ABCDE Capital：Polyhedra Network은 이더리움 전체 노드 ZK 증명을 어떻게 구현하나요?

作者： ABCDE Capital

개요：

이더리움 PoS의 전체 노드 증명은 zkBridge 및 이더리움 상의 모든 상호 운용 프로토콜 구축에 필수적입니다. 동기 위원회는 이러한 목적에 대해 충분히 안전하지 않으며, 동기 위원회의 암호 경제적 안전성(현재 약 3200만 달러의 ETH 스테이킹)은 이상적이지 않습니다. 이더리움의 동기 위원회 배포에 의존하는 크로스 체인 인프라, 오라클 및 데이터 처리 서비스는 안전하지 않습니다.

Polyhedra Network는 이더리움 PoS의 전체 노드를 증명하기 위해 zk Bridge 시스템을 설계하고 구현했습니다(현재 총 스테이킹된 ETH의 총 가치는 약 400억 달러입니다). Polyhedra Network는 LayerZero에서 모든 이더리움 및 그 롤업(예: Arbitrum, Linea, Optimism, zk Sync, Mantle 등)의 zk 클라이언트를 이더리움 전체 노드의 ZK 증명에 기반하여 운영합니다. Polyhedra Network는 10초 이내에 이더리움 전체 노드의 증명을 생성할 수 있는 효율적인 증명 시스템인 deVirgo를 채택했습니다. 이 증명 속도는 이더리움 블록 생성 속도를 따라잡을 수 있습니다.

이더리움 전체 노드의 제로 지식 증명 구현은 이더리움 및 그 롤업이 완전히 신뢰할 필요 없이 효율적이고 안전한 상호 운용성을 실현할 수 있게 합니다. Polyhedra Network의 시스템은 또한 모든 L1 및 L2(예: BNB 스마트 체인 및 op BNB)와 모든 애플리케이션이 현재 및 과거의 모든 이더리움 데이터를 전송할 수 있도록 허용합니다. 이를 통해 스마트 계약은 이더리움 데이터를 신뢰할 필요 없이 다양한 계산 논리를 수행할 수 있으며, 그 안전성은 이더리움 PoS 전체 노드에 의해 보장됩니다.

이더리움 PoS의 전체 노드 증명이 안전성에 필수적입니다

이더리움 경량 클라이언트와 비교할 때, 이더리움 전체 노드 증명은 더 높은 안전 보장을 제공합니다. 이더리움 경량 클라이언트의 안전성은 "동기 위원회"라는 시스템에 전적으로 의존합니다. 그러나 동기 위원회의 규모는 512명의 구성원만으로 하루에 약 27.3시간마다 한 번씩 교체됩니다. 총 스테이킹 자산은 16384 ETH(512 * 32)로, 이더리움 생태계와 다른 네트워크를 연결하는 크로스 체인 브릿지의 일일 거래량(3억 달러 이상)과 비교할 때 매우 적습니다(현재 스테이킹된 ETH는 3200만 달러에 불과합니다).

또 다른 문제는 동기 위원회가 항상 블록에 서명하지 않는다는 것입니다(예: 블록 17239413 및 블록 17239414). 통계에 따르면, 1.6%의 블록은 동기 위원회의 대다수 구성원에 의해 서명되지 않았으며, 이 문제는 평균적으로 12분마다 발생할 수 있습니다.

이더리움 전체 노드 증명 시스템 개요

이러한 문제를 해결하기 위해 Polyhedra Network는 동기 위원회 사용을 포기하고 이더리움 머지 이후의 이더리움 블록체인의 전체 PoS 합의를 활용하기로 결정했습니다. 이는 이더리움 메인넷의 각 블록에 포함된 20,000개 이상의 서명을 증명하게 됩니다(512명의 동기 위원회보다 40배 증가).

40배의 작업량 증가를 처리하기 위해 Polyhedra Network는 독특한 증명 시스템인 deVirgo를 채택했습니다. 이 증명 시스템은 이론적인 개선과 상당한 엔지니어링 발전 덕분에 비할 데 없는 처리 능력을 가지고 있습니다. deVirgo 프로토콜은 매우 큰 FFT 또는 MSM에 대한 필요성을 이론적으로 제거하여 증명 생성 시간을 서명 수와 선형 관계로 만듭니다. 이 프로토콜은 zkBridge에 배포되었으며, 병렬 및 분산 계산을 지원합니다.

10억 규모의 회로에서 수행된 증명 시스템 실험은 그 증명 생성 시간이 10초 미만으로 이더리움 블록 생성 속도(약 12초)를 따라잡을 수 있으며, 증명 크기나 검증 시간을 증가시키지 않는다는 것을 보여줍니다.

