Detaillierte Erläuterung der Anwendung von zk-SNARKs im Filecoin-Netzwerk

zk-SNARKs bieten einer Partei die Möglichkeit, einer anderen Partei zu beweisen, dass sie ein Geheimnis kennt, ohne das Geheimnis selbst preiszugeben, und ermöglichen so sichere, private Interaktionen mit unbekannten und nicht vertrauenswürdigen Parteien in der Blockchain.

Geschrieben von: Dayou IPFS Research Institute

zk-SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge) bieten einer Partei die Möglichkeit, einer anderen Partei zu beweisen, dass sie ein Geheimnis kennt, ohne das Geheimnis selbst preiszugeben. zk-SNARKs ermöglichen sichere, private Interaktionen mit unbekannten und nicht vertrauenswürdigen Parteien in der Blockchain.

**Das Filecoin-Netzwerk generiert derzeit 6–7 Millionen zk-SNARK-Proofs pro Tag, von denen jeder mehr als 100 Millionen arithmetische Einschränkungen enthält. **Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir – Protocol Labs – das bestehende Snark-Generierungstool verbessert und stark optimiert, sodass es skalierbar ist, um unseren beispiellosen Anforderungen gerecht zu werden.

**Filecoin ist das bisher größte zk-SNARK-Netzwerk. **

mehrere Aspekte:

• Das vertrauenswürdige Setup von Filecoin unterstützt Schaltkreise mit Einschränkungen bis zu 2^27 = ~134 Millionen.
• Filecoin hat ein Limit von > 100 Millionen für große einzelne Schaltkreise.
• Um die Sicherheitsanforderungen von Filecoin zu erfüllen, bündeln einige Proofs bis zu 10 einzelne ZK-Snarks in einem großen Proof.
• Filecoin erweitert und implementiert auch die Forschung zu zk-SNARK-Aggregationen, um die Komprimierung Tausender einzelner Beweise zu einem einzigen Beweis zu ermöglichen.

All dies trägt dazu bei, dass Filecoin in der Produktion mehr Informationen nachweisen kann.

Die Kraft von Tau und der Aufbau von Vertrauen

Um den begrenzten Betrag zu unterstützen, der für Filecoin erforderlich ist, haben wir eine neue Tau-Power-Zeremonie durchgeführt, bei der der Unterstützungsbetrag um das 64-fache des von Zcash bereitgestellten Betrags erhöht wurde. Dadurch können wir Beweise für über 100 Millionen Einschränkungen generieren, die nur durch die Parametergröße der Verteilung begrenzt sind.

Um unser vertrauenswürdiges Setup der zweiten Stufe (leitungsspezifisch) für große Leitungen zu unterstützen, haben wir Techniken implementiert, um die RAM-Nutzung erheblich zu reduzieren, Parallelität zu ermöglichen und den I/O-Overhead zu reduzieren – damit Parteien, die praktische Hardware verwenden, innerhalb von 7 Wochen nach der Teilnahme teilnehmen können Zeremonie.

Verwenden Sie den GPU-basierten Prüfer

Die Generierung des zk-snark wird schnell zum Flaschenhals, sodass der teure Teil mithilfe von OpenCL und CUDA auf der GPU implementiert wird. Da die Kernoperationen, die die Beweiserstellung unterstützen, hochgradig parallelisierbar sind, nutzen wir moderne Allzweck-GPU-Berechnungen, um sie von der CPU zu entlasten.

**Dies ermöglicht einen höheren Durchsatz und schafft gleichzeitig Wirtschaftlichkeit. **Durch die Auslagerung parallelisierbarer Arbeit auf relativ kostengünstige Parallelprozessoren können wir Hauptspeicher und CPU für die höherwertige und speicherintensive Arbeit freihalten, die zur Erstellung von Data Minern verwendet wird.

Den meisten Operationen, die beim Generieren und Verifizieren von ZK-Snarks ausgeführt werden, liegen Domänenalgorithmen auf niedriger Ebene zugrunde. **Die blst-Bibliothek implementiert kritische Abschnitte in Assembly und C, um die maximale Leistung aus der CPU herauszuholen. **Um sicherzustellen, dass diese Optimierungen die Sicherheit nicht beeinträchtigen, wird der Code (sogar die Assemblersprache!) von Galois offiziell überprüft.

Stärkere Batch-Validierung

Um die Überprüfungsgeschwindigkeit mehrerer ZK-Snarks zu verbessern, wird eine Stapelüberprüfung implementiert. Hierbei handelt es sich um eine in Anhang B2 der Zcash-Spezifikation beschriebene Technik, die jedoch noch nicht verwendet wird. Dies ermöglicht es, die Anzahl der durchzuführenden Miller-Schleifen (die teuerste Operation im Validierungsprozess) zu reduzieren, was die gleichzeitige Betrachtung mehrerer Validierungen erheblich reduziert.

Während die Batch-Verifizierung hilfreich ist, brauchten wir eine schnellere Verifizierung, also haben wir SnarkPack implementiert. Dadurch können wir viele ZK-Snarks zu einem kombinierten Beweis zusammenfassen. **Diese Optimierung reduziert nicht nur die Verifizierungszeit im großen Maßstab um mehr als das Zehnfache, sondern reduziert auch die Kettenbandbreite, indem die durchschnittliche Anzahl der Bytes pro Nachweis, die an die Kette übermittelt werden müssen, reduziert wird. **

Um dies zu erreichen, haben wir auf einer internen Produktbegründung aufgebaut und mit den Autoren zusammengearbeitet, um sie so zu erweitern, dass sie unsere Anforderungen unterstützt, ohne dass ein neues vertrauenswürdiges Setup erforderlich ist. Wir haben dies erreicht, indem wir die Technik so angepasst haben, dass sie mithilfe zweier vorhandener vertrauenswürdiger Einstellungen der Tau-Kraft sicher angewendet werden kann. **Dies ist ein großartiges Beispiel für die Hindernisse, die wir in der Vergangenheit überwinden mussten, um einen Durchbruch zu erreichen. **

Das Dayou IPFS Research Institute wird weiterhin die neuesten Nachrichten rund um das Filecoin-Projekt verfolgen.

Ganz gleich, ob Sie Anfänger oder erfahrener Praktiker sind, das Dayou IPFS Institute bietet Ihnen innovative Perspektiven und tiefgreifende Analysen. Wir pflegen den Geist der Offenheit und Toleranz und heißen Sie herzlich willkommen, sich uns anzuschließen, um gemeinsam zu lernen und zu wachsen.