Introdução à Camada Alinhada

Introdução à Camada Alinhada

Durante as suas fases iniciais, o Ethereum não foi especificamente concebido para a tecnologia de Provas de Conhecimento Zero (ZK-Proofs). À medida que a tecnologia blockchain tem continuado a evoluir, integrar novas funcionalidades no Ethereum para melhorar o seu sistema de prova tem sido um processo tecnicamente desafiante e lento. Enfrentando esses desafios, o projeto Aligned Layer tem como objetivo transformar o Ethereum numa plataforma de verificação SNARK de alto desempenho e custo-eficaz.

A Aligned Layer está empenhada em expandir as capacidades de Zero-Knowledge Proof do Ethereum, integrando recursos diversos e inovadores no ecossistema do Ethereum. O projeto utiliza métodos de cálculo verificáveis e recursos de segurança do Ethereum para fornecer a infraestrutura para futuras aplicações sem confiança.

Com a Aligned Layer, o processo de verificação de prova do Ethereum tornar-se-á mais rápido e mais eficiente em termos de custos, estimando-se uma diminuição de 90% nos custos de verificação. Esta redução significativa nos custos melhora a eficiência do processamento e diminui as barreiras económicas para a participação do utilizador, permitindo que mais desenvolvedores e utilizadores beneficiem.

Aligned Layer é uma camada de verificação eficiente construída em cima da EigenLayer. Utiliza o mecanismo de stake da EigenLayer para fornecer segurança econômica e confiança. Isso permite que a Aligned Layer alcance uma verificação de baixo custo e alta eficiência, agregando e validando vários sistemas de prova sem alterar o protocolo central do Ethereum. Ao mesmo tempo, a EigenLayer facilita a inovação aberta no Ethereum, permitindo que os desenvolvedores introduzam novas tecnologias de prova para melhorar a escalabilidade e flexibilidade do sistema.

Introdução aos Membros Fundadores

A equipe é composta pelos seguintes quatro membros: o primeiro da esquerda é o fundador Roberto José Catalán, que se formou no Instituto de Tecnologia de Buenos Aires. Ele é um Desenvolvedor de Software Sênior na LambdaClass e fundou a Yet Another Company. O segundo da esquerda é Federico Carrone, que se dedica a impulsionar a inovação e o desenvolvimento dentro do ecossistema Ethereum. O terceiro da esquerda é Diego Kingston, fundador da Aligned Layer e Diretor de Pesquisa. O quarto da esquerda é Mauro Toscano, fundador e Diretor de Engenharia, que avança com sucesso na direção técnica do projeto e nas estratégias de implementação.

Origem: Camada Alinhada

Introdução às Provas de Conhecimento Zero

Introdução às Provas de Conhecimento Zero

Provas de conhecimento zero (ZKP) são algoritmos matemáticos introduzidos em 1985 no artigo “A Complexidade do Conhecimento dos Sistemas de Prova Interativos” de Shafi Goldwasser e outros. Em uma prova de conhecimento zero, o provador fornece uma prova matemática que apenas eles podem gerar, enquanto o verificador pode usar essa prova para validar a verdade da declaração. No entanto, o verificador não pode usar a prova para reconstruir a informação original.

Assim, as provas de conhecimento zero são úteis ao lidar com informações sensíveis ou quando o provador não quer que o verificador tenha acesso aos detalhes. Por exemplo, muitos projetos DeFi usam ZKP para oferecer privacidade e segurança aprimoradas aos usuários, aplicando-as em áreas como empréstimos, empréstimos e transações.

Além disso, é importante notar que as provas de conhecimento zero são probabilísticas em vez de determinísticas, mas certas técnicas podem reduzir a margem de erro para um nível negligenciável.

Características das Provas de Conhecimento Zero

Completude: Se a afirmação for verdadeira, um provador honesto sempre será capaz de convencer um verificador honesto. Em outras palavras, "afirmações verdadeiras não podem ser falsas." Uma afirmação correta deve convencer o verificador.

Solidez: Se a afirmação for falsa, na maioria dos casos, um provador tentando enganar não pode fazer com que um verificador honesto acredite na afirmação falsa. Em outras palavras, “afirmações falsas não podem ser verdadeiras.”

Zero-Knowledge: Se a afirmação for verdadeira, após confirmar a veracidade da afirmação, o verificador não pode obter nenhuma informação adicional além do fato de que a afirmação é verdadeira. Essa abordagem protege a privacidade do provador e evita qualquer vazamento potencial de informações.

