Plonky2: новое слово в доказательствах с нулевым разглашением

Подразделение Polygon Zero компании Polygon Labs разрабатывает решения на основе доказательств с нулевым разглашением для масштабирования Ethereum до миллиарда пользователей при сохранении децентрализации и безопасности. Для этого необходимы быстрые и эффективные системы доказательств. Plonky2 — это прорыв в криптографии нулевого знания, сочетающий сильные стороны разных систем доказательств в единой высоко оптимизированной архитектуре.

Plonky2 — это рекурсивный SNARK нового поколения, который существенно превосходит существующие аналоги по производительности и при этом полностью совместим с Ethereum. Технология объединяет возможности PLONK и FRI (Fast Reed-Solomon Interactive Oracle Proofs), наследуя лучшие качества STARK — быстрый выпуск доказательств и отсутствие доверенной настройки — и SNARK, включая поддержку рекурсии и низкие затраты проверки в Ethereum.

Рекурсия

Рекурсия — ключевая возможность современных систем нулевого знания. SNARK могут проверять любые вычисления, и поскольку проверка SNARK — тоже вычисление, они способны проверять сами себя. Эта рекурсивность Plonky2 открывает новые горизонты для масштабирования.

Например, если валидатору требуется доказать корректность 1 000 транзакций, создание одного общего доказательства для всех операций потребует больших ресурсов и времени. Более эффективный путь — распределить задачу: 1 000 машин параллельно формируют доказательства для каждой транзакции. Затем эти доказательства рекурсивно объединяются: каждое новое агрегированное доказательство подтверждает корректность двух доказательств предыдущего уровня. Такая иерархия продолжается, пока не останется только одно доказательство для всех 1 000 транзакций.

Рекурсивная архитектура Plonky2 сокращает время вычислений, снижает требования к ресурсам и повышает децентрализацию за счет распределения генерации доказательств по множеству узлов.

Эффективность

Рекурсивные доказательства — основа масштабируемости блокчейнов. Прогресс в этой технологии впечатляет: в 2019 году, когда Mir (позже Polygon Zero) только стартовал, на создание одного рекурсивного доказательства требовалось две минуты на мощном оборудовании. Уже в 2020 году доказательства успешно внедрили в Ethereum, а время генерации сократилось до 60 секунд. Протокол Halo ускорил процесс, но потерял совместимость с Ethereum.

В 2021 году Polygon Zero поставил цель: рекурсивные доказательства за менее чем секунду с полной совместимостью Ethereum. Прорыв Plonky2 обеспечило понимание того, что FRI — полиномиальная схема коммитментов в основе STARK — способна радикально ускорить рекурсивные SNARK, несмотря на то что в реализации Fractal на создание доказательства уходило около 10 минут.

FRI обладает уникальными математическими преимуществами. Она поддерживает 64-разрядные поля, а специалисты Polygon открыли поле Goldilocks с модулем, идеально подходящим для эффективных операций на современных процессорах. В сочетании с PLONK это позволяет проектировать сложные пользовательские гейты, что дает возможность оптимизировать цепи Plonky2 для рекурсивности.

Именно объединение математических инноваций, экспертизы в криптографии и оптимизации на уровне архитектуры позволило добиться уникального результата: на MacBook Pro рекурсивное доказательство Plonky2 генерируется за 170 миллисекунд, что в разы быстрее любых существующих решений.

Размеры доказательств

Plonky2 ускоряет не только рекурсивные, но и обычные доказательства. FRI-системы всегда сталкивались с дилеммой: быстрое создание доказательств приводит к увеличению их размера (и, как следствие, удорожанию проверки в Ethereum), а уменьшение размера требует больше времени на генерацию. Другие системы вынуждены выбирать между этими ограничениями.

