Halo
Με λίγα λόγια
Το Halo είναι ένα χωρίς ανάγκη εμπιστοσύνης, αναδρομικό σύστημα αποδείξεων μηδενικής γνώσης (ZKP) που ανακαλύφθηκε από τον Sean Bowe στο Electric Coin Co. Καταργεί την ανάγκη για trusted setup και καθιστά πρακτική τη σύνθεση αναδρομικών αποδείξεων, η οποία αποτελεί τη βάση του τρέχοντος οδικού χάρτη κλιμάκωσης και ασφάλειας του Zcash.
- Τι είναι: μια κατασκευή zk-SNARK με αποδοτική αναδρομή και χωρίς τελετή trusted setup.
- Γιατί έχει σημασία: το θωρακισμένο pool Orchard του Zcash, που ενεργοποιήθηκε με το NU5 το 2022, λειτουργεί με το Halo 2 — την υλοποίηση παραγωγής αυτής της έρευνας.
- Βασική ιδιότητα: δεν υπάρχουν «τοξικά απόβλητα» από τελετές setup και οι αποδείξεις μπορούν να πιστοποιούν πρακτικά απεριόριστες άλλες αποδείξεις.
- Αδειοδότηση: το Halo 2 είναι ανοιχτού κώδικα υπό τις άδειες MIT και Apache 2.0, ώστε οποιοσδήποτε στο οικοσύστημα να μπορεί να βασιστεί σε αυτό.
Βασική εξήγηση
Το Halo είναι ένα χωρίς ανάγκη εμπιστοσύνης, αναδρομικό σύστημα αποδείξεων μηδενικής γνώσης που ανακαλύφθηκε από τον Sean Bowe στο Electric Coin Co. Καταργεί το trusted setup και επιτρέπει μεγαλύτερη κλιμάκωση του blockchain Zcash. Το Halo ήταν το πρώτο σύστημα αποδείξεων μηδενικής γνώσης που είναι ταυτόχρονα αποδοτικό και αναδρομικό — και θεωρείται ευρέως επιστημονική ανακάλυψη.
Τα δύο συστατικά
- Συνοπτικό σχήμα polynomial commitment. Επιτρέπει σε έναν δεσμευτή να δημιουργεί commitment σε ένα πολυώνυμο με μια σύντομη συμβολοσειρά, την οποία ένας επαληθευτής μπορεί να χρησιμοποιήσει για να επιβεβαιώσει τις δηλωμένες αξιολογήσεις του δεσμευμένου πολυωνύμου.
- Διαδραστική απόδειξη polynomial oracle. Ο επαληθευτής ζητά από τον αποδεικνύοντα (έναν αλγόριθμο) να ανοίξει όλα τα commitments σε σημεία της επιλογής του, χρησιμοποιώντας το σχήμα polynomial commitment, και ελέγχει ότι η ταυτότητα ισχύει μεταξύ τους.
Χωρίς trusted setup
Το zk-SNARKs βασίζεται σε μια κοινή συμβολοσειρά αναφοράς (CRS) ως δημόσια παράμετρο για την απόδειξη και την επαλήθευση. Αυτή η CRS πρέπει να δημιουργηθεί εκ των προτέρων από ένα αξιόπιστο μέρος. Μέχρι πρόσφατα, απαιτούνταν περίπλοκοι ασφαλείς υπολογισμοί πολλών μερών (MPC) — όπως εκείνοι που εκτελέστηκαν από το δίκτυο Aztec και το Zcash — για να μετριαστεί ο κίνδυνος αυτής της τελετής trusted setup.
Τα παλαιότερα θωρακισμένα pools Sprout και Sapling του Zcash χρησιμοποιούσαν τα συστήματα zk-proving BCTV14 και Groth16. Παρότι ήταν ασφαλή, είχαν περιορισμούς: δεν ήταν κλιμακώσιμα επειδή συνδέονταν με μία μόνο εφαρμογή, τα «τοξικά απόβλητα» (κατάλοιπα κρυπτογραφικού υλικού που δημιουργήθηκε κατά την τελετή γένεσης) μπορούσαν να παραμείνουν και υπήρχε ένα στοιχείο εμπιστοσύνης — έστω και ελάχιστο — στην αποδοχή της τελετής.
