2024 香港 Web3 嘉年華期間，以太坊聯(lián)合創(chuàng)始人 Vitalik Buterin 發(fā)表主旨演講《Reaching the Limits of Protocol Design》。金色財經(jīng)將演講內(nèi)容整理如下，以饗讀者。
區(qū)塊鏈與ZK-SNARKS
我們用來構(gòu)建協(xié)議的技術(shù)類型在過去 10 年里發(fā)生了很大變化。 那么，當(dāng) 2009 年比特幣誕生時，它實際上使用了非常簡單的密碼學(xué)形式，對吧？ 你在比特幣協(xié)議中看到的唯一一種加密技術(shù)是——你有哈希，你有橢圓曲線的 ECDSA 簽名，你有工作量證明。 工作量證明只是使用哈希的另一種方式，如果你看看 2000 年用于構(gòu)建協(xié)議的技術(shù)，你就會進(jìn)而看到這套更加復(fù)雜的技術(shù)，而這些技術(shù)實際上在10年前剛剛出現(xiàn)。
現(xiàn)在，很多這樣的東西肯定已經(jīng)存在很長時間了。 從技術(shù)上講，自從 PCP 定理誕生以來，我們就已經(jīng)有了 ZK- SNARKS，該定理已經(jīng)有幾十年的歷史了。所以在理論上，這些技術(shù)已經(jīng)存在了很長時間，但在實踐中，在你能在學(xué)術(shù)論文中做什么和你能在實際應(yīng)用中做什么之間存在著巨大的效率障礙。
實際上，我認(rèn)為區(qū)塊鏈本身有很多值得贊揚的地方，因為它實際上助力了這些技術(shù)的采用，并將它們真正付諸于實踐。
今天的情況在過去十年中發(fā)生了變化，并且取得了巨大的進(jìn)步。 這包括很多不同的事情。 我們今天擁有的協(xié)議越來越依賴所有這些技術(shù)。 看看 2000 年構(gòu)建的協(xié)議，所有這些東西從第一天起就被視為關(guān)鍵組件。 ZK-SNARKS是這里的第一個大事吧？ ZK-SNARKS 是一項技術(shù)。 您可以通過這樣一種方式來更快地驗證證明，然后自己運行計算。 您還可以在不隱藏原始輸入中的大量信息的情況下驗證證明。 因此，尋找ZK-SNARKS在隱私方面非常有用，在可擴(kuò)展性方面也非常有用。
現(xiàn)在，區(qū)塊鏈有什么作用？區(qū)塊鏈給你帶來了很多好處，它們給你提供開放性， 它們?yōu)槟峁┤蚩沈炞C性。 但所有這一切都是以犧牲兩件非常大的事情為代價的。 一是隱私，二是安全。 ZK-SNARKS，還你隱私，還你安全。 2016年，我們看到了 Zcash 協(xié)議。 然后，我們開始在生態(tài)系統(tǒng)理論中看到越來越多的東西。 今天，幾乎所有東西都開始建立在 ZK 上，開始多方計算和完全同態(tài)加密。但有些事情是你無法用ZK-SNARKS做的。 所以隱私保護(hù)、計算、在人們的私人數(shù)據(jù)上運行。 投票實際上是一個重要的用例，您可以在其中獲得一定程度的收益。 所以用ZK-SNARKS投票，但如果你想獲得真正最好的屬性，那么 MPC 和 FHE 是你必須使用的東西。
許多加密、人工智能應(yīng)用程序最終也會使用 MPC 和 FHE，這兩種原語在過去十年中效率都在快速提高。
BLS密鑰聚合是一種有趣的技術(shù)，它基本上可以讓您從一大堆不同的參與者（可能有數(shù)以萬計的參與者）那里獲取一大堆簽名，然后盡快驗證組合簽名，就像驗證一個簽名一樣。
這很強(qiáng)大。 BLS密鑰聚合實際上是一項處于現(xiàn)代狀態(tài)共識證明理論核心的技術(shù)。
如果你看看 BLS密鑰聚合之前建立的狀態(tài)共識證明，很多時候，算法通常只能支持幾百個驗證，就像一個定理目前大約有 30,000 個驗證，因為它們正在提交簽名， 每 12 秒一次。 這之所以成為可能，是因為這種新形式的密碼學(xué)實際上只在過去 5 到 10 年里得到了足夠的優(yōu)化才能使用。
效率、安全與擴(kuò)展功能
