مشروع Aleo البلوكتشين: تحقيق حماية الخصوصية وقابلية التوسع من خلال تقنية zk-SNARKs

Aleo هو مشروع بلوكتشين يركز على حماية الخصوصية، يستخدم تقنية zk-SNARKs (ZKP) لتعزيز الخصوصية وقابلية التوسع. الفكرة الرئيسية لـ Aleo هي تمكين المستخدمين من إجراء التحقق من الهوية ومعالجة البيانات دون الكشف عن البيانات الشخصية.

تقدم هذه المقالة نظرة عامة على مشروع Aleo وآخر التطورات، وتشرح بالتفصيل تحديث خوارزمية puzzle التي تحظى باهتمام كبير في السوق.

مقدمة عن أحدث الخوارزميات

تقوم شبكة Aleo بإنشاء دائرة ZK عشوائية كل ساعة. يحتاج عمال المناجم إلى تجربة nonce مختلفة كمدخلات للدائرة خلال هذه الساعة، وحساب witness( أي جميع المتغيرات في الدائرة، وتسمى هذه العملية أيضًا synthesize)، ثم يتم حساب جذر Merkle لـ witness، ثم يتم التحقق مما إذا كانت تلبي متطلبات صعوبة التعدين. نظرًا لعشوائية الدائرة، فإن خوارزمية التعدين هذه ليست صديقة لوحدات معالجة الرسومات، وتواجه تحديات كبيرة في تسريع العمليات الحسابية.

حالة التمويل

أكملت Aleo في عام 2021 جولة تمويل من الفئة A بقيمة 28 مليون دولار بقيادة a16z، وفي عام 2024 أكملت جولة تمويل من الفئة B بقيمة 200 مليون دولار. تشمل الجهات المستثمرة في الجولة B Kora Management و SoftBank Vision Fund 2 و Tiger Global و Sea Capital و Slow Ventures و Samsung Next. جعلت هذه الجولة من التمويل تقييم Aleo يصل إلى 1.45 مليار دولار.

ملخص المشروع

الخصوصية

جوهر Aleo هو zk-SNARKs (ZKPs) التقنية، مما يجعل تنفيذ المعاملات والعقود الذكية ممكنًا مع حماية الخصوصية. تفاصيل معاملات المستخدم، مثل المرسل ومبلغ المعاملة، مخفية بشكل افتراضي. لا تحمي هذه التصميم خصوصية المستخدم فحسب، بل تسمح أيضًا بالإفصاح الانتقائي عند الضرورة، مما يجعلها مناسبة تمامًا لتطوير تطبيقات DeFi. تشمل المكونات الرئيسية:

1. لغة Leo: تم تعديلها بناءً على لغة Rust، وتستخدم خصيصًا لتطوير تطبيقات zk-SNARKs ( ZKApps )، مما يقلل من متطلبات المعرفة الرياضية للمطورين.

2. snarkVM و snarkOS: snarkVM يسمح بتنفيذ الحسابات خارج السلسلة، والتحقق فقط من نتائج الحسابات على السلسلة، مما يعزز الكفاءة. snarkOS يضمن أمان البيانات والحسابات، ويسمح بتنفيذ الوظائف غير المصرح بها.

3. zkCloud: يقدم بيئة حسابية آمنة وخاصة خارج السلسلة، تدعم التفاعل البرمجي بين المستخدمين والمنظمات وDAOs.

تقدم Aleo أيضًا بيئة تطوير متكاملة (IDE) و حزمة أدوات تطوير البرمجيات (SDK)، مما يدعم المطورين في كتابة ونشر التطبيقات بسرعة. يمكن للمطورين نشر التطبيقات في سجل البرامج الخاص بـ Aleo دون الاعتماد على طرف ثالث، مما يقلل من مخاطر المنصة.

قابلية التوسع

تبنت Aleo طريقة المعالجة خارج السلسلة، حيث يتم أولاً حساب الإثباتات على جهاز المستخدم، ثم يتم تحميل نتائج التحقق فقط إلى البلوكتشين. هذه الطريقة تزيد بشكل كبير من سرعة معالجة المعاملات وقابلية توسعة النظام، مما يتجنب مشكلات الازدحام الشبكي والتكاليف العالية مثلما هو الحال في الإيثيريوم.

آلية الإجماع

أدخلت Aleo نظام AleoBFT، وهو آلية إجماع هجين تجمع بين الفعالية النهائية الفورية للمحققين وقدرة الحوسبة للمدققين. لا يعزز AleoBFT فقط مستوى لامركزية الشبكة ولكنه يعزز أيضًا الأداء والأمان.