Το Halo καταργεί το trusted setup συμπτύσσοντας επανειλημμένα πολλαπλά στιγμιότυπα δύσκολων προβλημάτων μαζί πάνω σε κύκλους ελλειπτικών καμπυλών, ώστε οι υπολογιστικές αποδείξεις να μπορούν να αναφέρονται αποτελεσματικά στον εαυτό τους (ένθετη απόσβεση). Μια παρενέργεια είναι ότι η δομημένη συμβολοσειρά αναφοράς (το αποτέλεσμα μιας τελετής) γίνεται αναβαθμίσιμη, επιτρέποντας εφαρμογές όπως τα έξυπνα συμβόλαια.
Το Halo παρέχει στους χρήστες δύο σημαντικές διαβεβαιώσεις για την ασφάλεια ενός συστήματος αποδείξεων μηδενικής γνώσης μεγάλης κλίμακας. Πρώτον, επιτρέπει στους χρήστες να αποδείξουν ότι κανείς που συμμετείχε στην τελετή γένεσης δεν δημιούργησε μια μυστική κερκόπορτα για την εκτέλεση δόλιων συναλλαγών. Δεύτερον, επιτρέπει στους χρήστες να καταδείξουν ότι το σύστημα παρέμεινε ασφαλές με την πάροδο του χρόνου, ακόμη και καθώς υπέστη ενημερώσεις και αλλαγές.
Η επεξήγηση του Sean Bowe στο Dystopia Labs
Οπτικό / Αναλογία
Η αλυσίδα συμβολαιογράφων
Σκέψου μια κανονική zk-SNARK ως συμβολαιογραφικό έγγραφο: μία σφραγίδα, μία επαλήθευση, τέλος. Τώρα φαντάσου ότι πρέπει να αποδείξεις πως μια στοίβα δέκα χιλιάδων εγγράφων είναι αυθεντική. Χωρίς αναδρομή, ένας επαληθευτής θα έπρεπε να ελέγξει κάθε σφραγίδα.
Το Halo μετατρέπει κάθε επαληθευμένο έγγραφο σε σφραγίδα στο επόμενο έγγραφο, έως ότου ολόκληρη η στοίβα συμπτυχθεί σε ένα μόνο έγγραφο με μία μόνο σφραγίδα. Ο έλεγχος του τελευταίου εγγράφου αρκεί για να εμπιστευτείς ολόκληρη την αλυσίδα — και, κρίσιμα, ο συμβολαιογράφος του Halo (το σύστημα απόδειξης) κατασκευάζει τις δικές του σφραγίδες χωρίς να χρειάζεται ποτέ εξωτερική αρχή για να εγκαταστήσει τη σφραγίδα του.
Γιατί έχει σημασία η κατάργηση του trusted setup
Στα παλαιότερα συστήματα, η «σφραγίδα» (η CRS) προερχόταν από μια τελετή. Οι συμμετέχοντες έπρεπε να καταστρέψουν το ενδιάμεσο υλικό και όλοι έπρεπε να εμπιστευτούν ότι το έκαναν. Η σφραγίδα του Halo παράγεται μόνο από τα μαθηματικά: δεν υπάρχει τίποτα για καταστροφή, τίποτα που μπορεί να διαρρεύσει και καμία τελετή που χρειάζεται εμπιστοσύνη.
Εμβάθυνση
Αναδρομικές αποδείξεις
Η σύνθεση αναδρομικών αποδείξεων επιτρέπει σε μία μόνο απόδειξη να πιστοποιεί την ορθότητα πρακτικά απεριόριστων άλλων αποδείξεων, συμπιέζοντας μεγάλο όγκο υπολογισμών (και πληροφοριών). Αυτό είναι ουσιώδες συστατικό για την κλιμάκωση, επειδή επιτρέπει στο δίκτυο να κλιμακώνεται οριζόντια, ενώ μικρότερες ομάδες συμμετεχόντων μπορούν ακόμη να εμπιστεύονται την ακεραιότητα του υπόλοιπου δικτύου.
Πριν από το Halo, η επίτευξη σύνθεσης αναδρομικών αποδείξεων απαιτούσε μεγάλο υπολογιστικό κόστος και trusted setup. Μία από τις κύριες ανακαλύψεις ήταν μια τεχνική που ονομάζεται ένθετη απόσβεση: αναδρομική σύνθεση με χρήση ενός σχήματος polynomial commitment βασισμένου στο επιχείρημα εσωτερικού γινομένου, που βελτιώνει μαζικά την απόδοση ενώ αποφεύγει το trusted setup.
