Aragon最新研究：通過zk-Rollups進行安全的鏈下投票_NAR

本文來自Aragon，原文作者：NateWilliams&PauEscrich，由Odaily星球日報譯者Katie辜編譯。

本文提出了一個概念，利用zk-SNARKs來實現治理的下一個前沿方向：無gas費經過驗證綁定的鏈上治理。

背景

作為領先的數字治理項目，AragonLabs在研究和創新治理模式方面投入了大量資金。我們已經確定了各種顯示出潛力的Layer2治理解決方案，但也存在一些技術問題。我們已經能夠在我們專門的投票區塊鏈——Vochain上實現無gas手續費的投票過程，并設計和實現了一種使用以太坊存儲證明的方法，將基于ERC-20代幣的統計從以太坊跨鏈到Vochain。不過到目前為止，將跨鏈結果轉到以太坊的可能性一直是一個開放性的研究問題。

為此，AragonLabs一直在進行一項新設計的實驗，該設計將允許鏈下投票過程的結果跨鏈到以太坊，而不使用主觀預言或任何其它可信組件。

該提議背后的核心創新是：我們所知的任何系統都無法在鏈下組織投票過程，并基于該過程的結果在以太坊上棉信任地執行操作。此建議的用例可能包括基于結果執行綁定操作的所有治理流程，例如對資產分配或智能合約更改的DAO投票。這些治理流程目前必須在以太坊主網上進行，這會給每個投票者帶來大量的gas費用。或者投票可以在鏈下進行，但要相信外部組件會準確、誠實地將結果轉發回以太坊。

數據：Paradigm可能已經出售所有MKR并實現約1716萬美元利潤:金色財經報道，據Spot On Chain監測，Paradigm6小時前以1,187美元的單價（356萬美元）將3000枚MKR轉至Coinbase，MKR價格短線出現下跌后現已回升。Paradigm可能已經出售了所有MKR并實現了約1716萬美的利潤。

Paradigm的MKR投資總成本共2205萬美元；2019年2月以500美元從Bitfinex買入1000枚MKR，在2019年私募中以500美元購買了35,908枚MKR，在2020年3月的拍賣中使用360萬枚DAI購買了14,272枚MKR。

Paradigm的MKR總出售額為3921萬美元，其中，3月16日以平均740美元的價格向Coinbase存入4800枚MKR資金，6小時前以1,187美元存入3000枚MKR至Coinbase。[2023/7/27 16:01:56]

我們的提議將允許完全在鏈下進行的投票過程，在以太坊上以與鏈上治理相同的完整性執行結果，成本僅為鏈上治理的一小部分。

投票協議概念驗證要求

在設計技術解決方案之前，我們定義了研究方案的參數:

投票協議的要求是:

免許可；

抗審查；

能夠在以太坊上綁定結果；

Aragon將財庫部分資金置換為ETH、DAI和BTC，以提高安全性和抗審查性:11月28日消息，據官方博客，DAO解決方案提供商Aragon在過去一周將財庫中1000萬枚USDC和973.45枚wBTC（約合1500萬美元）置換為ETH，從而增加財庫資產中ETH的占比。此外，其還將2000萬枚USDC置換為DAI。官方表示，將更多的資金轉移到ETH、DAI和BTC可以提高我們的安全性和抗審查性，方法是減少我們對存在管理不善或中心化力量干擾風險的資產的風險敞口。

目前Aragon財庫資金占比前三為：穩定幣為43.4%，ETH為42.3%，ANT為7.7%。[2022/11/28 21:06:53]

不產生gas手續費的投票者；

免于代幣跨鏈；

盡可能簡單；

可與ERC-20/ERC-777和NFT一起用于投票。

作為概念驗證設計，我們接受以下限制:

沒有用戶匿名：投票可以綁定到一個以太坊地址；

并非沒有收據：購買選票是可能的；

不是為處理全國范圍的選舉而設計的：只針對DAO或ERC-20/NFT持有者。因此，應該設置最大普查規模；

對中繼者沒有明確的激勵模式。

理想的提案

Paradigm和FTX聯手推出加密期貨價差交易:8月12日消息，流動性平臺Paradigm已與FTX合作推出加密期貨價差交易產品。

此前Paradigm與Bybit和Deribit集成，并于2月開始提供通過這些交易所清算的期貨價差。[2022/8/12 12:21:56]

