Kết thúc: Cách chúng tôi bảo mật MegaETH bằng ZK

Tác giả: MegaETH Nguồn: @megaeth_labs Dịch: Shan Ouba, Golden Finance

Cốt lõi của tất cả các Optimistic Rollup, có một giả định chính: Các đề xuất trạng thái đã nộp mặc định có hiệu lực cho đến khi chúng được chứng minh là sai. Tuy nhiên, giả định này chỉ đúng khi Rollup có cơ chế chống gian lận mạnh. Một chuỗi thiếu cơ chế này sẽ ngay lập tức trở nên không an toàn khi trạng thái không hợp lệ không được thẩm vấn hoặc quá trình thanh toán bị chặn do các thách thức độc hại.

Gánh nặng của Bằng chứng Gian lận

Để hỗ trợ các giả định trên, L2 của Optimistic phải hỗ trợ một cơ chế chống gian lận (còn được gọi là giao thức giải quyết tranh chấp), cho phép người xác thực (người thách thức) thách thức các đề xuất trạng thái có khả năng không chính xác do người sắp xếp (người đề xuất) gửi. Cơ chế này phải đảm bảo hai thuộc tính chính:

1. Tất cả các đề xuất trạng thái không chính xác có thể được xác định,

2. Những thách thức không chính xác sẽ không bao giờ thành công.

Về mặt kỹ thuật, cơ chế này bao gồm hai thành phần cốt lõi:

• Giao thức phụ thách thức: xử lý các tranh chấp liên quan đến một đề xuất trạng thái duy nhất.

• Cơ chế giải đấu: khi nhiều đề xuất trạng thái cạnh tranh xuất hiện cho cùng một khối, cơ chế này được sử dụng để lọc ra đề xuất duy nhất đúng.

Mỗi đề xuất trạng thái là một tuyên bố về kết quả của một tập hợp các lần thực hiện giao dịch, thường bao gồm ba phần:

• Trạng thái ban đầu: trạng thái L2 được xác nhận gần đây nhất trên Ethereum;

• Tải trọng giao dịch: một loạt các giao dịch L2 đã xảy ra kể từ trạng thái đó;

• Trạng thái cuối cùng: kết quả mà người đề xuất tuyên bố đã đạt được sau khi thực hiện các giao dịch này.

Vì vậy, một đề xuất hoàn chỉnh về cơ bản có nội dung như sau:

"Giả sử trạng thái ban đầu hiện tại là A, hãy thực hiện danh sách các giao dịch (tải trọng) sau, tôi nghĩ trạng thái cuối cùng sẽ là X."

Chúng ta có thể hình dung cấu trúc này dưới dạng hình sau:

Tại thời điểm này, vai trò của giao thức phụ thách thức là xác minh xem yêu cầu có đúng không. Nếu sai, lời thách thức phải thành công và đề xuất phải bị từ chối.

Chứng minh lỗi tương tác (Trò chơi thách thức nhị phân)

Trong hầu hết các hệ thống Optimistic Rollup chính thống hiện nay, một giao thức tương tác được áp dụng: bên thách thức và bên đề xuất tham gia vào một cuộc đối đầu qua lại.

Khi tranh chấp được nêu ra, hai bên sẽ phân tích nhị phân các kết quả trung gian của quá trình tính toán (kết quả của từng bước mà bên đề xuất yêu cầu) để dần dần thu hẹp phạm vi các lỗi có thể xảy ra. Quá trình này sẽ tiếp tục lặp lại cho đến khi cả hai bên tìm thấy một bước tính toán sai (ví dụ: một giao dịch đã được thực hiện không chính xác).

Sau khi xác định được lỗi cụ thể, bước này sẽ được thực hiện lại trên mạng chính Ethereum để xác định xem có thực sự xảy ra gian lận hay không.