Exemplos de Provas de Conhecimento Zero

Verificação de Identidade

Na internet, comprovar a identidade muitas vezes requer informações sensíveis, como nome e data de nascimento, o que pode levar a vazamentos de dados pessoais. Podemos criar um identificador digital criptográfico exclusivo para cada usuário por meio da tecnologia blockchain, estabelecendo um sistema de verificação de identidade descentralizado. Esse sistema garante que a prova de identidade não possa ser adulterada ou mal utilizada sem o conhecimento do usuário. Provas de conhecimento zero permitem que os usuários comprovem efetivamente sua identidade sem divulgar informações pessoais, simplificando significativamente o processo de verificação e reduzindo o risco de armazenamento centralizado de dados. Além disso, as provas de conhecimento zero podem ser usadas para estabelecer sistemas de reputação privados, permitindo que os usuários aproveitem as provas de reputação de plataformas como Facebook, Twitter e GitHub sem revelar contas específicas de mídia social.

Pagamentos Anónimos

Nos sistemas de pagamento tradicionais, os detalhes da transação são frequentemente expostos a várias partes, incluindo fornecedores de serviços de pagamento, bancos e agências governamentais, o que pode comprometer a privacidade do utilizador. Enquanto as criptomoedas utilizam transações peer-to-peer para evitar monitorização por terceiros, a maioria das blockchains públicas exibe as transações publicamente. Isto significa que, mesmo com endereços anónimos, as pessoas podem rastrear transações específicas através da correlação de endereços ou dos procedimentos de KYC das exchanges. Uma vez que um endereço de carteira é conhecido, o seu saldo de conta e histórico de transações tornam-se visíveis.

A tecnologia de prova de conhecimento zero oferece soluções de pagamento anônimas em três níveis: moedas de privacidade, aplicativos de privacidade e blockchains focados em privacidade. Por exemplo, moedas de privacidade como Zcash usam a tecnologia de prova de conhecimento zero para ocultar detalhes da transação, incluindo endereços do remetente e do destinatário, valores da transação e carimbos de data/hora. Da mesma forma, o Tornado Cash, um aplicativo descentralizado construído no Ethereum, usa provas de conhecimento zero para obscurecer detalhes da transação, aumentando assim a privacidade da transação.

Desenvolvimentos importantes em ZK (Zero-Knowledge)

zk-SNARKs

ZK-SNARKs é uma tecnologia especializada em prova de conhecimento zero que permite verificação sem divulgar qualquer informação adicional sobre a declaração. Esta tecnologia tem sido aplicada em sistemas de pagamento blockchain como Zcash e JPMorgan.

Além disso, ZK-SNARKs aumentam a eficiência e a escalabilidade das redes blockchain. Nas blockchains tradicionais, garantir a correção das transações requer que cada nó verifique cada transação repetidamente, o que é demorado e limita a escalabilidade da rede. Os ZK-SNARKs evitam a necessidade de os nós repetirem a etapa de computação passo a passo, verificando a correção das computações externas. Isso reduz a necessidade de armazenamento de dados de transação e melhora significativamente a velocidade de processamento da rede.

O uso de ZK-SNARKs requer um processo de configuração confiável único, onde um gerador de chaves usa algoritmos e parâmetros secretos para produzir duas chaves públicas cruciais: uma para criar provas e outra para verificação. Esse processo acarreta riscos potenciais, como o vazamento de parâmetros secretos, que podem ser usados para gerar provas falsas. Portanto, a comunidade acadêmica está pesquisando ativamente maneiras de eliminar a dependência de configurações confiáveis em ZK-SNARKs para melhorar a segurança.

zk-Rollups

Zero-Knowledge Rollup refere-se ao uso de tecnologia de prova de conhecimento zero para deslocar a computação para fora da cadeia, reduzindo assim a carga sobre a rede. Como uma "solução de escala" de Camada 2 para Ethereum, ela pode aumentar significativamente a taxa de transferência de transações, mantendo baixas taxas de transação. Por exemplo, em 2022, a BNB Chain lançou o testnet zkBNB baseado na arquitetura zkRollup. zkBNB agrupa centenas de transações off-chain em um único lote e gera uma prova criptográfica para confirmar a exatidão de todas as transações. Essa tecnologia equilibra escalabilidade e segurança, tornando-a adequada para ambientes que exigem transações de grande escala e baixa latência.

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) originalmente projetada não considerou o uso da tecnologia de prova de conhecimento zero. O fundador da Ethereum, Vitalik Buterin, acredita que a implementação técnica do zk-Rollup é relativamente complexa a curto prazo.

Desafios do zk-Rollup e da Camada Alinhada

zk-RollUp ainda enfrenta vários desafios, incluindo liquidez e dispersão de usuários, custos de verificação mais altos devido às limitações do EVM e dificuldades em acompanhar as inovações do sistema de prova. Em outras palavras, a infraestrutura atual não é projetada para ser um verificador universal. EigenLayer permite que os desenvolvedores criem novos protocolos na camada de confiança do Ethereum, quebrando as limitações do EVM e promovendo inovação aberta. Nova infraestrutura pode ser introduzida para acelerar o desenvolvimento do Ethereum sem modificar o protocolo subjacente.

