Apresentação do Plonky2

A divisão Polygon Zero da Polygon Labs concentra-se em utilizar provas de conhecimento zero para escalar o Ethereum, visando acomodar um bilhão de usuários sem comprometer a descentralização e a segurança. Para atingir esse objetivo ousado, é essencial criar sistemas de provas rápidos e eficientes. O Plonky2 representa um grande avanço na criptografia de conhecimento zero ao reunir os pontos fortes de diferentes sistemas de prova em uma solução única e altamente otimizada.

O Plonky2 é um SNARK recursivo que supera significativamente as alternativas atuais em desempenho, mantendo compatibilidade nativa com o Ethereum. Ao unir PLONK e FRI (Fast Reed-Solomon Interactive Oracle Proofs), o Plonky2 incorpora as melhores características dos STARKs—including geração acelerada de provas e ausência de trusted setup—e dos SNARKs, como suporte à recursão e baixo custo de verificação no Ethereum.

Recursão

A recursão está entre as funções mais avançadas dos sistemas de prova de conhecimento zero. SNARKs têm a capacidade única de validar computações arbitrárias e, como a validação de um SNARK também é uma computação, eles podem validar outros SNARKs. Essa propriedade recursiva do Plonky2 viabiliza ganhos expressivos em escalabilidade.

Imagine um cenário em que validadores precisam comprovar a validade de 1.000 transações. Gerar uma única prova monolítica para validar todas essas transações ao mesmo tempo seria custoso e demorado. A solução mais eficiente é dividir o trabalho: 1.000 máquinas paralelas criam uma prova individual para cada transação. Em seguida, essas provas são agregadas recursivamente em camadas, onde cada nova prova valida duas provas da camada anterior. Este processo hierárquico segue até restar uma única prova, certificando todas as 1.000 transações.

Com essa arquitetura recursiva, o Plonky2 reduz o tempo de processamento, minimiza o uso de recursos e amplia a descentralização, pois a geração de provas pode ser distribuída entre diversos nós.

Eficiência

Provas recursivas são a base da escalabilidade em blockchain. A evolução dessa tecnologia tem sido rápida: quando a Mir (que virou Polygon Zero) foi lançada em 2019, uma única prova recursiva levava cerca de dois minutos em hardware de alto desempenho. Já em 2020, provas recursivas passaram a ser usadas no Ethereum, reduzindo o tempo de geração para 60 segundos. O protocolo Halo acelerou ainda mais esse processo, mas perdeu compatibilidade com o Ethereum.

Em 2021, a Polygon Zero estabeleceu como meta técnica gerar provas recursivas em menos de 1 segundo, mantendo compatibilidade com o Ethereum. O avanço do Plonky2 veio ao identificar que o FRI, o esquema de compromisso polinomial base dos STARKs, trazia benefícios de desempenho relevantes para SNARKs recursivos—o que não era evidente, já que soluções como o Fractal levavam cerca de 10 minutos para gerar uma prova.

O FRI, porém, tem propriedades matemáticas excepcionais. Ele viabiliza o uso de campos de 64 bits, e pesquisadores da Polygon identificaram o Goldilocks Field, cujo módulo permite operações aritméticas extremamente eficientes em CPUs modernas. Integrado ao PLONK, o FRI possibilita a criação de custom gates com muito mais fios, o que permite otimizar os circuitos do Plonky2 para recursão eficiente.

Esse conjunto de inovação matemática, domínio criptográfico e otimização de desempenho permitiu um salto transformador: hoje, gerar uma prova recursiva no Plonky2 leva apenas 170 milissegundos em um Macbook Pro—um avanço expressivo em comparação às opções anteriores.

Tamanhos de Prova

O Plonky2 oferece ganhos não só em provas recursivas, mas também em provas não recursivas. Em sistemas baseados em FRI, normalmente há um dilema: ou se gera provas rapidamente, mas com tamanho maior (o que encarece a verificação no Ethereum), ou se gera provas menores, mas mais lentamente. Alternativas existentes precisam escolher entre esses cenários pouco ideais.

