции в EpochProgram

3. Используйте nonce в качестве случайного семени для генерации входных данных EpochProgram

4. Агрегировать R1CS и входные данные, соответствующие EpochProgram, для выполнения witness( назначения R1CS) вычислений.

5. После вычисления всех свидетелей, эти свидетели будут преобразованы в соответствующую последовательность листовых узлов дерева Меркла, дерево Меркла является K-арным деревом Меркла с глубиной 8.

6. Вычислите корень Меркла и преобразуйте его в proof_target решения, проверьте, соответствует ли он текущему latest_proof_target эпохи, если соответствует, то вычисление успешно, отправьте адрес вознаграждения, epoch_hash и counter, необходимые для построения входа, в качестве решения и распространите.

7. В одном и том же эпохе можно обновлять ввод EpochProgram многократными вычислениями решения, используя итерацию счетчика.

Изменения и влияние майнинга

После данного обновления puzzle изменился с генерации proof на генерацию witness, логика вычисления всех решений в каждом epoch остается одинаковой, однако логика вычисления в разных epoch имеет значительные различия.

Из предыдущей тестовой сети мы можем заметить, что многие методы оптимизации сосредоточены на использовании GPU для оптимизации вычислений MSM и NTT на этапе генерации proof, что повышает эффективность майнинга. Это обновление полностью исключает эти вычисления; в то же время процесс генерации witness происходит при выполнении программы, изменяющейся с эпохами, где команды имеют некоторые зависимости на последовательное выполнение, поэтому реализация параллелизации представляет собой немалую задачу.