Выпускник кафедры блокчейн МФТИ нашел способ ускорить криптографические проверки в блокчейне

Изображение с сайта https://www.magnific.com/

Выпускник кафедры блокчейн МФТИ нашел способ ускорить один из самых ресурсоемких процессов в блокчейне – криптографические проверки. Разработанный метод позволяет сократить их объём в десятки раз. Это открывает путь к более быстрой работе сервисов, которые используют технологию Zero-Knowledge (ZK) – она позволяет проверять достоверность данных, не раскрывая их. Такие решения применяются в децентрализованных финансах, криптомостах между сетями и системах с приватными транзакциями.

Одной из главных проблем современных блокчейн-сетей остается высокая вычислительная стоимость криптографических проверок. Например, сегодня при переводе активов между двумя блокчейн-сетями через мост пользователь может столкнуться с задержками в несколько минут, а комиссия за транзакцию – достигать десятков долларов. Причина в том, что даже простые утверждения в таких системах могут требовать большого объёма вспомогательных вычислений. Это увеличивает время подготовки доказательств, усложняет инфраструктуру и в ряде случаев повышает итоговую стоимость использования приложения. Студент выпускного курса кафедры блокчейн МФТИ (базовая организация – научный центр «Идея») Андрей Семёнов предложил способ решения этой задачи.

Используя особые математические конструкции – циклы эллиптических кривых, исследователь показал возможность снижения числа ограничений в рекурсивных криптографических проверках (цепочках доказательств, где одно подтверждает другое) с миллионов до порядка сотен тысяч. Разработанные модели и программная реализация показывают, как меняется стоимость в разных вариантах: можно платить больше вычислениями внутри блокчейна, объёмом передаваемых данных или сложностью внешнего доказательства.

К примеру, в приложении, которое за короткое время обрабатывает тысячи действий: переводы внутри сети второго уровня, операции в игре или заявки в DeFi-протоколе, блокчейну невыгодно проверять каждое действие отдельно. ZK-доказательство позволяет заменить множество отдельных проверок одним коротким подтверждением: все операции внутри пакета выполнены правильно, но лишние детали не раскрываются. Однако подготовка такого подтверждения сама по себе требует большой вычислительной работы. Исследование показывает, как уменьшить эту скрытую нагрузку в будущих рекурсивных схемах и сделать такие пакетные проверки более практичными.

"Строгого барьера по количеству ограничений нет. Чем больше ограничений в арифметической схеме, тем дольше строится доказательство, тем больше требуется памяти и тем выше требования к оборудованию. Для пользователя это означает задержки, а для разработчиков – более дорогую инфраструктуру. Снижение с миллионов до порядка сотен тысяч важно как переход к более практичному режиму работы», - отметил автор проекта.

Работа содержит как теоретическую, так и практическую части. В первой формализованы и доказаны ключевые оптимизации, во второй – написан открытый код, оформленный в виде библиотеки смарт-контрактов и вспомогательных модулей для арифметики на кривых, проверки корректности и измерения стоимости газа. Код можно использовать как основу для будущих смарт-контрактов и экспериментов с другими кривыми.

"Наибольший эффект от разработки могут получить приложения, где ZK-доказательства используются многократно и их нужно объединять в один короткий итоговый пруф. Это критически важно для сетей второго уровня (rollup), криптомостов, приватных транзакций и децентрализованных финансов. Особенно перспективны сценарии, где узким местом является не только стоимость транзакций, но и время построения доказательства», - подытожил Андрей Семенов.

На данном этапе работа является академической и передаётся в открытый код. Её цель – построить математическую и инженерную базу, измерить различные подходы и показать реальные ограничения виртуальной машины Ethereum (EVM). При этом автор не исключает дальнейшего развития темы: исследования других параметров кривых, развития нативного folding-подхода или доведения верифицирующих компонентов до более прикладного уровня.