Im August letzten Jahres haben wir veröffentlichtZeth, die erste Type-1 zkEVM, die mit dem RISC Zero zkVM entwickelt wurde, was es Entwicklern ermöglichte, die EVM-Ausführung in ZK festzuschreiben. Dann in diesem JahrIm Mai haben wir Zeth aktualisiertum Optimistic Rollups als Teil der Unterstützung zu unterstützenOptimism Foundation Ausschreibung, Entwicklern die Möglichkeit zu geben, Gültigkeitsnachweise zu generieren, die die Ableitung von Rollups in Zero-Knowledge weihen.

Heute kündigen wir Kailua an, eine Software-Suite zur Aufrüstung von optimistischen Rollups auf Hybrid ZK Rollups, deren erste Implementierung von Optimismus unterstützt wird.KonaRollup-State-Transition-Engine. Kailua führt nicht nur transparent Kona unverändert im zkVM aus, sondern bringt auch sein eigenes neuartiges fehlersicheres Spiel ein, das den aktuellen Stand der Technik bei der Streitbeilegung durch Reduzierung von Sicherheitsanforderungen und Verzögerungen bei der Finalität vorantreibt!

Kailua

Nicht zu verwechseln mit der Stadt im hawaiianischen Bezirk Kona ist Kailua eine Suite von Tools und Verträgen zur Migration von Rollups von langen interaktiven Fehlerbeweissystemen zu kurzen nicht interaktiven ZK-Fehlerbeweisen, die mit dem RISC Zero zkVM generiert werden. Die Hauptkomponenten sind:

1. Ein Satz von Verträgen für Streitigkeiten in ZK, der derzeit nur mit OP Stack Rollups kompatibel ist.
2. Ein CLI-Tool zum automatischen Migrieren von Rollups zu ZK-Fehlerbeweisen.
3. Ein State-Proposer-Agent, der den Rollup-State gemäß den Regeln des ZK-Spiels vorantreibt.
4. Ein Rollup-Validierungsagent, der Herausforderungen annimmt und jegliche Zustandsübergangsfehler in ZK beweist.

Hinweis: Die minimale OP-Stack-Version, die zum Verwenden von Kailua erforderlich ist, beträgt V1.4, da es den DisputeGameFactory-Vertrag anstelle des veralteten L2OutputOracle-Vertrags nutzt.

Kailua löst Kern-Rollup-Probleme

Kailuas Streit Spiel kombiniert Zero-Knowledge-Beweise mit dem optimistischen Rollup-Paradigma in einem neuartigen Hybrid-System, das Sicherheit und Leistung verbessert, während Betriebskosten und Endgültigkeitsverzögerungen reduziert werden! Dies wird in der untenstehenden Tabelle zusammengefasst:

Es spart bei den Nachweiskosten

Im Gegensatz zu ZK-Rollups ermöglicht das hybride Paradigma von Kailua Rollups nicht nur eine normale Funktion ohne ständige Beweiskosten und -zeiten, sondern entlastet auch ihre Benutzer von zusätzlichen Beweiskosten, die sich bei Fällen, in denen sie sich summieren und nicht vernachlässigbar werden, ergeben.

• Rollups, die die Transaktionsgebühren für ihre Benutzer subventionieren, möchten möglicherweise keine zusätzlichen Kosten haben.
• Rollups, die häufig leere Blöcke haben, könnten die zusätzliche Belastung durch den Beweis als nicht nachhaltig empfinden.
• Rollups mit sehr kurzen Blockzeiten würden beide der oben genannten Probleme verschärfen.
• Rollups mit benutzerdefinierten Precompile-Verträgen erfordern zusätzliche spezialisierte Engineering-Anstrengungen für beschleunigtes Beweisen.

In Kailuas neuem Design werden die Kosten zur Beilegung eines Streits mithilfe von ZK vollständig von den unehrlichen Parteien getragen, ob es sich um einen fehlerhaften Vorschlagenden oder Validierenden handelt!