Η εργασία Halo περιγράφει πλήρως αυτό το σχήμα polynomial commitment και ανακάλυψε ότι μέσα σε αυτό υπήρχε μια νέα τεχνική συνάθροισης. Η τεχνική επιτρέπει την επαλήθευση μεγάλου αριθμού ανεξάρτητα δημιουργημένων αποδείξεων σχεδόν τόσο γρήγορα όσο η επαλήθευση μίας μόνο απόδειξης. Από μόνη της, ήδη προσέφερε μια καλύτερη εναλλακτική στο παλαιότερο zk-SNARKs που χρησιμοποιήθηκε στο Zcash.
Halo 2
Το Halo 2 είναι μια υψηλής απόδοσης υλοποίηση zk-SNARK γραμμένη σε Rust, η οποία καταργεί την ανάγκη για trusted setup ενώ θέτει τις βάσεις για κλιμάκωση στο Zcash.
Περιλαμβάνει μια γενίκευση της προσέγγισης που ονομάζεται σχήμα συσσώρευσης. Αυτή η τυποποίηση αποκαλύπτει πώς λειτουργεί στην πράξη η ένθετη απόσβεση: προσθέτοντας αποδείξεις σε ένα αντικείμενο που ονομάζεται συσσωρευτής, όπου κάθε απόδειξη αναφέρεται στην προηγούμενη κατάσταση του συσσωρευτή, όλες οι προηγούμενες αποδείξεις μπορούν να ελεγχθούν (με επαγωγή) απλώς ελέγχοντας την τρέχουσα κατάσταση του συσσωρευτή.
Παράλληλα, πολλές άλλες ομάδες ανακάλυπταν Polynomial IOPs πιο αποδοτικά από το Sonic (που χρησιμοποιείται στο Halo 1), όπως το Marlin. Το αποδοτικότερο από αυτά τα πρωτόκολλα είναι το PLONK, το οποίο προσφέρει τεράστια ευελιξία στον σχεδιασμό αποδοτικών υλοποιήσεων βάσει αναγκών συγκεκριμένων εφαρμογών και παρέχει χρόνο αποδεικνύοντα 5× καλύτερο από το Sonic.
Επισκόπηση του PLONK
Το Halo στο ευρύτερο οικοσύστημα
Το Electric Coin Company συνήψε συμφωνία με το Protocol Labs, το Ίδρυμα Filecoin και το Ethereum Foundation για να διερευνήσει έρευνα και ανάπτυξη Halo, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στα αντίστοιχα δίκτυά τους. Η συμφωνία στοχεύει να προσφέρει καλύτερη κλιμάκωση, διαλειτουργικότητα και ιδιωτικότητα σε όλα τα οικοσυστήματα και για το Web 3.0.
Επιπλέον, το Halo 2 διατίθεται υπό τις άδειες ανοικτού κώδικα MIT και Apache 2.0, πράγμα που σημαίνει ότι οποιοσδήποτε στο οικοσύστημα μπορεί να δημιουργήσει με το σύστημα απόδειξης.
Filecoin. Από την ανάπτυξή της, η βιβλιοθήκη halo2 έχει υιοθετηθεί σε έργα όπως το zkEVM και υπάρχει πιθανή ενσωμάτωση του Halo 2 στο σύστημα αποδείξεων για το Virtual Machine Filecoin. Το Filecoin απαιτεί πολυάριθμες δαπανηρές αποδείξεις χωροχρόνου και αποδείξεις αναπαραγωγής· το Halo 2 είναι καθοριστικό για τη συμπίεση της χρήσης χώρου και την καλύτερη κλιμάκωση του δικτύου. Βίντεο του Ιδρύματος Filecoin με τον Zooko. Θα ωφελούσε επίσης και τα δύο οικοσυστήματα εάν οι πληρωμές αποθήκευσης Filecoin μπορούσαν να γίνονται σε ZEC, προσφέροντας την ίδια ιδιωτικότητα για αγορές αποθήκευσης που υπάρχει στις θωρακισμένες μεταφορές Zcash — συμπεριλαμβανομένης της κρυπτογράφησης αρχείων στην αποθήκευση Filecoin και της υποστήριξης πελατών κινητών που επισυνάπτουν πολυμέσα σε ένα κρυπτογραφημένο σημείωμα Zcash. Ανάρτηση ιστολογίου ECC × Filecoin
Ethereum. Αναπτύσσεται μια απόδειξη Halo 2 για μια αποδοτική συνάρτηση επαληθεύσιμης καθυστέρησης (VDF). Μια VDF είναι κρυπτογραφικό πρωταρχικό στοιχείο με πολλές πιθανές περιπτώσεις χρήσης, συμπεριλαμβανομένης της τυχαιότητας γενικού σκοπού για έξυπνα συμβόλαια και της εκλογής ηγέτη στο Proof of Stake. Το ECC, το Filecoin Foundation, το Protocol Labs και το Ethereum Foundation συνεργάζονται επίσης με το SupraNational, έναν προμηθευτή που ειδικεύεται στην κρυπτογραφία επιταχυνόμενη από υλικό, για πιθανή ανάπτυξη GPU και ASIC της VDF. Η ομάδα Privacy and Scaling Explorations ερευνά πρόσθετους τρόπους με τους οποίους οι αποδείξεις Halo 2 μπορούν να βελτιώσουν την ιδιωτικότητα και την κλιμάκωση για το Ethereum.
