在零知识证明中证明以太坊全节点

在ZK中证明Ethereum完整节点

主要要点

— 证明Ethereum PoS的完整节点对构建zkBridge和任何在Ethereum上的互操作协议至关重要。同步委员会对于这些目的来说是不够的，因为同步委员会的加密经济安全性（当前抵押的ETH约为3200万美元）远未理想。任何依赖于Ethereum同步委员会的跨链基础设施、预言机和数据处理服务都将不安全。

— 我们已经设计并实施了zkBridge系统，以证明Ethereum PoS的完整节点（当前总抵押的ETH约为400亿美元）。我们在LayerZero上针对Ethereum及其Rollup（例如，Arbitrum，Linea，Optimism，zkSync，Mantle）所有的zk轻客户端将配备Ethereum完整节点的ZK证明。使用我们高效的证明系统deVirgo，证明时间可快至10秒，这足以赶上Ethereum的区块生成时间。

— 在ZK中证明Ethereum完整节点的实现将为Ethereum及其Rollup实现完全无信任、高效和安全的互操作性。我们的系统还允许将所有当前和历史的Ethereum数据传输到任何Layer-1和Layer-2网络（例如，BNB智能链和opBNB）及任何应用程序。这使得智能合约能够无信任地访问Ethereum数据以进行各种计算逻辑，而安全性由Ethereum PoS完整节点保证。

证明Ethereum PoS完整节点对安全性至关重要

与Ethereum轻客户端相比，证明Ethereum完整节点的方法具有更高的安全保证。Ethereum轻客户端基于一种不同的算法运行，它们的安全性完全依赖于一个被称为“同步委员会”的委员会。然而，同步委员会的规模仅为512，每天大约轮换一次（即大约27.3小时）。总抵押资产为16384 ETH（计算为512 * 32），与跨链桥在Ethereum生态系统与其他网络之间的每日交易量（超过3亿美元）相比，这个数字相当微不足道（当前仅有3200万美元的ETH被抵押）。

另一个问题是同步委员会并不总是签署区块。（例如，区块17239413和区块17239414）。统计数据显示，1.6%的区块未被同步委员会的超大多数签署，该问题平均每12分钟会发生一次。

证明Ethereum完整节点的系统概述

为了解决这些问题，我们决定摆脱同步委员会，利用Ethereum区块链的完整PoS共识，此共识自合并以来已被部署。这将在Ethereum主网的单个区块内融合超过20,000个签名（比512的同步委员会增加了40倍）。

为了应对工作量的40倍增加，我们采用了我们独特的证明系统——deVirgo。该系统由于理论上的增强和重要的工程进展，具有无与伦比的处理能力。deVirgo协议理论上消除了对非常大的FFT或MSM的需求，使证明生成时间线性地与签名数量相关。该协议已在zkBridge上部署，并支持并行和分布式计算。

对具有十亿规模电路的证明系统进行的实验表明，证明生成时间少于10秒，这符合Ethereum区块生成的速度，且不会增加证明的大小或验证时间。

证明Ethereum完整节点的高效证明系统

为了实现Ethereum完整节点的快速证明时间，我们使用了我们高效的证明系统deVirgo。deVirgo是Virgo协议的分布式版本，旨在通过将计算分配到多台机器上来并行化GKR协议。使用deVirgo，zkBridge可以支持不同区块链之间快速且灵活的互操作，而无需依赖外部信任假设。zkBridge还使用递归证明来证明deVirgo先前生成的证明证明了相应的区块头。证明递归将任何EVM兼容区块链网络上的链上验证成本减少到约220K gas。

deVirgo的关键见解是探索Ethereum完整共识验证可以表示为数据并行电路的本质。假设有一个数据并行算术电路𝐶以及N台机器。deVirgo证明系统可以将数据并行电路划分为N个子电路，每台机器仅计算一个子电路。Ethereum完整共识的验证就是这样一个数据并行电路，它可以包含超过30,000个相同的签名验证算法和哈希算法。

deVirgo的核心是一种分发求和检查的技术。在deVirgo中，求和检查协议被分为两个阶段。在第一阶段，每台机器处理自己的子电路并共同生成一个聚合证明。其余的工作将足够小，供一台机器执行，进入第二阶段，该阶段结束分布式求和检查。

证明Ethereum完整节点的性能评估

为了评估在BLS签名聚合上的实现，我们使用两台AMD EPYC™ 7763 CPU测量了deVirgo证明者和递归验证者的运行时间。结果总结如下：

我们已经在zkBridge上部署了Ethereum完整节点证明系统。zkBridge将Ethereum设置为发送链，其他网络如BNB Chain和Avalanche作为接收链。结果表明，zkBridge可以在包括所有组件延迟在内的12秒内生成Ethereum完整节点证明并验证BNB Chain和其他网络的区块头。

我们将继续优化实现。未来计划进行GPU加速，以降低更好去中心化的前期成本。尽管如此，当前的zkBridge证明系统已足够高效，以赶上Ethereum的区块时间。

结语

通过在Ethereum完整节点上的实现，我们使用zkBridge实现了完全无信任、高效和安全的互操作，连接Ethereum生态系统（包括L1和L2）与其他网络。此外，我们在LayerZero上针对Ethereum及其Rollup（例如，Arbitrum，Linea，Optimism，zkSync，Mantle）的所有zk轻客户端将配备Ethereum完整节点的ZK证明。这将把完整的Ethereum抵押安全性（约400亿美元）带入LayerZero的zk轻客户端。

Ethereum完整节点证明系统还允许当前和历史Ethereum数据，包括区块头和交易数据的状态转移，供任何网络和应用程序访问。这将使得任何区块链上的智能合约能够无信任地访问Ethereum数据并处理各种计算逻辑。所有的安全性均由在ZK中证明Ethereum PoS完整节点所保证。

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