去中心化的Prover如何实现？Opside 创新性提出 ZKP的两步提交算法

原文来源：OpsideTeam

为什么我们需要去中心化的prover

当前，以太坊主网上已经有多个ZK-Rollups在运行了。然而ZK-Rollup的去中心化设计仍然处于早期阶段。我们目前都聚焦在Sequencer的去中心化问题上，大部分人都忽略了，实际上目前绝大部分的ZK-Rollup项目都没有实现去中心化的prover。

对于ZK-Rollup来说，中心化的prover仍然是安全的，并且也不像中心化的sequencer那样会带来审查的问题。但是中心化的prover也会引发很多问题。首先，如果只有一个prover，那么单节点宕机就会造成整个ZK-Rollup的有效性证明无法提交，从而给交易的最终确定性造成影响。其次，中心化的prover成本高昂，无法承担未来海量的ZK-Rollup的算力需求。最后，从经济的角度来说，中心化的prover独享了一部分收益，这在代币经济学上来说，实际上是不公平的。

Aave 战略负责人：去中心化可分为独裁、寡头治理、代议制、无状态等四个阶段:金色财经报道，Aave 战略负责人 Marc Zeller 发布文章探讨去中心化的四个阶段，分别为独裁（Autocracy）、寡头治理（Oligarchy）、流动性代议制民主（Liquid Representative Democracies）、无状态（Stateless Stage）。

具体而言，独裁中开发团队几乎完全控制项目，专制阶段允许团队快速开发和迭代，使其能够构建最小可行产品并努力实现产品市场契合度。

寡头治理阶段通常在融资轮次之后，代币持有者开始在治理方面获得更多权力，而早期投资者的影响可能具有挑战性。

只有当代币供应分配到足以稀释第 2 阶段寡头的影响力时，才能实现流动性代议制民主阶段。Marc Zeller 认为目前还没有项目达到成熟的 DAO 阶段，MakerDAO 和 Aave 正处于从第 2 阶段过渡到第 3 阶段的边缘。

无状态阶段与无国家社会类似，目前，LUSD、以太坊和比特币是 Marc Zeller 认为第 4 阶段中仅有的重要参与者。[2023/4/4 13:44:23]

去中心化prover的挑战

波卡生态项目Acala拟推出DEX、升级版EVM和去中心化Stablecoin三款核心产品:1月28日消息，本周在波卡（Polkadot）成功主网上线后，DeFi 协议 Acala 披露了该项目的未来发展计划，包括推出 DEX Acala Swap、升级版 EVM、以及去中心化 Stablecoin（aUSD 和 LDOT）三款核心产品。此外，Acala 开发人员还透露他们将进一步巩固关键桥接基础设施，旨在将多链生态系统扩展到波卡网络和 Acala 质押业务上。

另据相关数据显示，Acala 在 Liquid Crowdload DOT (LCDOT) Token 中的锁仓量目前已超过 6 亿美元，Token 持有人数量已超过 20 万。[2022/1/28 9:18:44]

去中心化prover能很好地解决以上的问题，但是也带来一些挑战，这也是为什么最近上线的几个zkEVM方案采用了中心化prover方案的原因之一。例如PolygonzkEVM的betamainnet中依靠trustedaggregator来提交ZKP，zkSyncera也是类似。

数字文艺复兴基金会曹寅：DeFi名称具有误导性 优势不是去中心化而是非许可:据官方消息，在由OKEx主办的“后疫情时代：DeFi的机遇与挑战”社群活动上，数字文艺复兴基金会曹寅表示，Defi的名称具有一定误导性，去中心化并不是DeFi的目的，仅仅是手段。DeFi并不特指一种技术或者一类产品，而是一种社会运动和思潮，是一种利用开源软件和去中心化网络将金融产品转变为无需信任中介，无需中心操作即可运行的透明金融协议运动。DeFi的优势并不是去中心化，而是非许可，去中介，自动化，从P2P到P2C，Peer to Contract，去掉了传统金融中交易对手方的风险。[2020/4/30]

从技术细节上来讲，ZK-Rollup的智能合约验证ZKP的时候，需要原始的proof数据，这就可能引发各种不同的链上攻击行为。例如，某一个prover提交计算出来的ZKP到链上合约时，需要发一笔L1的交易。当这个prover发出的交易广播到交易池中，攻击者就可以看到原始proof数据，攻击者可以设置一个更高的gas费来发交易，从而优先打包到区块中，来获取PoW奖励。