효율적인 증명 시스템을 사용하여 이더리움 전체 노드를 증명합니다

이더리움 전체 노드를 신속하게 증명하기 위해 Polyhedra Network는 효율적인 증명 시스템인 deVirgo를 사용했습니다. deVirgo는 GKR 프로토콜을 병렬화하기 위해 계산을 여러 대의 머신에 분산시키도록 설계된 Virgo 프로토콜의 분산 버전입니다. deVirgo를 사용함으로써 zkBridge는 외부 신뢰 가정에 의존하지 않고도 서로 다른 블록체인 간의 빠르고 유연한 상호 운용성을 지원할 수 있습니다. zkBridge는 deVirgo에 의해 생성된 이전 증명을 증명하기 위해 재귀 증명을 사용하여 해당 블록 헤드를 재귀적으로 증명합니다. 재귀 증명은 온체인 검증 비용을 EVM 호환 블록체인 네트워크에서 약 220K의 연료로 낮춥니다.

deVirgo의 핵심 혁신은 이더리움 전체 노드의 합의가 데이터 병렬 회로의 성질로 표현될 수 있음을 확인한 것입니다. 데이터 병렬 산술 회로와 N대의 머신이 있다고 가정할 때, deVirgo 증명 시스템은 데이터 병렬 회로를 N개의 서브 회로로 나누어 각 머신이 하나의 서브 회로만 계산하도록 할 수 있습니다. 이더리움 전체 합의의 검증은 30,000개 이상의 동일한 서명 검증 알고리즘과 해시를 포함하는 데이터 병렬 회로입니다.

deVirgo의 핵심은 분산 sumcheck 기술입니다. deVirgo에서 sumcheck 프로토콜은 두 단계로 나뉩니다. 첫 번째 단계에서 각 머신은 자신의 서브 회로를 처리하고 집합적으로 집계 증명을 생성합니다. 나머지 작업은 한 머신에게 충분히 작습니다. 이 머신은 이제 두 번째 단계를 실행하여 분산 sumcheck를 완료할 수 있습니다.

이더리움 전체 노드 ZK 증명의 성능 평가

BLS 서명 집합에서의 구현을 평가하기 위해 Polyhedra Network는 두 개의 AMD EPYC ™ 7763 CPU를 사용하여 deVirgo 증명 및 재귀 검증의 실행 시간을 측정했습니다. 결과는 다음과 같습니다:

Polyhedra Network는 이미 zkBridge에 이더리움 전체 노드 증명 시스템을 배포했습니다. zkBridge는 이더리움을 송신 체인으로 설정하고 BNB 체인 및 Avalanche와 같은 다른 네트워크를 수신 체인으로 설정합니다. 결과적으로 모든 구성 요소의 지연을 포함할 경우, zkBridge는 12초 이내에 이더리움 전체 노드의 증명을 생성하고 BNB 체인 및 다른 네트워크에서 블록 헤드를 검증할 수 있습니다.

Polyhedra Network는 구현을 계속 최적화할 것입니다. 가까운 미래에 GPU 가속을 통해 초기 비용을 낮추고 더 나은 분산화를 실현할 계획입니다. 그러나 현재의 zkBridge 증명 시스템은 이더리움의 블록 생성 시간을 따라잡기에 충분히 효율적입니다.

요약

이더리움 전체 노드의 증명을 구현함으로써 Polyhedra Network는 zk Bridge를 통해 완전히 신뢰할 필요 없고 효율적이며 안전한 상호 운용성을 실현하여 이더리움 생태계(L1 및 L2 포함)와 다른 네트워크를 연결했습니다. 또한, Polyhedra Network는 LayerZero에서 모든 이더리움 및 그 롤업(예: Arbitrum, Linea, Optimism, zk Sync, Mantle)의 zk 클라이언트에 이더리움 전체 노드의 ZK 증명을 장착할 것입니다. 이는 이더리움 전체 노드의 스테이킹 안전성(약 400억 달러)을 LayerZero의 zk 클라이언트에 가져오게 됩니다.

이더리움 전체 노드 증명 시스템은 현재 및 과거의 이더리움 데이터(블록 헤드 및 거래 데이터 포함)가 모든 네트워크 및 애플리케이션에서 접근 가능하도록 허용합니다. 이는 모든 블록체인上的 스마트 계약이 신뢰할 필요 없이 이더리움 데이터에 접근하고 다양한 계산 논리를 처리할 수 있게 합니다. 모든 안전성은 이더리움 PoS 전체 노드의 ZK 증명에 의해 보장됩니다.