A Aligned Layer, como uma camada de verificação universal, tem como objetivo tornar-se a infraestrutura principal para a rede, criando uma camada especificamente projetada para zk-proofs. Isso permite que os desenvolvedores acessem uma rede de verificação descentralizada rápida, econômica e escalável. Com a funcionalidade de restaking da EigenLayer, o Ethereum será suportado. Essa abordagem reduz a dependência de preços voláteis e melhora a ponte e a experiência geral do usuário. Além disso, a Aligned Layer impulsiona a inovação do Ethereum por meio de computação verificável, integrando novos sistemas de prova personalizados, reduzindo custos de verificação e melhorando a facilidade de uso para os desenvolvedores, promovendo assim a inovação em novas aplicações sem confiança.

Dificuldades das Tecnologias Existentes

Desvantagens das Blockchains Originais

Uma desvantagem das blockchains originalmente projetadas é que adicionar mais hardware não torna o sistema mais rápido. Isso ocorre porque cada nó deve reexecutar os cálculos. As provas de conhecimento zero (ZK-proofs) abordam esse problema, permitindo que cálculos complexos sejam verificados rapidamente com hardware adicional. A ideia central das provas de conhecimento zero é verificar uma sequência curta (geralmente da ordem de kB, muito menor do que todas as informações necessárias para a declaração de prova), tornando o tempo de verificação logarítmico em relação à escala de computação, O(log n), onde (n) é o número de etapas computacionais.

Embora teoricamente compreendida há muito tempo, a viabilidade prática só surgiu após 2014. Desde então, houve um crescimento explosivo em criptografia e teoria da prova, com avanços como diferentes campos finitos, curvas elípticas, funções de hash e esquemas de compromisso polinomial. Esses desenvolvimentos levaram a compensações nos tempos de prova e verificação e nos tamanhos das provas.

Camada Zero-Knowledge Layer 2 (zk-rollups)

As soluções de camada 2 com conhecimento zero (como zkSync, Starknet e Polygon) expandem as capacidades do Ethereum, tornando-o mais rápido e mais barato, mantendo suas garantias de segurança.

• ZK-rollups usam o espaço do bloco de forma mais eficiente, reduzindo os custos.
• Rollups terceirizam a execução para um ou um grupo de nós, provando computações para o Ethereum através de contratos EVM e dependem de garantias criptoeconômicas e criptográficas para confiar no Ethereum.

No entanto, eles também criam problemas de liquidez e fragmentação de usuários, como a necessidade de pontes, o que aumenta os custos e complica a experiência do usuário. Com as soluções atuais, se você construir aplicativos em cima de computação verificável, você só pode construir aplicativos confiáveis pela camada de computação verificável. O EigenLayer permite a criação de aplicativos que herdam a confiança do Ethereum sem precisar construir aplicativos em cima do próprio blockchain. Você pode usar diferentes mecanismos de consenso para criar novos blockchains.

Além disso, a EigenLayer suporta a construção de sistemas descentralizados como pontes, disponibilidade de dados, MEV e até mesmo camadas de verificação ZK (como sua Camada Alinhada). Em resumo, a EigenLayer utiliza soluções diferentes das outras soluções de Camada 2 para estender a funcionalidade do Ethereum.

Inovações do EigenLayer

Mecanismo de Restaking

EigenLayer apresenta um novo mecanismo de restaking que permite aos stakers de Ethereum usar os mesmos ativos apostados para participar em múltiplas aplicações, conhecidas como Serviços de Validação Ativa (AVS). Os stakers podem ganhar recompensas adicionais de várias aplicações sem incorrer em custos significativos adicionais, aumentando assim a sua participação e segurança geral da rede.

Cenários de aplicação diversificados: EigenLayer suporta a construção de várias aplicações, incluindo Camadas de Disponibilidade de Dados, Sequenciadores Descentralizados, Oráculos, Gestão Opt-In de MEV e Pontes Fast-Mode para Rollups. Esta diversidade não só amplia a funcionalidade do ecossistema Ethereum, mas também oferece aos desenvolvedores uma plataforma de inovação mais flexível, permitindo o design de soluções mais eficientes adaptadas a diferentes necessidades.

Expandindo as capacidades do Ethereum

EigenLayer permite aos desenvolvedores construir novos protocolos e aplicações na camada de confiança do Ethereum sem executá-los diretamente na blockchain do Ethereum. Isso permite que os desenvolvedores aproveitem a segurança e a base de confiança do Ethereum, ao mesmo tempo em que escolhem livremente diferentes mecanismos de consenso e parâmetros de design, alcançando assim soluções de blockchain mais eficientes. Por exemplo, os desenvolvedores podem criar novas blockchains que se beneficiam da confiança do Ethereum, ao mesmo tempo em que oferecem maior flexibilidade em termos de desempenho e custo.

