以太坊生態系統中的歷史與多鏈儲存證明

核心概念

本文深入探討了儲存證明在以太坊生態系統中的應用，特別關注其在解決歷史狀態和跨鏈狀態訪問挑戰方面的作用，並分析了基於 MMR 和 MPT 的歷史狀態驗證方法、跨鏈驗證架構以及零知識證明性能優化等關鍵議題。

摘要

論文資訊

• 標題：歷史與多鏈儲存證明
• 作者：Marek Kirejczyk, Maciej Kalka, Leonid Logvinov
• 機構：vlayer Labs
• 日期：2024 年 11 月

研究背景

以太坊及其虛擬機（EVM）生態系統已成為區塊鏈領域的領導者，其強大的網路效應吸引了廣泛的用戶、開發者和資金。然而，EVM 在訪問歷史狀態和跨鏈狀態方面存在限制，這限制了其應用範圍。

儲存證明：解決方案與挑戰

儲存證明提供了一種驗證區塊鏈狀態完整性和一致性的方法，解決了上述限制。然而，儲存證明的實現和驗證也帶來了性能和開發者體驗方面的挑戰。

歷史狀態驗證

本文分析了兩種歷史狀態驗證方法：

• Merkle Mountain Range (MMR)：提供高效的證明生成，但靈活性有限。
• Merkle-Patricia trie (MPT)：在管理任意深度歷史數據方面更具靈活性。

跨鏈驗證

針對跨鏈驗證，本文提出了三種架構：

• L2→L1：從 Layer 2 到 Layer 1 的驗證。
• L1→L2：從 Layer 1 到 Layer 2 的驗證。
• L2→L2：在不同 Layer 2 網絡之間的驗證。

性能優化

Keccak-256 雜湊函數在零知識證明環境中效率低下。本文探討了 Poseidon、Starkad、Blake3 和 MiMC 等零知識友好型雜湊函數，以提高性能。

總結

本文為在以太坊生態系統中實現歷史和多鏈儲存證明提供了理論和實踐框架，促進了可擴展和可互操作區塊鏈系統的發展。

統計資料

以太坊區塊的平均出塊時間約為 12 秒。
EIP-2935 提議將區塊雜湊的可訪問歷史擴展至 8192 個區塊。
以太坊的最終性通常在約 13 分鐘內實現。
Layer 2 網絡的狀態更新通常每 30 分鐘到 1 小時發生一次。
Optimistic Rollup 的挑戰期約為 7 天。

引述

“Ethereum blockchain and the broader Ethereum Virtual Machine (EVM) landscape have emerged as the dominant blockchain ecosystem, significantly due to their network effects, which manifest in various forms such as a loyal user base, a thriving developer community, and substantial financial liquidity.”
“Central to Ethereum’s success is the EVM, a virtual machine that facilitates the execution of smart contracts.”
“We investigate storage proofs as a comprehensive solution to these limitations.”
“Zero-knowledge proofs used to verify data integrity must compute plenty of hash functions.”

從以下內容提煉的關鍵洞見

Historical and Multichain Storage Proofs

by Marek Kirejc... 於 arxiv.org 11-04-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.00193.pdf

深入探究

隨著區塊鏈技術的不斷發展，未來還會有哪些創新方法可以進一步優化儲存證明的效率和安全性？

隨著區塊鏈技術的不斷發展，以下創新方法有望進一步優化儲存證明的效率和安全性：

更優化的零知識證明方案:

目前，許多研究集中在開發更快速、更精簡的零知識證明方案，例如zk-SNARKs 和 zk-STARKs 的改進版本。這些方案可以顯著壓縮儲存證明的尺寸，並提高驗證速度。
新興的零知識證明方案，例如Plonky2和Halo2，專注於減少證明大小和驗證時間，這將進一步提高儲存證明的效率。

遞歸儲存證明:

遞歸儲存證明允許將多個證明聚合成一個簡短的證明，從而顯著減少驗證成本。這對於需要驗證大量歷史數據的應用非常有用。

與可信執行環境（TEE）的整合:

可信執行環境可以提供一個安全的環境來生成和驗證儲存證明，從而提高安全性。

基於硬體的儲存證明:

專用硬體，例如可驗證延遲函數（VDF）加速器，可以加速儲存證明的生成和驗證過程。

跨鏈互操作性協議的進步:

隨著跨鏈互操作性協議的發展，不同區塊鏈之間的儲存證明驗證將變得更加容易和高效。

如果以太坊最終轉向 PoS 機制，是否會對儲存證明的實現和驗證產生影響？

以太坊從工作量證明（PoW）轉向權益證明（PoS）機制對儲存證明的影響相對較小。

實現方面: 儲存證明的實現主要依賴於底層的密碼學技術和數據結構，例如 Merkle 樹和零知識證明，這些技術在 PoS 和 PoW 機制下都適用。
驗證方面:

在 PoS 機制下，驗證者集是預先確定的，這可以簡化儲存證明的驗證過程，因為無需像 PoW 那樣進行算力競爭。
PoS 的確定性特性可以提高儲存證明的安全性，因為惡意行為者更難操控驗證過程。
總體而言，以太坊轉向 PoS 機制對儲存證明的影響主要體現在驗證效率和安全性的提升上，而不會對其實現產生根本性的影響。

儲存證明技術如何應用於區塊鏈以外的領域，例如數據完整性驗證、版權保護等？

儲存證明技術在區塊鏈以外的領域也有廣泛的應用前景，以下是一些例子：

數據完整性驗證:

雲儲存：用戶可以使用儲存證明來驗證儲存在雲服務提供商處的數據的完整性，確保數據未被篡改或損壞。
數據庫管理：儲存證明可以應用於數據庫系統，以確保數據在儲存和傳輸過程中的完整性。

版權保護:

創作者可以使用儲存證明來證明其對數字作品的所有權，並追蹤作品的使用情況。

身份驗證和授權:

儲存證明可以用於構建去中心化身份系統，用戶可以通過證明其擁有某些數據來驗證其身份。

供應鏈管理:

儲存證明可以追蹤產品在供應鏈中的流動，確保產品的來源和真實性。

物聯網（IoT）數據安全:

儲存證明可以確保物聯網設備收集的數據的完整性和安全性。
總之，儲存證明技術作為一種驗證數據完整性和安全性的有效手段，在區塊鏈以外的領域具有廣泛的應用前景，並且隨著技術的發展，其應用範圍將會越來越廣泛。