所以很多事情都是由這些新技術(shù)帶來的。 他們很快就變得更強(qiáng)了。 當(dāng)今的協(xié)議大量使用所有這些技術(shù)。 我們確實經(jīng)歷了從專用密碼學(xué)到通用密碼學(xué)的重大轉(zhuǎn)變，在哪里創(chuàng)建新協(xié)議，您必須自己了解密碼學(xué)是如何工作的。 您必須為特殊用途的應(yīng)用程序創(chuàng)建一種特殊用途的算法，以達(dá)到更通用的目的。 在這個世界上，要創(chuàng)建一個使用我在過去 5 分鐘談到的內(nèi)容的應(yīng)用程序，您甚至不需要成為密碼學(xué)家。 你可以寫一段代碼，然后把它編譯成審批和驗證器，你就有了一個尋求歷史的應(yīng)用程序。
那么這里有哪些挑戰(zhàn)呢？ 我認(rèn)為現(xiàn)在的兩個大問題：一個是效率，另一個是安全。 現(xiàn)在，還有第三種，可以說是擴(kuò)展功能。 我認(rèn)為，提高我們今天擁有的東西的效率和安全性更加重要。
我們來談?wù)勑省?我們來說一個具體的例子，就是區(qū)塊鏈的理論。 理論上說，如果出塊時間為 12 秒，即一個區(qū)塊與下一個區(qū)塊之間的平均間隔時間為 12 秒。 在正常的區(qū)塊驗證時間上。 這是下級節(jié)點驗證塊所需的時間， 大約400毫秒。 現(xiàn)在尋找陷阱、證明平均理論和阻止所需的時間約為 20 分鐘。 但兩年前，這種情況正在迅速改善。此前，這一等就是5個小時。 現(xiàn)在，平均需要 20 分鐘。與兩年前相比，我們?nèi)匀蝗〉昧撕艽筮M(jìn)步。
現(xiàn)在，我們的目標(biāo)是什么？ 目標(biāo)是進(jìn)行實時證明。 目標(biāo)是，當(dāng)創(chuàng)建一個區(qū)塊時，您可以在創(chuàng)建下一個區(qū)塊之前獲得證明， 當(dāng)我們實現(xiàn)實時證明時，世界上的每個用戶都可以很容易地成為協(xié)議的完全驗證用戶。如果我們能夠進(jìn)入這樣一個世界：每個以太坊錢包，包括瀏覽器錢包，包括移動錢包，包括其他鏈的智能合約錢包，實際上都在完全驗證共識規(guī)則的理論。
所以他們甚至不相信自己是否更喜歡權(quán)益驗證，因為他們實際上是直接驗證規(guī)則并直接確保區(qū)塊是正確的。 我們?nèi)绾卫脷v史來做到這一點？ 要使其真正發(fā)揮作用，ZK-SNARKS 證明需要實時進(jìn)行，但需要有一種方法可以在 5 秒內(nèi)證明理論和區(qū)塊。 那么問題是，我們能達(dá)實現(xiàn)？ 現(xiàn)在，MPC 和 FHE 也有類似的問題。 正如我之前提到的，MPC 和 FHE 的一個強(qiáng)大用例就是投票，對吧？ 它實際上已經(jīng)開始出現(xiàn)了。
MPC 當(dāng)前的問題在于它的某些安全屬性依賴于一臺中央服務(wù)器。 我們可以去中心化嗎？ 我們可以，但它需要協(xié)議更加高效。 這些協(xié)議的花費巨大。
我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)這樣的需求？ 對于ZK-SNARKS， 我認(rèn)為效率提升分為三大類。 其中之一是并行化和聚合， 因此，如果你想象在一個關(guān)于區(qū)塊的理論中，在一次驗證中，區(qū)塊最多需要大約1000萬個計算步驟。 您執(zhí)行每個計算步驟，并分別對其進(jìn)行證明。 然后你進(jìn)行證明聚合。
經(jīng)過大約20次上述步驟之后，您就得到了一個代表整個區(qū)塊正確性的重要證明。 這是今天利用現(xiàn)有技術(shù)可以做到的事情。 并且可以在5秒內(nèi)證明劣質(zhì)區(qū)塊。 它需要大量的并行計算， 那么我們可以優(yōu)化它嗎？ 我們可以優(yōu)化聚合證明嗎？ 答案是肯定的，關(guān)于如何做到這一點，有很多理論想法，但這確實需要轉(zhuǎn)化為實際的東西。
