Antecedentes

Em 10 de abril, A16z Crypto lançou a solução de conhecimento zero Jolt para acelerar e simplificar as operações de escalonamento de blockchain. Jolt integra SNARK (Argumento Não Interativo Sucinto de Conhecimento), permitindo que os desenvolvedores criem rapidamente soluções L2 baseadas em SNARK. A equipe também afirmou que Jolt é duas vezes mais rápido do que as atuais zkVMs. A tecnologia ZK tem sido um dos principais tópicos na indústria de criptomoedas, com o ZK-Rollup sendo saudado por Vitalik como uma solução de longo prazo para a escalabilidade do Ethereum. O lançamento do Jolt pela A16z, a partir de agosto do ano passado até o seu lançamento oficial este ano, indica que o ZK-Rollup ainda é um caminho de longo prazo que requer esforço árduo. O ZK-Rollup atraiu muitos jogadores, formando categorias técnicas mais refinadas para diferenciar entre projetos. Sua compatibilidade com a EVM é o padrão de classificação mais representativo.

EVM, devido a razões históricas, possui muitos designs não amigáveis ao ZK. No entanto, muitos projetos existentes foram construídos no EVM nas fases iniciais, e o ZK-Rollup ainda é visto como uma solução de escalabilidade futura. Portanto, a grande maioria dos projetos de ZK-Rollup naturalmente enfrentam o dilema entre ser mais compatíveis com EVM ou mais compatíveis com ZK.

ZKM incubado pela Metis DAO adota uma abordagem mais fundamental e propõe uma solução zkMIPS universal. zkMIPS alcança a conversão do processo de execução do programa para ZKP usando um conjunto de instruções MIPS de nível mais baixo. Além da compatibilidade com EVM, também pode ser compatível com outros VMs, como MoveVM e RustVM, permitindo que o ZK-Rollup abra suas portas para uma gama mais diversificada de desenvolvedores.

Este artigo fornecerá aos leitores uma compreensão aprofundada dos esforços e progressos da Metis em ZK e Sequencer descentralizado.

ZKM e Rollups Híbridos: Uma Mistura de OP e ZK

O desempenho notável da Metis no mercado é inseparável de seu inovador mecanismo de Hybrid Rollups, que combina provas de fraude e provas de validade para incorporar as vantagens de ambos.

A tecnologia zkMIPS da ZKM fornece suporte de compatibilidade sólido para os Hybrid Rollups da Metis, permitindo que a Metis alcance integração orgânica de ZK e EVM.

2.1 Mecanismos e Vantagens dos Rollups Híbridos

Em Rollups Híbridos, os principais papéis incluem:

• Sequenciador: Responsável por receber e processar transações de usuários, determinar a ordem ótima das transações e empacotá-las para liberar para as camadas de consenso e disponibilidade de dados.
• Proponentes: Avaliam transações e raízes de estado enviadas pelo Sequenciador e as registram na Cadeia de Compromisso de Estado (SCC).
• Verificadores: Verifique as raízes de estado na cadeia Rollup para garantir a correção das transações e prevenir comportamentos fraudulentos.

Nas soluções L2 padrão, o Sequenciador coleta e processa transações e, em seguida, publica os dados da transação na mainnet Ethereum (L1). Esse processo requer validação final dos dados e confirmação por L1 para garantir segurança e consistência.

Origem: https://mirror.xyz/msfew.eth/WQJaOcFkpTOZLns8MBQaCS4OepRoaZ7uoctnLAnalVw

Os Rollups híbridos adotam uma abordagem híbrida ao processar e otimizar transações de L2. Os passos específicos são os seguintes:

1. Início e processamento da transação:

• Os usuários iniciam transações no L2.
• O Sequenciador recebe e processa essas transações e determina a ordem delas na Cadeia de Transações Canônica (CTC).

1. Envio e verificação de status:

• Proponentes avaliam a transação e enviam a raiz do estado para a SCC.
• Os verificadores revisam a raiz de estado no SCC para garantir que esteja correta.

1. Geração e verificação de prova de conhecimento zero:

• O provador lê dados do L1 e gera prova de ZK. Este é um recurso chave dos Rollups Híbridos, permitindo que o sistema verifique a validade da transação sem revelar o conteúdo específico da transação.
• Uma vez que a prova ZK é gerada, o Verificador iniciará o processo de prova de fraude e poderá punir o Sequenciador se não for enviado a tempo.

1. Confirmação final de dados e status:

• Uma vez que a prova ZK é verificada, a transação é finalizada através de contratos inteligentes.
• L1 e L2 são conectados através de contratos inteligentes para garantir a transferência segura de fundos e status.