现场 | Woorton联合创始人：未来去中心化交易所将会走向主流:今日在巴黎区块链周峰会主题为“去中心化交易所-迈向去中心化金融的一步”的圆桌讨论上，Woorton联合创始人Zahreddine Touag表示，虽然当今人们在很多中心化交易所进行交易，但本质上交易是基于去中心化协议的。在未来2年，5年甚至10年，随着去中心化进程、协议、基础设施的不断发展，去中心化交易所将会走向主流，当前有不同种类的去中心化交易所，在选择去中心化交易所进行交易时，流动性是关键要素。[2019/4/17]

此外，由于prover之间是依靠算力来竞争，没有一个可信的身份识别机制，也很难建立一个通信机制。不同的矿工有可能做重复的工作，从而造成算力的浪费。

Opside提出了一个ZKP两步提交算法，来实现了prover的去中心化。这种算法既能够防止ZKP抢跑攻击，又可以让更多的矿工获得奖励，从而鼓励更多的矿工在线，并提供稳定、持续的ZKP算力。

声音 | 腾讯区块链技术负责人：去中心化只是手段 并不是目的:10月30日消息，腾讯区块链技术负责人李茂材认为，区块链的商用和用户的需求之间仍隔着一道门槛。区块链不能解决所有问题。区块链最早被应用于金融领域。区块链的多副本等特性会带来高成本，这对中小企业压力较大。去中心化只是增加信用、保证安全的手段，并不是目的。（星球日报）[2018/10/30]

对于某个sequence，prover计算出ZKP之后，首先计算的hash，并向链上智能合约提交hash和address。其中，proof是某一个sequence的零知识证明，address是该prover的地址

假设在第1个prover在第T个区块提交了hash，则在第T10区块以内，还可以接受其他prover提交hash，没有数量限制。第T11区块及之后，不再接受新的prover提交hash

第T11区块及之后，允许任何prover提交ZKP。只要有一个ZKP通过验证，那么就可以根据该ZKP对所有提交过的hash进行校验。校验通过的prover都可以得到PoW奖励，奖励金额按照矿工质押量的比例来分配。

如果在第T20区块之前，都没有ZKP通过验证，则所有提交过hash的prover都将被slash。此时该sequence重新开放，允许提交新的hash，回到第1步

举一个例子，假设Opside中每个L2区块的PoW奖励是128IDE，当前总共有64个Rollupslots，那么每一个Rollupsequence分配到的PoW奖励是2IDE。如果先后有A,B,C3个矿工为一个sequence提交了正确的ZKP，且A,B,C3个矿工的矿工质押量分别为200K，500K，300K。那么，A,B,C可以获得的PoW奖励分别为0.4IDE，1IDE，0.6IDE。

prover提交了错误的hash

对于某个sequence，如果没有对应的ZKP通过验证，则所有提交过hash的prover都将被惩罚

罚没的token将被烧毁。

关于ZKP的两步提交机制更多的细节与考量，请读者参阅官方文档。prover质押以及惩罚的具体数字在未来可能会改动。

为什么允许多个prover提交hash？如果第一个hash的提交者才能获得奖励，那么第一个prover提交了hash之后，其他prover就没有动力提交proof。如果一个恶意攻击者提交hash之后迟迟不提交proof，那么会阻碍整个sequence被验证的速度。因此应当允许多个prover独立且并行地提交hash，以避免ZKP的验证被单个攻击者垄断。

为什么需要设置一个时间窗口？假设任何人在提交了hash之后可以立即提交proof，那么该proof仍然有可能被抢跑。因为攻击者会立即提交一个与自己地址关联的hash，随后提交proof，从而获取奖励。设置时间窗口之后，提交过hash的prover就没有动力在此时间窗口内提交proof，从而避免了proof被攻击者利用的可能。

为什么要按照质押量来分配PoW奖励？在一个时间窗口内，允许多个prover为同一个sequence提交hash。实际上，矿工可以利用自己生成的proof提交多个hash，从而占有大部分甚至所有PoW奖励。为了避免这种攻击行为，一个sequence的PoW奖励将按照矿工质押量的比例来分配。

总结与规划

本文提出的ZKP两步提交算法，在实现了prover去中心化的同时，能很好地规避针对prover的抢跑攻击，并鼓励更多的矿工提供稳定、持续的ZKP算力。最初的版本将在Opside的Pre-alphatestnet上线。在未来，Opside也将在更多ZKP的挖矿领域进行更多创新。例如：

根据整个网络的ZKP算力供需关系，动态调整PoS与PoW的奖励分配比例

根据ZK-Rollup类型、Rollup交易数量、gas使用量等进行工作量预估，建立Rollupbatch的个性化定价机制

应用开发者对所属Rollup的ZKP生成进行补贴，以激励矿工提供算力

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