Tuy nhiên, cơ chế này có nhiều vấn đề:

• Độ trễ cao: Mỗi bước tương tác yêu cầu khởi tạo một giao dịch trên chuỗi Ethereum. Toàn bộ quá trình giải quyết tranh chấp có thể mất hàng giờ hoặc thậm chí hàng ngày, đặc biệt là khi mạng bị tắc nghẽn hoặc kiểm duyệt;

• Yêu cầu cao đối với người đề xuất: Ngay cả khi người đề xuất trung thực và thách thức là vô căn cứ, họ vẫn cần phải tham gia vào toàn bộ quá trình tranh chấp, phải trả một chi phí tính toán và tương tác trên chuỗi đáng kể;

• Dễ bị lợi dụng cho mục đích xấu: Những kẻ thách thức có ác ý có thể liên tục đưa ra những thách thức vô lý, buộc những người đề xuất trung thực phải liên tục lãng phí thời gian và chi phí gas để bảo vệ trạng thái đúng.

Trên thực tế, bằng chứng gian lận tương tác rất tốn kém, dễ bị tấn công khi tải cao và dễ bị lạm dụng.

Bằng chứng gian lận không tương tác (Mô hình thách thức ZK)

MegaETH lại đi theo một hướng hoàn toàn khác: nó yêu cầu người thách thức chỉ tạo ra một bằng chứng không kiến thức (ZKP) ngắn gọn để chứng minh rằng trạng thái cuối cùng mà người đề xuất yêu cầu là không hợp lệ.

Cụ thể, bằng chứng ZK này cho thấy việc thực hiện một chuỗi giao dịch từ trạng thái ban đầu sẽ không dẫn đến trạng thái cuối cùng mà người đề xuất yêu cầu. Cơ chế này sẽ được xây dựng trên zkVM của RISC Zero và sẽ được triển khai bằng cách mượn kiến trúc lai chống gian lận không tương tác của OP Kailua.

Bằng chứng được gửi đến Ethereum thông qua một giao dịch duy nhất và hợp đồng xác thực trên chuỗi sẽ xác nhận tính hợp lệ của nó. Người đề xuất bằng chứng không cần tham gia vào bất kỳ công việc nào, không thể can thiệp vào toàn bộ quá trình và không tham gia vào các tranh chấp.

Tất nhiên, việc tạo ra một bằng chứng ZK như vậy không hề dễ dàng - nó đòi hỏi phải chạy toàn bộ quy trình tính toán đang tranh chấp trên máy ảo ZK, dự kiến sẽ tiêu tốn khoảng 100 tỷ chu kỳ tính toán và tốn khoảng 100 đô la trong trường hợp xấu nhất. Nhưng chi phí này chỉ phát sinh khi gian lận được chứng minh, và theo thiết kế, bên gian lận phải gánh chịu. Mô hình này làm giảm đáng kể áp lực vốn của những người thách thức trung thực và về cơ bản loại bỏ nguy cơ thiệt hại do hành vi ác ý trong cơ chế nhị phân.

ZK được sử dụng để chứng minh gian lận, không phải để xác minh tính hợp lệ của trạng thái

Trong lĩnh vực mã hóa, "zero knowledge (ZK)" thường được đơn giản hóa thành từ đồng nghĩa với ZK Rollup - tức là sử dụng bằng chứng ZK để xác minh các chuyển đổi trạng thái ngoài chuỗi và sau đó công bố chúng lên hệ thống trên chuỗi. Nhưng cách hiểu này thực sự chỉ bao hàm một nửa tiềm năng của ZK.

MegaETH sử dụng bằng chứng zero knowledge không phải để xác minh tính chính xác của trạng thái, mà để chứng minh gian lận. Điều này cho phép chúng tôi duy trì hiệu quả và khả năng mở rộng của Optimistic Rollup đồng thời bổ sung một cơ chế không cần tin cậy, không tương tác để phát hiện và thách thức các chuyển đổi trạng thái không hợp lệ.