Архитектура Plonky2 полностью снимает этот компромисс. Если важна скорость, система настраивается на максимальную производительность. После рекурсивной агрегации отдельные доказательства объединяются в одно, которое можно проверить компактной цепью — это позволяет минимизировать размер доказательства. Такой подход дает доказательства от 45 килобайт при времени генерации всего 20 секунд, что не критично, поскольку доказательства создаются только при отправке в Ethereum. Это существенно снижает операционные издержки по сравнению с альтернативными решениями.

Совместимость

Plonky2 изначально совместим с блокчейном Ethereum. Для проверки требуется лишь хэш-функция keccak-256, что гарантирует интеграцию с существующей инфраструктурой. По предварительным расчетам, верификация оптимизированного доказательства Plonky2 в Ethereum занимает примерно 1 000 000 газа.

Основная часть расхода газа уходит на публикацию CALLDATA при размещении доказательства в блокчейне. Если ценообразование CALLDATA изменится по EIP-4488, стоимость проверки снизится до 170 000–200 000 газа. Это сделает Plonky2 не просто самой быстрой, но и одной из самых экономичных систем проверки доказательств для Ethereum.

Заключение

Plonky2 — базовое технологическое достижение в сфере нулевого знания и важный шаг для масштабируемости Ethereum. Разработка Polygon Zero доказывает: сочетая математические открытия и инженерные решения, можно преодолеть исторические ограничения систем доказательств. Несмотря на интерес к layer-2 решениям на основе нулевого знания, существующие реализации ограничены используемыми криптографическими примитивами по эффективности и масштабируемости.

По мере усиления конкуренции в сегменте layer-2 главным становится пропускная способность и стоимость операций. Plonky2 дает экосистеме Polygon фундаментальные инструменты для создания layer-2 решений с высочайшей производительностью и масштабируемостью, что делает технологию ключевой для развития масштабирования Ethereum.

FAQ

Что такое Plonky2? Каковы ключевые функции и преимущества?

Plonky2 — рекурсивная технология ZK-SNARK от Polygon, которая в 100 раз быстрее существующих решений и полностью совместима с Ethereum. Она сочетает достоинства PLONK и FRI для быстрой генерации доказательств и масштабируемости.

Чем Plonky2 отличается от других фреймворков на нулевом знании, таких как Circom и ZoKrates?

Plonky2 использует Goldilocks-поля малого размера и поддерживает эффективную рекурсию, что обеспечивает лучшую производительность по сравнению с Circom и ZoKrates. Решение обеспечивает минимальное время генерации доказательств при высоком уровне безопасности.

В каких сценариях применяется Plonky2?

Plonky2 используется для защиты приватности в блокчейне, масштабирования решений второго уровня и криптографической верификации. Технология дает возможность создавать доказательства с нулевым разглашением для безопасных транзакций и проверки смарт-контрактов.

Как создавать и проверять доказательства с нулевым разглашением через Plonky2?

Plonky2 позволяет строить доказательства с нулевым разглашением практически для любых вычислений с эффективным рекурсивным объединением доказательств. Для повышения производительности и масштабируемости используйте пользовательские гейты при оптимизации цепей.

Какова производительность Plonky2? Сколько времени требуется на генерацию и проверку доказательств?

Plonky2 формирует рекурсивные доказательства за 0,17 секунды на MacBook Pro — это в 100 раз быстрее аналогов. Проверка занимает примерно 20 секунд, что обеспечивает выдающуюся производительность для приложений на базе доказательств с нулевым разглашением.

Какие языки программирования и среды поддерживаются Plonky2?

Plonky2 в первую очередь поддерживает язык Rust и предназначен для разработчиков с опытом Rust. Он предоставляет эффективную среду для создания систем нулевого знания, поддерживает модульность и масштабируемость.

Как связаны Plonky2 и алгоритм Plonk? Почему выбрано название Plonky2?

Plonky2 — усовершенствованная версия Plonk, в которой KZG-коммитменты заменены на FRI-коммитменты из STARK. Название Plonky2 отражает эволюцию технологии: сочетание эффективности Plonk с квантовой устойчивостью и скоростью FRI.