在相同的硬件成本和相同的電力成本下，ASIC能夠比 GPU 快大約 100 倍的哈希處理速度。 問題是，我們可以通過嚴(yán)格證明獲得完全相同的好處嗎？ 我認(rèn)為答案是我們應(yīng)該能夠。 有很多公司已經(jīng)開始實際構(gòu)建專門用于證明ZK-SNARKS的產(chǎn)品，但實際上，它應(yīng)該是非常通用的。 我們可以把 20 分鐘縮短到 5 秒，進(jìn)而使效率提高嗎？
所以我們有GKR協(xié)議，我們有 64 位，我們有ZK-SNARKS等各種不同的想法。 我們能否進(jìn)一步提高算法的效率？ 我們能否創(chuàng)建更多ZK-SNARKS、友好的哈希函數(shù)、更多 ZK-SNARKS、友好的簽名算法？ 這里有很多想法，我強(qiáng)烈鼓勵人們?yōu)檫@些想法做更多的工作。我們擁有所有這些令人驚嘆的密碼學(xué)形式，但是人們會不會信任它們？ 如果人們擔(dān)心其中存在某種缺陷， 無論是 ZK-SNARKS，還是 zkevm Circuits，它們都有 7000 行代碼。 如果他們做得非常有效的話。 理論上，平均每千行代碼有 15 到 50 個錯誤。 我們努力嘗試。 每千行不到 15 個，但也大于零。如果你擁有這些持有數(shù)十億美元人們資產(chǎn)的系統(tǒng)，那么如果其中一個出現(xiàn)錯誤，那么無論加密技術(shù)多么先進(jìn)，這些錢都會丟失。
問題是，我們能做些什么來真正采用現(xiàn)有的密碼學(xué)并減少其中的錯誤數(shù)量？
現(xiàn)在， 我認(rèn)為如果一個團(tuán)體的12 人中有 9 人，即超過 75% 的人同意存在錯誤，那么他們就可以推翻證明系統(tǒng)所說的任何內(nèi)容。 所以它是相當(dāng)中心化的。在不久的將來，我們就會有多重證明。 理論上來說，您可以降低其中任何一個的某部分出現(xiàn)錯誤的風(fēng)險。 你有三個證明系統(tǒng)。 如果其中一個存在錯誤，那么希望另外兩個在完全相同的位置不會出現(xiàn)錯誤。
用人工智能工具進(jìn)行形式驗證
最后，我認(rèn)為未來值得研究的一件有趣的事情是使用人工智能工具進(jìn)行形式驗證。 實際上，從數(shù)學(xué)上證明像ZK-EVM 這樣的東西沒有錯誤。但你能否真正證明這一點，例如，ZK-EVM 實現(xiàn)正在驗證與 Gas 中的定理實現(xiàn)完全相同的函數(shù)。 例如，你能證明它們對于任何可能的輸入都只有一個輸出嗎？
在 2019 年，沒有人認(rèn)為人工智能可以在今天制作出非常漂亮的照片。 我們已經(jīng)取得了很多進(jìn)展，我們已經(jīng)看到人工智能做到了。
問題是，我們是否可以嘗試將類似的工具轉(zhuǎn)向類似的任務(wù)。例如為跨越數(shù)千行代碼的程序中的復(fù)雜語句自動生成數(shù)學(xué)證明。 我認(rèn)為這是一個有趣的開放挑戰(zhàn)，讓人們了解簽名聚合的效率。 那么今天以太坊有30000個驗證器，運行一個節(jié)點的要求相當(dāng)高吧？ 我的筆記本電腦上有一個節(jié)點理論，它可以運行，但它不是一臺便宜的筆記本電腦。 而且我確實必須自己去升級硬盤。 期望的目標(biāo)是理論上的，我們希望支持盡可能多的驗證。 我們希望權(quán)益證明盡可能民主化，以便人們能夠直接參與任何規(guī)模的驗證。 我們希望在節(jié)點理論中運行的要求非常低，并且非常易于使用。 我們希望理論和協(xié)議盡可能簡單。
那么這里的限制是什么？ 限制是每個參與者每個槽的所有數(shù)據(jù)需要 1 Bit，因為你必須廣播誰參與簽名和誰沒有參與的信息。 這是在此之上最基本的限制。 如果是這樣的話，就沒有其他限制了。 計算，無下限。 您可以進(jìn)行證明聚合。 您可以對每棵樹進(jìn)行遞歸，也可以進(jìn)行簽名。 您可以進(jìn)行各種簽名聚合。 你可以使用SNARKS，你可以使用密碼學(xué)，就像你可以使用32位SNARKS一樣，各種不同的技術(shù)。