O design do Hybrid Rollups oferece várias vantagens significativas:

• Eficiência e custo-efetividade: Ao utilizar as provas ZK, os Rollups Híbridos podem processar mais transações consumindo menos gás.
• Segurança aprimorada: Combinando provas tradicionais de fraude e provas ZK, a segurança e correção das transações podem ser garantidas mesmo ao encontrar comportamentos maliciosos potenciais.
• Escalabilidade: Usando provas recursivas, os Rollups Híbridos podem lidar com transações em grande escala sem sacrificar o desempenho, suportando uma gama mais ampla de aplicações blockchain.
• Compatibilidade e flexibilidade: Suporta vários contratos inteligentes e linguagens de programação, permitindo que os desenvolvedores migrem facilmente aplicativos existentes para Rollups Híbridos.

2.2 Como zkMIPS Alcança Boa Compatibilidade ZK

A ideia central do ZK é converter o processo de execução do programa em uma prova matemática que pode ser facilmente verificada para que todos possam facilmente verificar a correção da execução do programa sem repetir o programa. A dificuldade está em transformar a lógica do programa arbitrário em uma prova matemática relativamente estável.

Desenvolvedores geralmente usam linguagens de alto nível para desenvolver programas, e diferentes linguagens de alto nível usam lógicas diferentes para "conversar" com o hardware.

Portanto, os caminhos de implementação dos projetos ZK existentes são frequentemente incompatíveis entre si. Scroll escreve circuitos diretamente para cada opcode do EVM, alcançando equivalência ao nível do opcode, o que reflete com precisão o EVM, mas traz uma enorme quantidade de engenharia.

Polygon zkEVM cria uma VM personalizada com desempenho otimizado, converte diretamente o bytecode do EVM em bytecode VM e alcança uma equivalência ao nível de opcode de forma mais eficiente. No entanto, a introdução de uma grande quantidade de código personalizado pode levar a desvios do EVM a longo prazo;

zkSync criou sua VM (SyncVM) e definiu sua representação intermediária algébrica (AIR) com base em registradores e, em seguida, construiu um compilador especializado para compilar Yul (uma linguagem intermediária que pode ser compilada em palavras de diferentes versões do EVM). O código da seção (considerado como um Solidity de nível mais baixo) é compilado em LLVM-IR e, em seguida, compilado em instruções para uma VM personalizada, alcançando assim compatibilidade com o nível de Solidity, mas não pode usar diretamente as ferramentas Ethereum existentes. Conversões também podem exigir procedimentos de reauditoria.

StarkNet abandons a compatibilidade com EVM e usa diretamente sua linguagem de baixo nível (Cairo) para executar uma VM de contrato inteligente personalizada (Cairo VM) para alcançar máxima eficiência ZK.

Comparado às soluções dos projetos acima, ZKM escolheu um caminho mais inclusivo: zkMIPS.

MIPS, que significa “Microprocessador sem Estágios de Pipeline Intertravados”, é um conjunto de instruções de microprocessador simples que começou em 1985.

O princípio básico do MIPS é reduzir instruções complexas de microprocessador para sua forma mais básica, o que aumenta a velocidade de processamento e reduz a complexidade da execução de programas.

No sistema zkMIPS, este conjunto de instruções é usado para implementar a conversão de programas em provas ZK.

O processo de implementação do zkMIPS é o seguinte:

• Conversão de programa para MIPS: Primeiro, contratos inteligentes ou programas escritos em linguagens de programação de alto nível como Solidity ou Rust são compilados para o conjunto de instruções MIPS. Esta etapa consiste em converter abstrações de nível superior em operações concretas que podem ser executadas no nível de hardware.
• Gerar provas ZK: Essas instruções MIPS são então utilizadas para gerar as respectivas provas de conhecimento zero. Devido à natureza simplificada do MIPS, este passo é mais computacionalmente eficiente e pode produzir provas mais rapidamente sem sacrificar a segurança.

Vantagens do zkMIPS

• Compatibilidade: zkMIPS suporta tanto Solidity compatível com EVM quanto outras linguagens de desenvolvimento mainstream, como Rust e Move. Isso permite que zkMIPS atenda ao ecossistema de desenvolvimento de blockchain mais amplo, trazendo mais possibilidades de aplicação.
• Custo-eficácia: Devido à eficiência do conjunto de instruções MIPS, zkMIPS pode reduzir significativamente os custos de computação ao gerar provas de conhecimento zero, aumentando a sustentabilidade geral do sistema.
• Provas recursivas: zkMIPS suporta provas recursivas, que agregam múltiplas provas em uma unidade mais gerenciável. Isso é fundamental para melhorar a escalabilidade do sistema.

