Contexte

Le 10 avril, A16z Crypto a lancé la solution de connaissance zéro Jolt pour accélérer et simplifier les opérations de mise à l'échelle de la blockchain. Jolt intègre SNARK (Argument succinct non interactif de connaissance), permettant aux développeurs de créer rapidement des solutions L2 basées sur SNARK. L'équipe a également déclaré que Jolt est deux fois plus rapide que les zkVM actuels. La technologie ZK a été l'un des principaux fils conducteurs de l'industrie de la cryptographie, le ZK-Rollup étant salué par Vitalik comme une solution à long terme pour la scalabilité d'Ethereum. Le lancement de Jolt par A16z d'août de l'année dernière à sa sortie officielle cette année indique que le ZK-Rollup est toujours une voie à long terme qui nécessite des efforts ardus. Le ZK-Rollup a attiré de nombreux acteurs, formant des catégories techniques plus affinées pour différencier les projets. Sa compatibilité avec l'EVM est la norme de classification la plus représentative.

EVM, en raison de raisons historiques, présente de nombreux designs non adaptés à ZK. Cependant, de nombreux projets existants ont été construits sur l'EVM dans les premières étapes, et le ZK-Rollup est toujours considéré comme une solution d'évolutivité future. Par conséquent, la grande majorité des projets ZK-Rollup font naturellement face au compromis entre être plus compatible avec l'EVM ou plus compatible avec ZK.

ZKM incubated by Metis DAO adopte une approche plus fondamentale et propose une solution zkMIPS universelle. zkMIPS réalise la conversion du processus d'exécution du programme en ZKP en utilisant un jeu d'instructions MIPS de niveau inférieur. En plus de la compatibilité avec l'EVM, il peut également être compatible avec d'autres VM, tels que MoveVM et RustVM, permettant à ZK-Rollup d'ouvrir ses portes à un éventail plus diversifié de développeurs.

Cet article fournira aux lecteurs une compréhension approfondie des efforts et des progrès de Metis en matière de ZK et de séquenceur décentralisé.

ZKM et Hybrid Rollups: Un mélange de OP et ZK

La performance remarquable de Metis sur le marché est indissociable de son mécanisme innovant de Rollups hybrides, qui combine des preuves de fraude et des preuves de validité pour incarner les avantages des deux.

La technologie zkMIPS de ZKM fournit un solide support de compatibilité pour les Hybrid Rollups de Metis, permettant à Metis d'atteindre une intégration organique de ZK et d'EVM.

2.1 Mécanismes et avantages des Rollups hybrides

Dans les Rollups hybrides, les rôles clés incluent:

• Séquenceur : Responsable de la réception et du traitement des transactions utilisateur, de la détermination de l'ordre optimal des transactions et de leur regroupement en vue de leur transmission aux couches de consensus et de disponibilité des données.
• Proposants : Évaluer les transactions et les racines d'état soumises par le Séquenceur et les enregistrer dans la Chaîne d'Engagement d'État (SCC).
• Vérificateurs : Vérifiez les racines d'état sur la chaîne Rollup pour garantir la correction des transactions et prévenir les comportements frauduleux.

Dans les solutions L2 standard, le Séquenceur collecte et traite les transactions, puis publie les données de transaction sur le réseau principal Ethereum (L1). Ce processus nécessite une validation finale des données et une confirmation par L1 pour garantir la sécurité et la cohérence.

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

Les Rollups hybrides adoptent une approche hybride lors du traitement et de l'optimisation des transactions L2. Les étapes spécifiques sont les suivantes :

1. Initiation et traitement des transactions :

• Les utilisateurs initient des transactions au niveau L2.
• Le Séquenceur reçoit et traite ces transactions et détermine leur ordre dans la Chaîne de Transactions Canonique (CTC).

1. Soumission et vérification de l'état :

• Les proposants évaluent la transaction et soumettent la racine de l'état au SCC.
• Les vérificateurs examinent la racine d'état dans le SCC pour s'assurer qu'elle est exacte.

1. Génération et vérification de la preuve de connaissance nulle :

• Le prouveur lit les données de L1 et génère une preuve ZK. Il s'agit d'une fonctionnalité clé des Rollups hybrides, permettant au système de vérifier la validité de la transaction sans révéler le contenu spécifique de la transaction.
• Une fois la preuve ZK générée, le Vérificateur démarrera le processus de preuve de fraude et pourra punir le Séquenceur s'il n'est pas soumis à temps.

1. Confirmation finale des données et du statut :

• Une fois que la preuve ZK est vérifiée, la transaction est finalisée à travers des contrats intelligents.
• L1 et L2 sont reliés par des contrats intelligents pour garantir le transfert sécurisé des fonds et du statut.