Chúng tôi gọi phương pháp kết hợp này là bằng chứng gian lận ZK, và nó mang lại một mô hình tin cậy khác biệt về cơ bản.

Cửa sổ phát hiện không thay đổi, tính cuối cùng giảm đáng kể

Vì lý do bảo mật và thận trọng, MegaETH vẫn sẽ giữ nguyên cửa sổ thử thách 7 ngày của một chuỗi lạc quan điển hình, nghĩa là bất kỳ người tham gia nào cũng có một tuần để tranh chấp trạng thái gốc. Nhưng sự khác biệt thực sự xảy ra sau khi tranh chấp được đưa ra Trong mô hình tương tác, nếu một thách thức được đưa ra vào ngày thứ 7, có thể mất thêm vài ngày để hoàn tất việc giải quyết tranh chấp. Trong khoảng thời gian này, tính cuối cùng của chuỗi trên mạng chính Ethereum sẽ bị đóng băng, tiến trình giao thức sẽ bị gián đoạn và tính hoạt động của chuỗi sẽ bị ảnh hưởng.

Với bằng chứng gian lận ZK, toàn bộ quy trình tranh chấp sẽ hoàn tất trong khoảng 1 giờ. Người thách thức tạo bằng chứng ZK, gửi chúng lên mạng chính Ethereum và xác minh ngay lập tức, và trạng thái chuỗi sẽ nhanh chóng đạt được tính cuối cùng. Điều này bảo vệ hiệu quả khỏi một vectơ tấn công quan trọng: Những người thách thức có ác ý liên tục khởi tạo các tranh chấp giả mạo để ngăn chặn tính cuối cùng của chuỗi.

Tính khả dụng của dữ liệu được đảm bảo bởi EigenDA

Để đảm bảo tính toàn vẹn của quy trình chống gian lận, người thách thức phải có thể truy cập dễ dàng và đáng tin cậy vào dữ liệu khối gốc để tái tạo quy trình tính toán bị thách thức.

Đây là lý do tại sao chúng tôi sử dụng mô hình gian lận ZK với EigenDA, một lớp tính khả dụng của dữ liệu phi tập trung, thông lượng cao.

Thông qua cấu trúc này, toàn bộ quy trình được tinh giản đến mức an toàn và hiệu quả nhất:

• Bộ sắp xếp sẽ xuất bản dữ liệu khối lên EigenDA và chỉ gửi một bản tóm tắt dữ liệu nhỏ lên Ethereum. Đảm bảo mã hóa do EigenDA cung cấp đảm bảo rằng bằng chứng gian lận có thể được tạo bất cứ lúc nào và bộ sắp xếp không thể "ẩn" dữ liệu để tránh bị xem xét;

• Bất kỳ người quan sát nào cũng có thể truy xuất dữ liệu khối từ EigenDA, tái tạo toàn bộ khối và thực thi nó trong zkVM;

• Khi phát hiện gian lận, người quan sát có thể tạo bằng chứng gian lận ZK ngắn gọn và gửi nó đến hợp đồng xác minh trên Ethereum; bộ sắp xếp sẽ bị phạt và đề xuất không hợp lệ của nó sẽ bị từ chối.

Mô hình Ủy thác An toàn Mã hóa, Có thể Mở rộng

MegaETH thay thế các trò chơi gian lận tương tác phức tạp bằng bằng chứng gian lận ZK ngắn gọn, không tương tác. Cách tiếp cận này loại bỏ nguy cơ bị tấn công quấy rối, giảm đáng kể thời gian xác nhận cuối cùng và đảm bảo các tranh chấp có thể được giải quyết một cách hiệu quả và có thể mở rộng.

Với RiscZero cung cấp sức mạnh tính toán có thể xác minh và @eigen_da đảm bảo quyền truy cập vào dữ liệu thô, mọi đề xuất của tiểu bang đều:

có thể tái cấu trúc, xác minh và thách thức bởi bất kỳ ai - ở mọi quy mô.