Plonky2: новий рівень масштабування Ethereum

Підрозділ Polygon Zero компанії Polygon Labs впроваджує докази з нульовим розголошенням для масштабування Ethereum до рівня мільярда користувачів із збереженням децентралізації та безпеки. Для цього необхідно створити швидкі, ефективні системи доказів. Plonky2 — це прорив у криптографії з нульовим розголошенням, який об’єднує переваги різних систем доказів у єдиному високоефективному рішенні.

Plonky2 — рекурсивний SNARK, який значно перевищує поточні альтернативи за продуктивністю і зберігає нативну сумісність з Ethereum. Система поєднує PLONK і FRI (Fast Reed-Solomon Interactive Oracle Proofs), що дає їй переваги STARK (швидка генерація доказів, відсутність довіреної ініціалізації) та SNARK (рекурсія, низькі витрати на перевірку в Ethereum).

Рекурсія

Рекурсія — одна з головних можливостей у системах доказів з нульовим розголошенням. SNARK дозволяє перевіряти довільні обчислення, у тому числі й перевірку інших SNARK-доказів. Це дає Plonky2 значний потенціал масштабування.

Уявімо, що валідатори мають підтвердити 1 000 транзакцій. Одноразова генерація монолітного доказу для всіх 1 000 транзакцій потребує багато часу й ресурсів. Ефективніше розподілити навантаження: 1 000 машин паралельно формують окремі докази для кожної транзакції. Далі ці докази агрегують рекурсивно: кожен наступний шар об’єднує по два докази з попереднього. Так триває, доки не залишається один доказ, який підтверджує дійсність усіх транзакцій.

Рекурсивна архітектура Plonky2 знижує час обробки, економить ресурси та забезпечує більшу децентралізацію завдяки розподіленому створенню доказів між вузлами.

Ефективність

Рекурсивні докази — основа масштабованості блокчейнів. Прогрес у цій технології суттєвий: у 2019 році Mir (надалі Polygon Zero) створював рекурсивний доказ близько двох хвилин на потужному обладнанні. У 2020 році ці докази вже запроваджені в Ethereum із часом генерації 60 секунд. Протокол Halo прискорив процес, але втратив сумісність із Ethereum.

У 2021 році Polygon Zero поставив технічну мету: досягти генерації рекурсивних доказів за менше ніж 1 секунду без втрати сумісності з Ethereum. Прорив Plonky2 — у використанні FRI, схеми поліноміальних зобов’язань із STARK, яка значно підвищує продуктивність рекурсивних SNARK. Це було неочевидно, адже у Fractal генерація доказу займала 10 хвилин.

FRI має унікальні математичні властивості. Вона дає змогу застосовувати 64-бітові поля. Дослідники Polygon виявили поле Goldilocks, модуль якого ідеально підходить для швидкої арифметики на сучасних CPU. З PLONK це дозволяє проєктувати користувацькі гейти з великою кількістю проводів, що оптимізує схеми Plonky2 для рекурсії.

Об’єднання математичних рішень, криптографічних розробок і низькорівневої оптимізації призвело до прориву: рекурсивний доказ на Plonky2 генерується за 170 мілісекунд на Macbook Pro, що значно швидше за попередні рішення.

Розміри доказів

Plonky2 підвищує ефективність не лише для рекурсивних, а й для звичайних доказів. У FRI-систем компроміс: можна або швидко генерувати великі докази (дорожче перевіряти в Ethereum), або повільно — але менші. Інші системи змушені обирати між цими варіантами.

Plonky2 усуває цей компроміс архітектурно. Якщо потрібна максимальна швидкість, система її забезпечує. Агрегуючи окремі докази рекурсивно, підсумковий доказ перевіряється компактною схемою, оптимізованою за розмір. Двоетапна модель дозволяє отримати докази обсягом 45 КБ за 20 секунд — час несуттєвий, оскільки докази генерують лише при поданні в Ethereum. Це суттєво знижує витрати порівняно з іншими системами.

Сумісність

Важлива перевага Plonky2 — нативна сумісність із блокчейном Ethereum. Для верифікації потрібна лише хеш-функція keccak-256, що забезпечує повну інтеграцію з інфраструктурою Ethereum. За попередніми оцінками, перевірка оптимізованого доказу Plonky2 коштує близько 1 000 000 газу.

Більша частина цих витрат — це CALLDATA, тобто розміщення доказу в мережі. Якщо вартість CALLDATA змінять через EIP-4488, перевірка коштуватиме 170 000–200 000 газу. Тоді Plonky2 стане не лише швидкою, а й найдоступнішою системою доказів для Ethereum.

Висновки

Plonky2 — фундаментальний прорив у технологіях доказів із нульовим розголошенням і ключовий етап розвитку масштабованої інфраструктури Ethereum. Проєкт Polygon Zero продемонстрував, що поєднання математичних відкриттів та інженерних рішень дозволяє подолати історичні обмеження систем доказів. Попри інтерес до zero-knowledge-рішень другого рівня, більшість існуючих реалізацій обмежені продуктивністю та масштабованістю через криптографічні примітиви.

На конкурентному ринку рішень другого рівня вирішальну роль відіграватимуть пропускна здатність і вартість експлуатації. Plonky2 надає екосистемі Polygon базові інструменти для створення layer-2-систем із найкращими показниками ефективності й масштабування, що робить її рушієм розвитку Ethereum.

FAQ

Що таке Plonky2? Які основні характеристики та переваги?

Plonky2 — рекурсивна ZK-SNARK-технологія від Polygon, у 100 разів швидша за альтернативи, повністю сумісна з Ethereum. Вона об’єднує переваги PLONK і FRI для швидкої генерації доказів і масштабування.

Чим Plonky2 відрізняється від Circom і ZoKrates?

Plonky2 використовує поля Goldilocks малого розміру та підтримує ефективну рекурсію, забезпечуючи вищу продуктивність порівняно з Circom і ZoKrates. Вона забезпечує оптимальний час генерації доказів і підвищений рівень безпеки.

Які основні сценарії використання Plonky2?

Plonky2 застосовують для захисту приватності в блокчейні, масштабування layer-2-рішень і криптографічної перевірки. Вона надає докази з нульовим розголошенням для безпечних транзакцій і перевірки смартконтрактів.

Як створити та перевірити докази з нульовим розголошенням у Plonky2?

Plonky2 дає змогу створювати докази для будь-яких перевірюваних обчислень із ефективною рекурсією. Оптимізуйте схеми власними гейтами для вищої продуктивності та масштабування.

Яка продуктивність Plonky2? Яка швидкість генерації та перевірки доказів?

Plonky2 генерує рекурсивні докази за 0,17 секунди на MacBook Pro, що в 100 разів швидше за інші рішення. Перевірка триває близько 20 секунд — це виняткова швидкість для zero-knowledge-доказів.

Які мови програмування та середовища підтримує Plonky2?

Plonky2 орієнтована на розробників із досвідом Rust і підтримує цю мову. Вона надає ефективне середовище для розробки zero-knowledge-доказів і підтримує модульне, масштабоване створення систем доказів.

Який зв’язок між Plonky2 і Plonk? Чому назва Plonky2?

Plonky2 — покращена версія Plonk, де KZG-зобов’язання замінені на FRI із STARK. Назва Plonky2 підкреслює еволюцію: вона поєднує ефективність Plonk із стійкістю до квантових атак і швидкістю FRI.