Aumentar a Eficiência da Verificação

O mecanismo de reestaque da EigenLayer melhora significativamente a eficiência da verificação, tornando o processo de verificação mais rápido e econômico. Esse mecanismo permite que vários resultados de verificação sejam agregados em uma única prova, reduzindo consideravelmente os recursos computacionais e os custos necessários para as verificações individuais. Essa abordagem de verificação agregada não apenas melhora a escalabilidade do sistema, mas também aumenta a eficiência geral do processo de verificação, tornando as aplicações de blockchain mais fluidas.

Explicação da Arquitetura de Camada Alinhada

Componentes Principais da Camada Alinhada

• Camada Alinhada: Recebe provas de diferentes sistemas de prova, verifica-as, envia os resultados finais para o Ethereum e publica dados na Camada de Disponibilidade de Dados (DA).
• Data Availability Layer (DA Layer): Fornece armazenamento para várias provas, garantindo a acessibilidade e persistência dos dados.
• Verificadores Gerais de Provas: Extrai periodicamente provas da Camada DA e gera provas para todas as verificações de provas. Esses verificadores gerais podem ser baseados em máquinas virtuais como SP1, Risc0 ou Nexus, que podem verificar a execução de código Rust geral. As provas finais de verificação são armazenadas em uma árvore recursiva para agregar e compactar os tamanhos das provas.
• Ethereum: Fornece a fonte de confiança e liquidez, recebendo os resultados de verificação da Camada Alinhada.

Fonte: Aligned Layer White Paper

Fonte: Aligned Layer White Paper

Processo de Verificação

O gestor de tarefas publica as provas na camada DA e cria uma nova tarefa no Ethereum, enviando o valor hash da prova e os metadados necessários. Os operadores recolhem a tarefa do Ethereum, obtêm a prova da camada DA e, em seguida, enviam os resultados da verificação para o agregador. O agregador verifica os resultados e publica-os na blockchain do Ethereum.

Fonte: White paper da Aligned Layer

Mecanismo de Penalização

Para garantir que os participantes de uma rede descentralizada tenham incentivos adequados, o projeto introduz um mecanismo de corte para penalizar os participantes quando atividades maliciosas são detetadas. Este mecanismo ainda está em desenvolvimento na maioria dos serviços ativamente validados (AVS) da EigenLayer. A solução de curto prazo requer consenso de dois terços dos operadores da rede e os resultados a serem publicados no Ethereum. Os operadores que não chegarem a um consenso serão penalizados por se oporem aos resultados acordados pela maior parte da rede. Embora este mecanismo seja imperfeito, considerando que o software cliente da Aligned Layer será leve e terá requisitos de hardware mais baixos, a rede pode acomodar mais participantes para alcançar a descentralização. Quanto mais descentralizada for a rede, maior a probabilidade de a maioria dos membros agir honestamente.

Modelo de Dupla Staking

A equipe do projeto propôs um modelo de dupla participação. Primeiro, exige o uso de Ethereum (ETH) e a re-participação da EigenLayer para lançar a rede Proof of Stake (PoS). Esta fase visa alavancar os recursos e a base de confiança existentes do Ethereum para estabelecer a operação e segurança inicial da rede. Na segunda fase, tokens nativos são introduzidos como parte de qualquer infraestrutura crítica para permitir direitos de governança, tornando o custo de perturbar a atividade e a segurança da rede muito alto. O modelo de dupla participação garante alta segurança e atividade da rede. Ao introduzir tokens nativos para governança descentralizada, o modelo melhora a transparência e a participação nas decisões sobre mudanças estruturais significativas, garantindo a operação estável e a sustentabilidade a longo prazo da rede.

Conclusão

O objetivo da Camada Alinhada é enfrentar os desafios de não ter sido inicialmente projetada para provas de conhecimento zero (ZK-Proofs) e transformar o Ethereum numa plataforma eficiente e económica de verificação SNARK. A Camada Alinhada utiliza o mecanismo de restaking da EigenLayer para proporcionar segurança económica e uma fonte de confiança, permitindo-lhe alcançar processos de verificação eficientes e de baixo custo, agregando e verificando múltiplos sistemas de prova sem alterar o protocolo subjacente do Ethereum. A EigenLayer permite aos programadores criar novos protocolos e aplicações na camada de confiança do Ethereum, fomentando a inovação aberta e introduzindo novas tecnologias de prova, melhorando a escalabilidade e flexibilidade do sistema.