根據該提案的設計，當創建一個新的投票過程時，組織者向以太坊提交一個交易，指定ERC-20代幣的合約地址，用于投票者普查。此地址的存儲根哈希在指定的區塊高度上成為此進程的普查根。任何持有給定代幣的人都可以通過提供代幣余額的MerkleProof證明來證明他們的資格。然后，他們可以通過將證明和簽名發送到zk-SNARK匯總中繼者進行投票，后者將計算最終結果的證明。

存在的潛在的問題是，理論上計算結果的zk-SNARK證明的參與者可以通過決定排除投票來審查結果。我們通過允許任何人提交新的投票來解決這個問題：如果他們檢測到協調者沒有將其包含在內，任何用戶都可以生成并提交包含他們投票的匯總。

我們的提案將運用zk-SNARKS于以下目的：

驗證一個地址之前沒有通過默克爾樹累加器投票；

通過存儲證明驗證用戶擁有代幣；

計算一批選票的部分結果；

驗證選票簽名。

根據上述模式，我們可以發現兩個主要問題：

Marathon Digital將與Compute North的托管協議擴展到超10萬比特幣礦機:金色財經報道，根據周三的一份聲明，Compute North和Marathon Digital將其托管協議擴展到全美超過10萬臺比特幣礦機。這些裝置將主要由風能和太陽能供電。兩家公司此前在5月份的協議中托管了73,000臺礦機。Marathon首席執行官Fred Thiel表示，該協議將使Marathon的挖礦業務“成為北美最大的挖礦業務”，還將成為最高效、最環保的挖礦業務之一。[2021/12/2 12:44:56]

問題1：ERC20存儲證明驗證對SNARK不友好

ERC-20存儲證明在SNARK中驗證是非常復雜的。這部分是由于它們使用了遞歸長度前綴(RecursiveLengthPrefix,RLP)解析和多個Kecmack-256哈希驗證，這兩種方法在最先進的SNARK匯總技術中計算效率都很低。這個問題很難解決，所以目前我們使用optimistic驗證來解決這個問題。

問題2：ECDSA/Secp256k1簽名驗證對SNARK不友好

我們可以用來驗證用戶簽名的一種當前加密標準是ECDSA，該標準使用來自以太坊簽名的BabyJubJub密鑰，使用該簽名作為原始私鑰，允許用戶恢復其地址。由于此方法依賴于用戶簽名，因此很容易受到惡意代理的攻擊，這些代理會欺騙用戶在他們的Web3錢包中對欺詐性交易進行簽名。此漏洞存在于瀏覽器錢包用于簽署交易的任何地方。一個潛在的解決方案可能是使用web地址作為派生路徑來派生私鑰。

加密基金Paradigm已至少投資21家初創公司和協議:Paradigm是專注于加密的基金，由Fred Ehrsam和Matt Huang于2018年創立。正如Paradigm的公開投資組合顯示，其關注領域包括DeFi協議、基礎設施提供商、為機構客戶提供金融服務的公司以及研發團隊。總體而言，Paradigm已經向5個垂直領域的至少21家初創公司和協議進行了投資。（The Block）[2020/11/7 11:55:43]

另一個挑戰是證明每個代幣所有者的以太坊地址批準了BabyJubJub公鑰，以便在投票過程創建的區塊高度進行投票。我們通過一個“單例”智能合約來實現這一點，該合約將以太坊地址映射到BabyJubJub公鑰，用戶必須通過標準交易將他們的密鑰添加到智能合約中。地址到密鑰的映射可以通過optimistic的存儲欺詐證明來實現。因為預計這些授權密鑰將在不同的投票過程中使用多次，此解決方案還通過可重用設計解決數據可用性問題。

總之，我們可以在SNARK中處理大多數驗證，但不包括：

確認一個地址之前沒有通過默克爾樹累加器→SNARK進行投票；

通過存儲證明→Optimistic驗證用戶是否有代幣；

計算部分投票結果→SNARK；

驗證投票簽名→SNARK。

用戶

創建一個源自以太坊簽名的BabyJubJub密鑰，并將其注冊到投票者注冊處智能合約。

檢索其賬戶的投票信息和存儲證明，在投票包上生成簽名，并將其轉發給一個或一組中繼者。

投票智能合約

注冊投票進程，包括：ERC-20智能合約地址，ERC-20地址的槽位索引→平衡映射，投票進程啟動塊的狀態根哈希，計算計票的進程參數。

通過zk-Rollup監聽新投票的注冊，SNARK將證明：

結果計算；

投票簽名是由BabyJubJub密鑰決定的；

保持投票累加器更新；

保持投票者名單的更新。

允許任何人質疑上次投票登記舞弊的證據。但必須具備以下條件之一:

存儲證明，證明投票人的以太坊地址沒有代幣；

存儲證明，證明投票人的以太坊地址沒有鏈接到一個BabyJubJub密鑰；

證明BabyJubJub密鑰已經投票。

中繼者

階段0：在以太坊上創建選舉進程，并從可用中繼器列表中選擇一個中繼器。選舉組織者需要支付選舉費用。組織者提供EVM字節碼，這些字節碼需要在DAO智能合約的選舉之后執行，具體取決于結果。

階段1：投票開始。任何人都可以向所選的協調器發送投票包。協調器將選中的結果分批卷起來，構建一個zk-SNARK證明，將這個證明和結果上傳到以太坊，收集用戶投出的選票，驗證它們，并將它們廣播給其它中繼者。

階段2：檢測未加入投票的協調者可以卷起自己的投票，并向投票智能合約發送zk-SNARK有效性證明。此外，如果他們檢測到投票添加錯誤，他們可以發送欺詐證明，以證明之前添加的結果是無效的，產生該結果的協調者將被削減。

階段3:當達到投票日期限制時：

上傳的結果的總和被認為是有效的，獎勵將在協調者和包含更多投票的參與者之間分配。

任何人調用EVM字節碼執行，使用最終結果作為輸入。

線路和合約

zk-SNARK將匯總投票名單。zk-SNARK證明是基于給定的投票列表、普查根、選舉標識符和聚合結果而有效的。

zk-SNARK的輸入:

哈希輸入是為了減少SNARK驗證的gas成本；

私人的選舉標識符；

計算的投票結果；

當前的空符根；

更新了的空符根；

批量中的投票數；

投票值和對應的BabyJubJub密鑰簽名。

用于上傳協調這結果的智能合約功能調用的輸入為：

選舉標識符；

該批中投票者公鑰的列表；

更新了空符根；

計算這批的投票結果；

SNARK證明。

概念實施的證明

我們已經實施了最小可行性的智能合約和線路，從而檢查解決方案的成本和可行性。該概念證明僅包括用戶注冊、投票匯總和舞弊證明驗證。

我們的測試產生了以下gas成本：

用戶密鑰注冊表部署：258536

注冊：68956

投票部署：6673,159

新投票：25989

累計匯總：291801

舞弊證明1：574574

舞弊證明2：908822

未來的研究

在這個研究的基礎上，我們想更深入地探討以下想法：

通過SNARKs驗證標準kecak/ECDSA/Sec256k1簽名。我們相信很快，PLOOKUP將能夠驗證這些方案，這將帶來兩種可能性:

證明BabyJubJub密鑰是從Secp256k1密鑰派生出來的。

驗證投票簽名本身。

在SNARK內部驗證存儲證明。我們認為這種復雜的線路可以很容易地通過一個zkVM集成，盡管成本可能是巨大的。我們擔心以太坊客戶端會退出存檔節點，會優先考慮更高的gas費用限制，所以另一個研究領域是嘗試使用EIP1186以外的方法進行存儲證明。

為了計算計數，嵌入一些操作碼在zkVM中執行，使通用可編程投票線路可以運用。

在瀏覽器中生成投票證明，通過批處理混合，并遞歸聚合結果，類似于zk.money協議。這將增加投票過程的隱私。

允許在瀏覽器級別以分布式方式計算SNARKs，即使它們的計算代價很高。這節省了對高可見性服務器的依賴，而且完全實現P2P，將所有權力賦予投票者。

在網絡級別的投票協議中嵌入隱私和混合。

找到一個合理的、與以太坊2.0完全互操作的加密經濟學模型。

生成一個獨特的證明，并可以很容易地驗證。這為任何可編程L1和L2對任何以太坊投票結果做出反應打開了可能性。長期目標是能夠在任何鏈上投票，并在任何其它鏈上驗證結果。這可能成為某種通過SNARKs交叉rollup/鏈存儲證明驗證的黃金標準。

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