1. السرعة النهائية للكتل: تضمن AleoBFT تأكيد كل كتلة على الفور بعد إنشائها، مما يعزز استقرار العقد وتجربة المستخدم.

2. ضمان اللامركزية: من خلال فصل إنتاج الكتل عن إنشاء coinbase، يتحمل المدققون مسؤولية إنشاء الكتل، بينما يقوم المتحققون بإجراء حسابات الإثبات، مما يمنع الكيانات القليلة من الاحتكار على الشبكة.

3. آلية التحفيز: يتشارك المدققون والمثبتون مكافآت الكتلة؛ تشجع المثبتين على أن يصبحوا مدققين من خلال رهن الرموز، مما يعزز درجة لا مركزية الشبكة وقدرتها الحسابية.

Aleo يسمح للمطورين بإنشاء تطبيقات غير مقيدة بالغاز، لذا فهو مناسب بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب وقتًا طويلاً مثل التعلم الآلي.

التقدم الحالي

ستطلق Aleo شبكة اختبار التحفيز في 1 يوليو، فيما يلي بعض المعلومات الهامة الجديدة:

1. تم التصويت على ARC-100: تم تمرير اقتراح ARC-100( "أفضل الممارسات للامتثال لمطوري Aleo والمشغلين"، والذي يتناول جوانب الامتثال، وتجميد الأموال على شبكة Aleo، وتدابير الأمان مثل التأخير في الإيداع. انتهى التصويت ) وتمت الموافقة عليه. الفريق يجري التعديلات النهائية.

2. خطة تحفيز المدققين: ستبدأ هذه الخطة في 1 يوليو، وتهدف إلى التحقق من آلية الألغاز الجديدة. ستستمر الخطة حتى 15 يوليو، وخلال هذه الفترة سيتم تخصيص مليون نقطة Aleo كمكافآت. ستحدد النسبة المئوية للنقاط التي تولدها العقدة حصة مكافآتها، ويجب على كل مدقق كسب ما لا يقل عن 100 رمز للحصول على المكافأة. لم يتم تحديد التفاصيل الدقيقة بعد.

3. العرض الأولي والعرض المتداول: يبلغ العرض الأولي 1.5 مليار توكن، ويبلغ العرض المتداول الأولي حوالي 10%( لم يتم تحديده نهائياً). تأتي هذه التوكنات بشكل رئيسي من مهام Coinbase(7500000)، وسيتم توزيعها خلال الأشهر الستة الأولى، مع تضمين مكافآت الإيثار، وتشغيل المدققين، والتحقق من العقد.

4. إعادة تعيين Testnet Beta: هذه هي المرة الأخيرة لإعادة تعيين الشبكة، بعد الانتهاء لن يتم إضافة ميزات جديدة، ستشبه الشبكة الشبكة الرئيسية. الإعادة هي لإضافة ARC-41 وميزة اللغز الجديدة.

5. تجميد الشفرة: تم الانتهاء من تجميد الشفرة قبل أسبوع.

6. خطة توسيع عقد التحقق: العدد الأولي لعقد التحقق هو 15، والهدف هو زيادته إلى 50 خلال السنة، والوصول في النهاية إلى 500. لكي تصبح موكلاً، تحتاج إلى 10,000 توكن، ولكي تصبح عقد تحقق، تحتاج إلى 10,000,000 توكن، وستقل هذه المبالغ تدريجياً مع مرور الوقت.

تفسير تحديث الخوارزمية

أعلنت Aleo مؤخرًا عن أحدث أخبار شبكة الاختبار، وفي الوقت نفسه، قامت بتحديث أحدث إصدار من خوارزمية اللغز. لم تعد الخوارزمية تركز على生成 نتائج zk proof، حيث تمت إزالة MSM و NTT( وهما وحدتا حساب تُستخدمان بشكل كبير في生成 proof في zk. كان المشاركون في شبكة الاختبار السابقة يعملون على تحسين كفاءة هذه الخوارزمية لزيادة عائدات التعدين ) من خلال التركيز على生成 البيانات الوسيطة witness قبل إنتاج proof. فيما يلي مقدمة بسيطة عن الخوارزمية الجديدة.