La conception des Hybrid Rollups offre plusieurs avantages significatifs :

• Efficacité et rentabilité : en utilisant des preuves ZK, les Rollups hybrides peuvent traiter plus de transactions tout en consommant moins de gaz.
• Sécurité renforcée: En combinant des preuves de fraude traditionnelles et des preuves ZK, la sécurité et la correction des transactions peuvent être garanties même en cas de comportement malveillant potentiel.
• Évolutivité : à l’aide de preuves récursives, les rollups hybrides peuvent gérer des transactions à grande échelle sans sacrifier les performances, en prenant en charge un plus large éventail d’applications blockchain.
• Compatibilité et flexibilité : prend en charge plusieurs contrats intelligents et langages de programmation, permettant aux développeurs de migrer facilement les applications existantes vers les Rollups Hybrides.

2.2 Comment zkMIPS parvient à une belle compatibilité ZK

L'idée centrale de ZK est de convertir le processus d'exécution du programme en une preuve mathématique qui peut être facilement vérifiée afin que tout le monde puisse facilement vérifier la correction de l'exécution du programme sans répéter le programme. La difficulté réside dans la transformation de la logique du programme arbitraire en une preuve mathématique relativement stable.

Les développeurs utilisent généralement des langages de haut niveau pour développer des programmes, et différents langages de haut niveau utilisent une logique différente pour “parler” au matériel.

Par conséquent, les chemins de mise en œuvre des projets ZK existants sont souvent incompatibles les uns avec les autres. Scroll écrit directement des circuits pour chaque opcode de l'EVM, atteignant une équivalence au niveau des opcodes, ce qui reflète précisément l'EVM, mais entraîne une énorme quantité d'ingénierie.

Polygon zkEVM crée une VM personnalisée avec des performances optimisées, convertit directement le bytecode EVM en bytecode VM et atteint une équivalence au niveau de l'opcode de manière plus efficace. Cependant, l'introduction d'une grande quantité de code personnalisé peut entraîner une déviation par rapport à l'EVM à long terme;

zkSync a créé son VM (SyncVM) et a défini sa représentation intermédiaire algébrique (AIR) basée sur les registres, puis a construit un compilateur spécialisé pour compiler Yul (un langage intermédiaire pouvant être compilé en mots de différentes versions d'EVM). Le code de section (considéré comme un Solidity de niveau inférieur) est compilé en LLVM-IR, puis compilé en instructions pour un VM personnalisé, réalisant ainsi une compatibilité au niveau de Solidity, mais il ne peut pas directement utiliser les outils Ethereum existants. Les conversions peuvent également nécessiter des procédures de révision supplémentaires.

StarkNet abandonne la compatibilité EVM et utilise directement son langage de bas niveau (Cairo) pour exécuter une VM de contrat intelligent personnalisé (Cairo VM) afin d'atteindre une efficacité ZK ultime.

Comparé aux solutions des projets ci-dessus, ZKM a choisi un chemin plus inclusif : zkMIPS.

MIPS, qui signifie "Microprocesseur sans étages de pipeline verrouillés", est un jeu d'instructions de microprocesseur simplement conçu qui a débuté en 1985.

Le principe de base de MIPS est de réduire les instructions complexes du microprocesseur à leur forme la plus élémentaire, ce qui augmente la vitesse de traitement et réduit la complexité de l'exécution des programmes.

Dans le système zkMIPS, cet ensemble d'instructions est utilisé pour mettre en œuvre la conversion de programmes en preuves ZK.

Le processus de mise en œuvre de zkMIPS est le suivant :

• Conversion de programme en MIPS : Tout d'abord, les contrats intelligents ou les programmes écrits dans des langages de programmation de haut niveau tels que Solidity ou Rust sont compilés dans l'ensemble d'instructions MIPS. Cette étape consiste à convertir des abstractions de niveau supérieur en opérations concrètes pouvant être exécutées au niveau matériel.
• Générer des preuves ZK : Ces instructions MIPS sont ensuite utilisées pour générer les preuves de connaissance nulle correspondantes. En raison de la nature simplifiée des MIPS, cette étape est plus efficace sur le plan computationnel et peut produire des preuves plus rapidement sans sacrifier la sécurité.

Avantages de zkMIPS

• Compatibilité : zkMIPS prend en charge à la fois Solidity compatible avec EVM et d'autres langages de développement populaires tels que Rust et Move. Cela permet à zkMIPS de servir l'écosystème de développement blockchain plus large, offrant ainsi plus de possibilités d'application.
• Rentabilité: En raison de l'efficacité de l'ensemble d'instructions MIPS, zkMIPS peut réduire considérablement les coûts de calcul lors de la génération de preuves de connaissance nulle, augmentant ainsi la durabilité globale du système.
• Preuves récursives: zkMIPS prend en charge les preuves récursives, qui regroupent plusieurs preuves en une unité plus gérable. Cela est essentiel pour améliorer la scalabilité du système.

Les avantages de MIPS ont été intégrés dans des projets tels que Optimism. Le mécanisme Cannon d'Optimism convertit les programmes exécutés en MIPS, ce qui facilite et rend plus efficace la recherche d'erreurs et la réexécution lorsque le processus d'exécution est remis en question.