Es senkt die Teilnahmevoraussetzungen

Ein Rollup mit Kailua kann seine Sicherheit sicherstellen, während es alle Beweislasten auslagert! Dies liegt daran, dass Kailua-Validatoren immer noch die erforderlichen Herausforderungstransaktionen ausstellen können, um die Sicherheit ihrer Rollups zu gewährleisten, noch bevor sie die Nachweise berechnet haben, um sie zu rechtfertigen. Folglich bedeutet dies, dass sich Kailua Hybrid Rollups an dezentrale Beweisinfrastrukturen wie verlassenen Beweismärkten wenden können, anstatt sich um die Einrichtung potenziell komplexer und teurer Beweisinfrastruktur zu kümmern.RISC Zero’s Boundlessin Zeiten der Not mit Sicherheits- und Lebendigkeitgarantien für ihre Beweisanfragen!

Es reduziert die bestehenden Rollup-Sicherheitsleistungskosten

Reduzierte Betriebskosten im Vergleich zu ZK Rollups sind großartig, aber es wird noch besser! Kailua reduziert auch die erforderlichen Sicherheitenkosten für den Betrieb eines Rollups von “linear in der Anzahl der Vorschläge/Herausforderungen” auf konstant! Das bedeutet, dass auch unter langen Finalitätsperioden die minimale Sicherheit von ehrlichen Parteien zur Aufrechterhaltung der Sicherheit und Lebendigkeit des Systems um Größenordnungen, von Zehntausenden auf Hunderte (in USD), reduziert werden kann!

ELI5: Das Kailua Fault Proof Spiel

Zunächst wollen wir den Kernmechanismus der aktuellen Streitspielmechanik zusammenfassen. Truebits Bisektionsspiel führte die Möglichkeit ein, Streitigkeiten über das Ergebnis einer langen deterministischen Berechnung durch wiederholte Runden von Challenge-Response-Interaktionen zu lösen. Dieser Mechanismus bildet die Grundlage für die Sicherheit von optimistischen Rollups, die eine zeitkritische Gelegenheit bieten, das Spiel zu spielen, um die Integrität des Second-Layer-Ledgers zu gewährleisten. Die Zeitkritik gewährleistet die Lebendigkeit des Rollups, birgt jedoch ein Risiko für seine Sicherheit, da ehrliche Spieler im Bisektionsspiel möglicherweise ihre Züge nicht rechtzeitig machen oder möglicherweise nicht genügend Mittel haben, um so viele Instanzen des Spiels zu spielen wie unehrliche Spieler. Die zugrunde liegenden kryptografischen Annahmen sind jedoch minimal, was es zu einer sehr praktischen Wahl macht.

Finalität Verzögerungen

Die Regeln für das Spielen von Streitigkeiten auf der Grundlage von Zerlegungsspielen beinhalten verschiedene Arten von “Timeout”-Phasen, die den Spielern gewährt werden, um Züge zu machen. Die beiden bemerkenswertesten sind:

1. Die Zeitüberschreitung, bevor ein unbestrittener Ergebnis endgültig ist und nicht mehr halbiert werden kann.
2. Die Zeitüberschreitung, bevor ein offener Streit gelöst ist und Spieler nicht mehr teilnehmen können.

Diese beiden Timeouts tragen zur sogenannten „Finalitätsperiode“ bei. In aktuellen Designs könnte ein Angreifer sein eigenes Kollateral opfern, um den letzten Timeout mehrmals auszulösen und möglicherweise sogar die Ressourcen der Verteidiger aufzubrauchen. Dieser Angriffsvektor ist zentral für die Sicherheit von Rollups, einschließlich Arbitrum, das derzeit ein neues Streitprotokoll einführt (BoLD) das darauf abzielt, eine konstante Obergrenze von ~6,3 Tagen für das Timeout bei offenen Streitigkeiten nachweislich festzulegen.

Spoiler: Kailua reduziert diese Timeout auf nur eine Stunde! Und entfernt das Potenzial für Ressourcen-Erschöpfungs-Angriffe!

Allgemeiner Zweck ZK eingeben

Zero-Knowledge-Beweise können anstelle des Bisektionsspiels als nicht-interaktiver Mechanismus zur Klärung von Streitigkeiten über den Zustand des Rollups verwendet werden. Diese Einmaligkeit bedeutet, dass die für die Streitbeilegung vorgesehene Zeit erheblich verkürzt werden kann, auf die Zeit, die für den Nachweis eines einzigen Blocks benötigt wird!

