Plonky2: докладний аналіз

Огляд Plonky2

Plonky2 — це інноваційна система доведення, яку презентувала Polygon. Вона стала значним проривом у технології доведень з нульовим розголошенням. Plonky2 реалізує гібридний підхід і поєднує переваги масштабування SNARK і STARK — двох основних типів доведень з нульовим розголошенням. Ця система вирішує ключові проблеми продуктивності та вартості, які стримували впровадження ZK-систем у блокчейн-застосуваннях.

Будь-яка система доведення з нульовим розголошенням складається з двох головних елементів. Перший — це спосіб програмування в арифметичному колі, який визначає математичне представлення обчислень. Другий — це схема поліноміальних зобов’язань, яка слугує криптографічним інструментом для забезпечення стисненості та перевірюваності доведень. У Plonky2 обидва елементи оптимізовані для практичного застосування та ефективності у реальних сценаріях.

Швидкість, компактність, масштаб і затримка: FRI

Plonky2 застосовує FRI (Fast Reed-Solomon Interactive Oracle Proofs of Proximity) як схему поліноміальних зобов’язань, відходячи від KZG-зобов’язань, типових для класичних SNARK. Це рішення усуває суттєві обмеження систем на основі еліптичних кривих. Залежність KZG від криптографії еліптичних кривих уповільнює роботу, оскільки найефективніші для рекурсії криві не підтримуються нативно більшістю блокчейн-мереж, а також потребують великих скінченних полів (від 256 біт), які мають низьку продуктивність на сучасних CPU.

FRI дає особливий стратегічний компроміс, який Plonky2 використовує максимально. Схема дозволяє дуже швидко генерувати доведення, але вони мають значний розмір і коштують дорого для розміщення у мережі. Водночас FRI може створювати малі доведення, але повільніше. Plonky2 поєднує обидва варіанти стратегічно. Великі, швидкі доведення використовують у рекурсивних шарах, де критична швидкість. Малі доведення генерують там, де важливий розмір — зокрема, для фінального доведення, що подається у блокчейн-мережу. Така гнучкість дає змогу Plonky2 повністю використати унікальний компроміс FRI між часом і простором на різних етапах доведення.

Proof Go Vroom: поле Goldilocks

Окрім удосконалення схеми зобов’язань, Plonky2 досягає видатної продуктивності завдяки адаптації до можливостей сучасного обладнання. Сучасні CPU виконують арифметику у 64-бітних операціях, і Plonky2 використовує це завдяки полю Goldilocks — скінченному полю з модулем p = 2^64 - 2^32 + 1, запропонованому Хемішем Айві-Лоу з Polygon.

Поле Goldilocks оптимізує швидкість за двома напрямами. По-перше, воно 64-бітне — будь-який елемент поля, менший за просте число p, поміщається в один регістр процесора. По-друге, алгебраїчна структура цього модуля забезпечує надзвичайно ефективну арифметику на стандартних процесорах. Приріст продуктивності суттєвий: заміна 256-бітного поля (яке використовують KZG-зобов’язання) на 64-бітне поле Goldilocks прискорила доведення у 40 разів. Ця оптимізація усуває необхідність у довірених установках і дорогих парних еліптичних кривих, які обмежували попередні рекурсивні конструкції доведень.

Starky: комплексне рішення

Рекурсія — ключова перевага Plonky2 для масштабування блокчейнів. У сфері доведень з нульовим розголошенням вона означає використання одного доведення для підтвердження коректності кількох інших. Це змінює підхід до пакетування і стиснення транзакційних даних: замість перевірки багатьох окремих доведень їх можна об’єднати в одне рекурсивне, суттєво скоротивши витрати на валідацію у мережі.

Plonky2 працює разом зі Starky — додатковою системою доведень, розробленою Polygon Zero. Plonky2 максимально ефективний для рекурсії та взаємодії, тоді як Starky оптимізований для генерації початкових доведень транзакцій. Обидві системи використовують однакове скінченне поле й хеш-функції, забезпечуючи сумісність. На практиці процес виглядає так: Starky паралельно формує доведення для окремих транзакцій. Потім ці доведення попарно об’єднують у Plonky2 з параметрами для максимальної швидкості, формуючи великі доведення. Далі великі доведення комбінують із підвищенням ступеня стиснення для отримання менших, і зрештою утворюється компактний розмір для розміщення у блокчейн-мережі.

Система чітко відкалібрована: швидка на проміжних рекурсивних етапах, компактна для подачі у мережу. Результати очевидні та переконливі. Розвиток технологій рекурсивних доведень засвідчив значний прогрес: Plonky2 уже генерує повні рекурсивні доведення на стандартному обладнанні за мілісекунди — це радикальне покращення порівняно з попередніми реалізаціями.

Висновки

Plonky2 — це новий стандарт у сфері доведень з нульовим розголошенням. Вона ефективно усуває ключові компроміси, які стримували масштабування ZK-рішень. Завдяки стратегічному вибору FRI як схеми зобов’язань, оптимізації під поле Goldilocks для сучасного обладнання та інтеграції зі Starky для транзакційного рівня Plonky2 забезпечує суттєве зростання продуктивності при збереженні безпеки доведень. Рекурсивна архітектура дозволяє реалізувати масштабування блокчейнів — численні доведення транзакцій об’єднуються у компактне доведення, придатне для перевірки у мережі, з рекордною швидкістю й ефективністю. Технологічні досягнення, підкріплені відкритими тестами, роблять Plonky2 фундаментальною технологією для ефективних рішень другого рівня та означають суттєвий прорив для доведень з нульовим розголошенням у виробничих блокчейн-середовищах.

FAQ

Що таке Plonky2?

Plonky2 — це реалізація SNARK, яка поєднує підходи PLONK і FRI. Вона є наступником Plonky і забезпечує ефективні доведення з нульовим розголошенням для масштабованості та приватності у блокчейні.

Чим Plonky2 відрізняється від інших систем доведень з нульовим розголошенням?

Plonky2 забезпечує швидше генерування й менший розмір доведень у порівнянні з класичними системами. Завдяки FRI-поліноміальним зобов’язанням і рекурсивності вона ефективніша за підходи на базі KZG, дає змогу швидше перевіряти доведення і зменшує обчислювальні витрати.

Які основні сценарії використання й застосування Plonky2?

Plonky2 — це SNARK-реалізація для доведень з нульовим розголошенням у блокчейні. Основні сфери: захищені приватні транзакції, рішення для масштабування і криптографічна верифікація. Вона забезпечує 100 біт безпеки з використанням хеш-функції Poseidon для ефективної генерації й перевірки доведень.

Як розпочати розробку з Plonky2?

Склонуйте офіційний репозиторій Plonky2 з GitHub. Перегляньте вбудовані приклади для розуміння основ використання. Встановіть Rust toolchain і запустіть приклади через cargo. Ознайомтесь із документацією для роботи з API. Для нових можливостей розгляньте перехід на Plonky3.