Άλλα έργα που χρησιμοποιούν το Halo
- Anoma — ένα πρωτόκολλο atomic swap πολλαπλών αλυσίδων που διατηρεί την ιδιωτικότητα
- Orbis — ένα L2 zkRollup στο Cardano
- DarkFi — ένα ιδιωτικό L1 zkEVM blockchain
- Scroll — ένα L2 zkRollup στο Ethereum
Πρακτικές επιπτώσεις
Για το ίδιο το Zcash
- Το θωρακισμένο pool Orchard, που ενεργοποιήθηκε με το NU5, είναι η υλοποίηση αυτού του νέου συστήματος αποδείξεων στο δίκτυο Zcash. Προστατεύεται από τον ίδιο σχεδιασμό turnstile που χρησιμοποιείται μεταξύ των Sprout και Sapling, με πρόθεση τη σταδιακή απόσυρση των παλαιότερων θωρακισμένων pools.
- Μετά το NU5 (στα μέσα του 2022), η ενσωμάτωση αναδρομικών αποδείξεων κατέστη δυνατή και συνοδεύτηκε από αρκετές βελτιώσεις ιδιωτικότητας — κυρίως από την εισαγωγή των «Actions» που αντικαθιστούν εισόδους/εξόδους, μειώνοντας την ποσότητα metadata συναλλαγών.
- Η κατάργηση των trusted setups εξαλείφει έναν συστημικό κίνδυνο που διαφορετικά θα έπρεπε να επαναλαμβάνεται για κάθε σημαντική αναβάθμιση πρωτοκόλλου.
Για κατόχους και διαχειριστές
- Η σύνθεση αναδρομικών αποδείξεων έχει τη δυνατότητα να συμπιέζει απεριόριστους όγκους υπολογισμών, να δημιουργεί ελέγξιμα κατανεμημένα συστήματα και να βελτιώνει τη χωρητικότητα Layer 1 για διαχειριστές πλήρων κόμβων — κάτι σχετικό με επεκτάσεις όπως τα Shielded Assets Zcash και τα μακροπρόθεσμα σχέδια του Zcash.
Συνηθισμένα λάθη
| Συνήθης πεποίθηση | Τι ισχύει στην πραγματικότητα |
|---|
| «Το Halo είναι μια μελλοντική αναβάθμιση που περιμένει το Zcash.» | Το Orchard, ενεργό στο mainnet από το NU5 (2022), λειτουργεί ήδη με το Halo 2. |
| «Χωρίς trusted setup δεν υπάρχουν καθόλου παράμετροι.» | Το Halo εξακολουθεί να χρησιμοποιεί δομημένες παραμέτρους· η διαφορά είναι ότι δεν περιέχουν τοξικά απόβλητα και μπορούν να δημιουργηθούν και να αναβαθμιστούν χωρίς τελετή την οποία πρέπει να εμπιστεύονται οι συμμετέχοντες. |
| «Το Halo 2 και η εργασία Halo είναι το ίδιο πράγμα.» | Η εργασία περιγράφει το σχήμα polynomial commitment και την ένθετη απόσβεση· το Halo 2 είναι η υλοποίηση παραγωγής Rust με σχήμα συσσώρευσης και PLONKish αριθμητικοποίηση. |
| «Η αναδρομή βοηθά μόνο στην κλιμάκωση της επαλήθευσης μπλοκ.» | Η αναδρομή συμπιέζει επίσης υπολογισμούς επιπέδου εφαρμογής — δες τις αποδείξεις χωροχρόνου/αναπαραγωγής του Filecoin και την εργασία VDF για το Ethereum. |
Σχετικές σελίδες
Περαιτέρω μάθηση
Τεκμηρίωση