Hybrid ist das Beste aus beiden Welten

Obwohl eine solche Verschiebung der Mechanik vernünftig klingen mag, ist es immer noch keine optimale Einführung von ZK in das optimistische Streit-Spiel! Anstatt nur Nachweise zu verlangen, dass ein vorgeschlagener Rollup-Zustand ungültig ist, könnte man auch ZK-Nachweise verwenden, um die Gültigkeit selbst in einer optimistischen Umgebung nachzuweisen! Mit der Doppelnatur der Nachweise im Hinterkopf erfordert Kailua nur, dass Herausforderer ihre „Absicht“ signalisieren, einen Vorschlag anzufechten, und verhindert die Finalisierung dieses Vorschlags, bis entweder ein Fehler- oder Gültigkeitsnachweis vorgelegt wird, um entweder den Herausforderer oder den Antragsteller zu widerlegen und ihre jeweiligen Aktionen aus dem Spiel zu nehmen. Dadurch ermöglicht es Kailua, dass der Rollup nicht befürchten muss, dass die Beweiszeiten möglicherweise nicht so kurz sind wie die letzte Timeout-Frist.

Weniger (viel weniger) Sicherheitsanforderungen

Aber nicht nur beseitigt Kailua lange Endgültigkeitsverzögerungen aufgrund interaktiver Challenge-Response-Transaktionen, sondern auch einen Großteil der für das Aufrechterhalten von Rollups erforderlichen Sicherheiten! Spieler im Bisektionspiel müssen separate Sicherheitenstücke in jeder Spielinstanz setzen. Dies liegt hauptsächlich daran, dass ein Spieler in einer Spielinstanz aufgrund schlichter Nichtreaktion rechtzeitig verlieren kann, was nichts über ihre allgemeine Ehrlichkeit aussagt. Bemerkenswerterweise überwindet Kailua diese Einschränkung mit ZK-Streitigkeiten! In Kailua disqualifiziert sich ein Spieler, wenn er einen Vorschlag herausfordert und später nachgewiesen wird, dass dieser Vorschlag gültig ist. Dies bedeutet, dass Herausforderer jetzt nur noch Sicherheiten hinterlegen müssen, um die Rolle eines Herausforderers zu übernehmen, und dann so viele Herausforderungen wie nötig stellen können, anstatt für jede Herausforderung oder jedes Spiel separate Sicherheiten zu hinterlegen. Bemerkenswerterweise gilt dieselbe Sicherheitsreduzierung auf sichere Weise auch für Vorschlagende aufgrund der gleichen Argumentation, ohne Angst vor Angriffen durch einen wohlhabenden Vorschlagenden, der das System spammen kann.

Von Gas zu Abgas

Allerdings kommen nur selten so viele Vorteile kostenlos! Im Vergleich zu optimistischen Rollups gibt es bei diesem hybriden Design zusätzliche Kosten für die Datenveröffentlichung, die notwendig sind, um die Interaktionen in einem Dissektionspiel zu entfernen. Wir haben Kailua so konzipiert, dass dieser DA-Kostenoverhead im Vergleich zu den Kosten für das vollständige Beweisen in einem ZK Rollup vernachlässigbar ist, was dazu führt, dass der Kostenoverhead pro Transaktion in Kailua invers mit der TPS zusammenhängt!

In einem Kailua-Rollup, bei dem eine Herausforderung/Bestätigung eine Sequenz von K-Rollup-Blöcken betrifft, muss der Kailua-Vorschlagende höchstens N/K-Hashes als „Checkpoint-Daten“ veröffentlichen, wenn er einen Zustandsübergang vorschlägt, der den Rollup um N Blöcke voranbringt. K ist die Anzahl der nicht leeren Blöcke, die von jeder Herausforderung/Bestätigung abgedeckt werden, und ist ein konfigurierbarer Parameter, der die Streitkosten bestimmt. Wir sagen höchstens N/K, weil die Anzahl der erforderlichen Checkpoints erheblich reduziert werden kann, wenn viele leere Blöcke in einem Vorschlag enthalten sind.