O Plonky2 elimina esse dilema com sua arquitetura. Ao priorizar velocidade, o sistema otimiza para a geração do maior número de provas possível. Na etapa seguinte, ao agregar essas provas recursivamente, a prova final pode ser validada por um circuito compacto, otimizando o tamanho. Com esse método em duas etapas, são possíveis provas de até 45 kilobytes em apenas 20 segundos de geração—um tempo irrelevante, já que as provas só precisam ser geradas ao enviar para o Ethereum. Isso reduz drasticamente os custos operacionais frente a outras implementações.

Compatibilidade

Uma das maiores vantagens do Plonky2 é sua compatibilidade nativa com o Ethereum. A verificação exige apenas a função hash keccak-256, o que garante integração à infraestrutura vigente do Ethereum. Análises preliminares estimam que validar uma prova Plonky2 otimizada exige cerca de 1 milhão de gas.

Grande parte desse consumo de gas se deve ao custo de publicação do CALLDATA ao inserir a prova na blockchain. Caso a precificação do CALLDATA seja alterada pelo EIP-4488, o custo pode cair para algo entre 170.000-200.000 gas. Esse cenário coloca o Plonky2 não só como sistema rápido de provas, mas possivelmente como a solução de verificação mais econômica disponível no Ethereum.

Conclusão

O Plonky2 é um avanço essencial em provas de conhecimento zero e um divisor de águas para a infraestrutura de escalabilidade do Ethereum. O desenvolvimento do Plonky2 pela Polygon Zero comprova que unir inovação matemática e excelência em engenharia permite superar os limites históricos dos sistemas de prova. Embora as soluções de layer-2 baseadas em conhecimento zero venham ganhando destaque, as implementações atuais ainda dependem de primitivas criptográficas que trazem restrições de eficiência e escalabilidade.

Com o mercado de layer-2 cada vez mais competitivo, a diferenciação tende a se dar pela capacidade de processamento e custos operacionais. O Plonky2 oferece ao ecossistema Polygon as ferramentas fundamentais para criar sistemas de layer-2 com alto desempenho e escalabilidade, posicionando-se como tecnologia transformadora para o futuro das soluções de escalabilidade do Ethereum.

FAQ

O que é o Plonky2? Quais são os principais diferenciais e vantagens?

O Plonky2 é uma tecnologia ZK-SNARK recursiva desenvolvida pela Polygon, 100 vezes mais rápida que as alternativas disponíveis e totalmente compatível com o Ethereum. Ele une os benefícios do PLONK e do FRI para geração acelerada de provas e maior escalabilidade.

Quais as diferenças entre Plonky2 e outros frameworks de prova de conhecimento zero, como Circom e ZoKrates?

O Plonky2 utiliza campos Goldilocks pequenos e suporta recursão eficiente, oferecendo desempenho superior em relação ao Circom e ao ZoKrates. Isso garante tempos otimizados de geração de provas com alto nível de segurança.

Quais são os principais usos do Plonky2?

O Plonky2 é empregado principalmente para proteção de privacidade em blockchain, soluções de escalabilidade de layer-2 e validação criptográfica. Ele possibilita provas de conhecimento zero para transações seguras e validação de smart contracts.

Como construir e verificar provas de conhecimento zero com o Plonky2?

Com o Plonky2, é possível criar provas de conhecimento zero para qualquer computação verificável, usando composição recursiva eficiente. Os circuitos podem ser otimizados com custom gates para maior desempenho e escalabilidade.

Como é o desempenho do Plonky2? Qual a velocidade de geração e verificação das provas?

O Plonky2 gera provas recursivas em 0,17 segundo em um MacBook Pro, um ganho de velocidade de 100x em relação a soluções atuais. A verificação leva cerca de 20 segundos, proporcionando desempenho excepcional para aplicações de provas de conhecimento zero.

Plonky2支持哪些编程语言和开发环境？

Plonky2主要支持Rust编程语言，为有Rust开发经验的开发者设计。它提供高效的零知识证明开发环境，支持模块化和可扩展的证明系统构建。

Qual a relação entre o Plonky2 e o algoritmo Plonk? Por que o nome Plonky2?

O Plonky2 é uma evolução do Plonk, substituindo os compromissos KZG pelos compromissos FRI da tecnologia STARK. O nome Plonky2 reflete essa evolução, unindo a eficiência do Plonk com a resistência a ataques quânticos e a geração mais rápida de provas proporcionadas pelo FRI.