Metis a également suivi cette tendance et intégré Cannon dans son écosystème. Cela valide davantage la praticité et l'efficacité de la technologie zkMIPS.

Séquenceur décentralisé : Décentralisation et Durabilité

En plus d'utiliser des Hybrid Rollups pour combiner les avantages de OP et ZK, Metis promeut également activement la mise en œuvre de séquenceurs décentralisés et donne l'exemple de la décentralisation pour les Rollups.

Dans le modèle Rollup traditionnel, bien qu'un seul Séquenceur puisse traiter efficacement les transactions et les données, il concentre également beaucoup de pouvoir, ce qui peut entraîner divers risques :

• Risque opérationnel : Si le séquenceur échoue ou est attaqué, le traitement des transactions de tout le système sera bloqué.
• Risque de censure : les séquenceurs peuvent traiter sélectivement ou rejeter des transactions, ce qui peut restreindre l'accès des utilisateurs à des protocoles ou services financiers décentralisés (DeFi) spécifiques.
• Risque de manipulation : Dans le séquençage des transactions, le séquenceur peut donner la priorité à ses transactions et obtenir des avantages indus en augmentant les frais de transaction, c'est-à-dire la valeur extractible maximale (MEV).

Pour résoudre les problèmes ci-dessus, Metis a conçu un pool de Séquenceurs décentralisé. Il est composé de plusieurs nœuds Séquenceurs pour agréger, séquencer et exécuter conjointement les transactions. Cette conception garantit l'équité et la transparence du système :

• Mécanisme de consensus : Plus des deux tiers des nœuds de séquenceurs doivent être d'accord sur l'état de chaque nouveau bloc avant qu'un lot de transactions puisse être soumis au réseau principal Ethereum (L1).
• Signature de calcul multipartite (MPC) : Avant que le lot de transactions ne soit soumis à L1, l'authenticité du lot est vérifiée via une signature MPC pour garantir l'exactitude des données.

Avantages du Séquenceur décentralisé :

• Sécurité renforcée : Grâce à une prise de décision conjointe par plusieurs nœuds, le risque de défaillance ponctuelle est réduit et la robustesse et la sécurité du réseau sont accrues.
• Réduire la possibilité de censure et de manipulation : L'existence de plusieurs Séquenceurs rend difficile la manipulation ou la censure des transactions par un seul nœud, protégeant ainsi la liberté des utilisateurs de réaliser des transactions.
• Stabilité et redondance : Le système prend en charge la rotation fluide des séquenceurs, minimisant l'impact des défaillances ou des interruptions et améliorant la stabilité de l'ensemble du réseau.

Dans le modèle de séquenceur décentralisé de Metis, chaque nœud est composé de plusieurs composants clés:

• L2 Geth (including OP-Node): Responsable de la séquence des transactions et de l'assemblage des blocs.
• Module d'adaptateur: sert d'intermédiaire pour l'interaction avec d'autres modules externes (principalement les nœuds PoS).
• Soumetteur en lots (Proposant) : Responsable de la construction de lots de transactions et de leur soumission à L1 après avoir obtenu l'approbation de plusieurs séquenceurs.
• Noeud PoS : Coordonne entre les couches Ethereum, consensus et Metis pour s'assurer que les actifs sont sécurisés et que les validateurs sont récompensés.
• Couche de consensus: Contient un groupe de nœuds Tendermint PoS fonctionnant en parallèle avec le réseau principal Ethereum pour assurer une efficacité opérationnelle sans entraver le processus du réseau principal.

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

Ce design permet au pool de Séquenceur décentralisé de Metis non seulement d'améliorer l'équité et la transparence du traitement des transactions, mais aussi d'améliorer la sécurité et la stabilité du réseau grâce au pouvoir décentralisé. Tous sont des éléments clés dans la construction d'un écosystème blockchain fiable et durable.

Résumé et perspectives

Les avantages technologiques et conceptuels de Metis créent une base solide pour un développement futur. Ses Hybrid Rollups basés sur zkMIPS devraient résoudre le problème de compatibilité pour ZK-Rollup et apporter un écosystème de développeurs plus diversifié.

L'avancement du séquenceur décentralisé démontre la vision de l'équipe de poursuivre la décentralisation. Alors que l'écosystème Metis continue de mûrir, nous avons des raisons de croire que Metis deviendra un outsider qui continuera à courir dans la compétition future L2, créant un flux constant de valeur pour les utilisateurs et les développeurs.

Déclaration :

1. Cet article initialement intitulé "Exploring Technological Advantages of Metis" est reproduit à partir de [Gate.io]Communauté Biteye]. Tous les droits d'auteur appartiennent à l'auteur original [Wilson Lee, contributeur principal de Biteye]. Si vous avez des objections à la reproduction, veuillez contacter le Porte Apprendreéquipe, l'équipe s'en occupera dès que possible.

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