As vantagens do MIPS foram integradas em projetos como Optimism. O mecanismo Cannon do Optimism converte programas executados em MIPS, tornando mais fácil e eficiente encontrar erros e reexecutar quando o processo de execução é desafiado.

Metis também seguiu essa tendência e integrou Cannon em seu ecossistema. Isso valida ainda mais a praticidade e eficiência da tecnologia zkMIPS.

Sequenciador Descentralizado: Descentralização e Sustentabilidade

Além de usar Rollups Híbridos para combinar as vantagens de OP e ZK, a Metis também promove ativamente a implementação de sequenciadores descentralizados e dá um exemplo descentralizado para Rollups.

No modelo tradicional Rollup, embora um único Sequencer possa processar efetivamente transações e dados, ele também concentra uma grande quantidade de poder, o que pode levar a vários riscos:

• Risco operacional: Se o sequenciador falhar ou for atacado, o processamento de transações de todo o sistema será bloqueado.
• Risco de censura: Os sequenciadores podem processar ou rejeitar seletivamente transações, o que pode restringir o acesso dos usuários a protocolos ou serviços específicos de finanças descentralizadas (DeFi).
• Risco de manipulação: Na sequência de transações, o sequenciador pode priorizar suas transações e obter benefícios impróprios aumentando as taxas de transação, ou seja, o valor máximo extraível (MEV).

Para resolver os problemas acima, a Metis projetou um pool de Sequencer descentralizado. É composto por vários nós Sequencer para agregar, sequenciar e executar transações em conjunto. Este design garante a justiça e transparência do sistema:

• Mecanismo de consenso: Mais de dois terços dos nós Sequencer devem concordar com o status de cada novo bloco antes que um lote de transações possa ser enviado para a mainnet do Ethereum (L1).
• Assinatura de computação multipartidária (MPC): Antes que o lote de transações seja submetido ao L1, a autenticidade do lote é verificada por meio da assinatura MPC para garantir a precisão dos dados.

Vantagens do Sequenciador descentralizado:

• Segurança aprimorada: Através da tomada de decisão conjunta por vários nós, o risco de falha de ponto único é reduzido e a robustez e segurança da rede são aumentadas.
• Reduza a possibilidade de censura e manipulação: A existência de vários sequenciadores dificulta que um único nó manipule ou censure transações, protegendo a liberdade de transações dos usuários.
• Estabilidade e redundância: O sistema suporta a rotação suave dos Sequenciadores, minimizando o impacto de falhas ou interrupções e melhorando a estabilidade de toda a rede.

No modelo de Sequenciador descentralizado da Metis, cada nó é composto por vários componentes-chave:

• L2 Geth (incluindo OP-Node): Responsável por sequenciar transações e montar blocos.
• Módulo de adaptador: serve como intermediário para interação com outros módulos externos (principalmente nós PoS).
• Batch submitter (Proposer): Responsável por construir lotes de transação e enviá-los para L1 após obter aprovação de vários Sequenciadores.
• Nó PoS: Coordena entre as camadas Ethereum, consenso e Metis para garantir que os ativos sejam bloqueados com segurança e que os validadores sejam recompensados.
• Camada de consenso: Contém um grupo de nós Tendermint PoS que funcionam em paralelo com a rede principal do Ethereum para garantir eficiência operacional sem atrapalhar o processo da rede principal.

Fonte: https://ethresear.ch/t/pos-sequencer-pool-decentralizing-an-optimistic-rollup/16760

Este design permite que o pool de Sequenciador descentralizado da Metis não apenas melhore a justiça e a transparência do processamento de transações, mas também aprimore a segurança e estabilidade da rede por meio do poder descentralizado. Todos eles são elementos-chave na construção de um ecossistema blockchain confiável e sustentável.

Resumo & Perspectivas

As vantagens tecnológicas e conceituais da Metis criam uma base sólida para o desenvolvimento futuro. A sua solução híbrida baseada em zkMIPS, os Hybrid Rollups, é esperada para resolver o problema de compatibilidade para ZK-Rollup e trazer um ecossistema de desenvolvedores mais diversificado.

O avanço do Sequenciador descentralizado demonstra a visão da equipe de buscar a descentralização. À medida que o ecossistema da Metis continua a amadurecer, temos motivos para acreditar que a Metis se tornará um cavalo escuro que continuará a competir no futuro da L2, criando um fluxo constante de valor para usuários e desenvolvedores.

Declaração:

1. Este artigo originalmente intitulado 'Explorando as Vantagens Tecnológicas da Metis' é reproduzido de [Comunidade Biteye]. Todos os direitos autorais pertencem ao autor original [Wilson Lee, colaborador principal do Biteye]. Se você tiver alguma objeção à reprodução, entre em contato com o Gate Learnequipe, a equipe lidará com isso o mais rápido possível.

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