عملية الإجماع

على مستوى بروتوكول الإجماع، يتحمل كل من prover و validator مسؤولية إنتاج نتيجة الحساب solution وإنتاج الكتلة وتجميع وحزم solution. تتلخص العملية كما يلي:

1. يقوم Prover بحساب اللغز وبناء الحلول ثم يبثها إلى الشبكة

2. تجمع معاملات المدققين وحل المشكلة للكتلة الجديدة التالية، مع ضمان عدم تجاوز عدد الحلول حد الإجماع (MAX_SOLUTIONS)

3. يجب التحقق من شرعية الحل من خلال التأكد من أن epoch_hash يتوافق مع latest_epoch_hash الذي يحتفظ به validator، وأن proof_target المحسوب يتوافق مع latest_proof_target الذي يحتفظ به validator في الشبكة، وفي نفس الوقت يجب أن يكون عدد الحلول المضمنة في هذه الكتلة أقل من القيود المتفق عليها.

4. الحل الفعال يمكن أن يحصل على مكافأة الإجماع

لغز التركيب

تُسمى النواة الأساسية لأحدث خوارزمية Synthesis Puzzle، حيث يتم إنتاج برنامج Epoch مشترك ثابت لكل فترة زمنية (epoch)، من خلال بناء دائرة إثبات R1CS للإدخال وبرنامج Epoch، مما ينتج عنه تخصيص R1CS المقابل ( وهو ما يُشار إليه بشهادة ) ويُستخدم كعقدة ورقية في شجرة ميركل. بعد حساب جميع العقد الورقية، يتم إنشاء جذر ميركل وتحويله إلى proof_target للحل. تفاصيل عملية بناء Synthesis Puzzle والمعايير الخاصة بها كما يلي:

1. كل عملية حساب puzzle تُعرف باسم nonce، وهي تتكون من عنوان استلام مكافأة التعدين، و epoch_hash ورقم عشوائي counter، وعند الحاجة لحساب solution جديدة يمكن الحصول على nonce جديدة عن طريق تحديث counter.

2. في كل epoch، يجب على جميع prover في الشبكة حساب EpochProgram نفسه، والذي يتم استخراجه من مجموعة التعليمات باستخدام رقم عشوائي تم إنشاؤه بواسطة epoch_hash الحالي، ومنطق العينة هو:

   • مجموعة التعليمات ثابتة، كل تعليمة (instruction) تحتوي على عملية حسابية واحدة أو أكثر، كل تعليمة لها وزن محدد مسبقًا وعدد عمليات.
   • أثناء أخذ العينات، يتم إنشاء رقم عشوائي بناءً على epoch_hash الحالي، ومن خلال هذا الرقم العشوائي يتم الحصول على التعليمات من مجموعة التعليمات بالاعتماد على الأوزان وترتيبها بشكل متسلسل، ويتوقف أخذ العينات بعد تجميع عدد العمليات إلى 97.
   • دمج جميع التعليمات لتكوين EpochProgram

3. استخدام nonce كقيمة عشوائية لتوليد مدخلات EpochProgram

4. تجميع R1CS و input الخاص بـ EpochProgram، وإجراء حساب تخصيص witness(R1CS assignment)

5. بعد حساب جميع الشهود، سيتم تحويل هؤلاء الشهود إلى تسلسل أوراق الشجرة ميركل المقابلة، الشجرة ميركل هي شجرة ميركل K-ary بعمق 8.

6. حساب الجذر مركل وتحويله إلى proof_target للحل، والتحقق مما إذا كان يتوافق مع latest_proof_target الحالي للفترة، وإذا كان متوافقًا، يتم حساب النجاح، وتقديم عنوان المكافأة، وepoch_hash، وcounter المطلوبة لبناء المدخلات كحل وإرسالها.

7. يمكن تحديث مدخلات EpochProgram عدة مرات من خلال حساب الحل عن طريق تكرار العداد ضمن نفس epoch.

تغييرات وأثر التعدين

بعد هذا التحديث، تحولت puzzle من توليد proof إلى توليد witness، حيث أن جميع منطق حساب الحلول داخل كل epoch متسق ولكن منطق الحساب بين epochs المختلفة يختلف بشكل كبير.

من خلال الشبكة التجريبية السابقة، يمكننا أن نلاحظ أن العديد من أساليب التحسين تركزت على استخدام GPU لتحسين حسابات MSM وNTT في مرحلة توليد proof، مما يزيد من كفاءة التعدين. هذه التحديثات تتخلى تمامًا عن هذه الحسابات؛ في نفس الوقت، نظرًا لأن عملية توليد witness تحدث من خلال تنفيذ برنامج يتبع تغييرات epoch، فإن التعليمات سيكون لها بعض الاعتمادية على التنفيذ التسلسلي، لذا فإن تحقيق التوازي يمثل تحديًا كبيرًا.