Im Falle eines relativ aktiven Rollups mit sehr wenigen leeren Blöcken wäre der oben genannte Overhead vernachlässigbar, da es sich um eine zusätzliche Kosten von nur 32/K zusätzlichen Bytes pro Block handeln würde. Mit K=1, zum Beispiel für Optimism’s Mainnet, würde dies bedeuten, dass alle 2 Stunden und 15 Minuten ein einziger Blob veröffentlicht wird, was vergleichbar ist.Bestehende Vorschlagsrate des OP-Mainnets, und weit unter demDA-Kosten für einen solchen ZeitraumBei der aktuellen TPS und 3 $ pro Blob kostet das weniger als 0,0001 $ pro Transaktion!

Jedoch kann bei einem Rollup, der nur eine geringe Blockraumnutzung aufweist (z.B. aufgrund sehr kurzer Blockzeiten), der Overhead der naiven Veröffentlichung von N/K-Hashes unpraktisch sein. Aber Kailua ist nicht naiv! In diesem Fall kann die Bedingung für die Erstellung eines Checkpoints einen zweiten Parameter, E, nutzen, der die maximale Anzahl von leeren Blöcken angibt, die der Checkpoint abdecken darf. Ein 32-Byte-Checkpoint (Block-/Zustandshash) wird dann benötigt, um eine Sequenz von Blöcken abzudecken, die höchstens E leere Blöcke oder K nicht-leere Blöcke enthalten. Glücklicherweise kann E je nachdem, wie kostengünstig es ist, leere Blöcke zu beweisen, eine deutlich größere Zahl als K sein.

Heute Kailua benutzen

Kailua befindet sich derzeit in einem schnellen Entwicklungsprozess und eignet sich nur für Testumgebungen und nicht für die Produktion. Wir werden Kailua weiter verbessern und weiterentwickeln, indem wir neue Funktionen hinzufügen, Kosten und Leistung optimieren und möglicherweise mehr Rollup-Stacks unterstützen! Kailua ist ein vollständiges Open-Source-Projekt, das unter RISC Zero veröffentlicht wurde.Github.

Es ist einfach!

Mit der Kailua CLI können Sie mit nur wenigen Befehlen ein lokales OP-Devnet bereitstellen und es anschließend auf die Verwendung von ZK-Fehlerbeweisen aktualisieren. Anschließend können Sie die CLI verwenden, um den Antragssteller und den Validierer zu starten und mit Ihrem lokalen Devnet zu interagieren, wie Sie es normalerweise tun würden. Wenn Sie daran interessiert sind, das eigentliche Streit-Spiel bei Fehlern zu testen, können Sie die CLI verwenden, um abnormale Interaktionen vorzunehmen und fehlerhafte Vorschläge zu induzieren und den Validierer dabei zu beobachten, wie er sie mit Hilfe des RISC Zero zkVM herausfordert und ablehnt!

Es ist praktisch

Schließlich wäre dieser RISC Zero-Blogbeitrag über eine neue Veröffentlichung ohne einige Zykluszählungen nicht vollständig! Die Tabelle unten zeigt einige OP Mainnet-Benchmarks, die mit einigen Vorbehalten verbunden sind.

1. Diese Zahlen unterscheiden sich von Zeth, weil der zugrunde liegende Ableitungs- und Ausführungsmotor ausschließlich auf Optimismus’ Kona basiert, der mit einigen abstrakten Hochniveauprämissen entworfen wurde, die von unseren geplanten Optimierungen für die Anpassung an das RISC Zero zkVM profitieren werden.
2. Jeder Beweis dient der Ableitung und Ausführung eines einzelnen L2-Blocks. Die Stapelbeweisführung einer Sequenz von mehreren Blöcken kann optimiert werden, um eine deutlich geringere Zykluszahl pro Block zu erzielen, indem die Kosten für die Datenableitung geteilt werden, die relativ beträchtlich größer sind.
3. Wir haben eine Reihe von kryptografischen Beschleunigern, die bald in den zkVM integriert werden, was die Zykluskosten von Kailua deutlich reduzieren wird.

Trotz der fast vierfachen Zunahme der Zykluszahlen im Vergleich zu op-zeth sind die Beweiskosten pro Transaktion in dieser Tabelle aufgrund von Verbesserungen beim RISC Zero-Prover um das Zwei- bis Fünffache besser.

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