關(guān)于點對點網(wǎng)絡(luò)的思考
問題是，我們能在多大程度上優(yōu)化簽名聚合——點對點安全？ 人們對點對點網(wǎng)絡(luò)的思考還不夠。 這才是我真正想強(qiáng)調(diào)的。 我認(rèn)為在加密領(lǐng)域，通常有太多的傾向在點對點網(wǎng)絡(luò)之上創(chuàng)建奇特的結(jié)構(gòu)，然后假設(shè)點對點網(wǎng)絡(luò)可以工作。 這里隱藏著很多惡魔吧？ 我認(rèn)為這些惡魔將變得更加復(fù)雜，就像點對點網(wǎng)絡(luò)在比特幣中的工作方式一樣。
這其中有各種攻擊，如女巫攻擊、拒絕服務(wù)攻擊等。但是當(dāng)你有一個非常簡單的網(wǎng)絡(luò)，并且網(wǎng)絡(luò)的唯一任務(wù)是確保每個人都能得到一切時，問題仍然相當(dāng)簡單。 問題在于，作為一種尺度理論，點對點網(wǎng)絡(luò)變得越來越復(fù)雜。 今天的以太坊點對點網(wǎng)絡(luò)有64個分片——為了做一次簽名聚合，為了處理30000個簽名。
首先，就像我們今天所做的那樣，我們有一個點對點網(wǎng)絡(luò)，它分為 64 個不同的分片，每個節(jié)點只是其中一個或幾個網(wǎng)絡(luò)的一部分。 因此，將兩個項目分層并允許Rollup的費用非常低，這是一種有天賦的可擴(kuò)展性解決方案。 這也依賴于更復(fù)雜的點對點架構(gòu)。每個節(jié)點只下載全部數(shù)據(jù)的1/8嗎？你真的能讓這樣的網(wǎng)絡(luò)安全嗎？我們該如何保存數(shù)據(jù)呢？ 我們?nèi)绾翁岣唿c對點網(wǎng)絡(luò)的安全性？
結(jié)論
所以，我們需要考慮的是能夠?qū)崿F(xiàn)密碼學(xué)限制的協(xié)議。我們的密碼學(xué)已經(jīng)比幾十年前強(qiáng)大得多，但它還可以更強(qiáng)，我認(rèn)為現(xiàn)在我們真的需要開始考慮什么是天花板，我們?nèi)绾握嬲_(dá)到天花板？
這里有兩個同樣重要的方向：
其中之一就是繼續(xù)提高效率， 我們想要實時證明一切。 我們希望看到這樣一個世界：在去中心化協(xié)議的區(qū)塊中傳遞的每條消息默認(rèn)都附加有ZK-SNARKS，證明該消息以及該消息所依賴的所有內(nèi)容都遵循協(xié)議的規(guī)則。 我們?nèi)绾尾拍芴岣咝室詫崿F(xiàn)這一目標(biāo)？ 第二個是提高安全性。 從根本上減少出現(xiàn)問題的可能性，讓我們進(jìn)入一個世界，在這個世界中，這些協(xié)議背后的實際技術(shù)可以是非常強(qiáng)大和非常值得信賴的。
但正如我們在許多次看到的那樣，多重簽名會被黑客攻擊。 在很多情況下，這些Layer 2項目中的代幣實際上是由多重簽名控制的。 如果有九分之五的人同時遭到黑客攻擊，就會損失很多錢。 如果想避免這些問題，那么我們需要信任——能夠使用該技術(shù)，并以加密方式強(qiáng)制遵守規(guī)則，而不是相信一小群人來確保系統(tǒng)安全。
但要真正實現(xiàn)這一點，代碼必須是值得信賴的。 問題是，我們能讓代碼可信嗎？ 我們能讓網(wǎng)絡(luò)值得信賴嗎？ 我們能讓這些協(xié)議的這些產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性值得信賴嗎？ 我認(rèn)為這些是核心挑戰(zhàn)，我希望大家能夠繼續(xù)共同努力來改進(jìn)。 謝謝。
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