Kiến thức nền tảng về BitVM: Bằng chứng gian lận và cách triển khai ZK Fraud Proof

bằng chứng gian lận là giải pháp công nghệ được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực blockchain, bắt nguồn từ cộng đồng Ethereum, được các Layer2 của Ethereum như Arbitrum và Optimism áp dụng. Sau khi hệ sinh thái Bitcoin bùng nổ vào năm 2023, Robin Linus đã đề xuất phương án BitVM, với ý tưởng cốt lõi là bằng chứng gian lận, dựa trên công nghệ hiện có của Bitcoin, cung cấp mô hình an ninh mới cho lớp hai Bitcoin hoặc cầu nối.

BitVM đã trải qua nhiều phiên bản lý thuyết khác nhau, từ BitVM0 với các cổng logic làm nguyên tố cơ bản đến BitVM2 tập trung vào ZK Fraud Proof và mạch xác minh Groth16, con đường thực hiện kỹ thuật ngày càng trưởng thành. Nhiều dự án như Bitlayer, Citrea, BOB, Fiamma và GoatNetwork đều dựa vào BitVM làm nền tảng công nghệ để thực hiện các phiên bản khác nhau.

Bài viết này sẽ lấy ví dụ về kế hoạch bằng chứng gian lận của Optimism, phân tích kế hoạch của nó dựa trên máy ảo MIPS và bằng chứng gian lận tương tác, cũng như ý tưởng chính của bằng chứng gian lận ZK.

OutputRoot và StateRoot

Optimism là một dự án Optimistic Rollup nổi tiếng, có kiến trúc bao gồm trình sắp xếp và hợp đồng thông minh trên chuỗi Ethereum. Sau khi trình sắp xếp xử lý dữ liệu giao dịch, nó sẽ gửi dữ liệu đến Ethereum. Bất kỳ ai cũng có thể chạy khách hàng nút Optimism, tải xuống dữ liệu mà trình sắp xếp đã tải lên và thực hiện giao dịch tại chỗ, tính toán băm tập trạng thái hiện tại của Optimism.

Nếu bộ định thứ tự tải lên hash trạng thái bộ sai, kết quả tính toán cục bộ sẽ khác với nó, lúc này có thể khởi động việc khiếu nại thông qua hệ thống bằng chứng gian lận. Hệ thống sẽ thực hiện các biện pháp tương ứng đối với bộ định thứ tự dựa trên kết quả phán quyết.

Optimism sử dụng trường StateRoot tương tự như Ethereum để phản ánh sự thay đổi bộ trạng thái. Bộ sắp xếp định kỳ tải lên OutputRoot lên Ethereum, OutputRoot được tính toán từ StateRoot và hai trường khác.

Máy ảo MIPS và Cây Merkle bộ nhớ

Để xác minh tính chính xác của OutputRoot trên chuỗi, đội ngũ Optimism đã thiết kế hệ thống bằng chứng gian lận tương tác, làm sâu sắc quy trình xử lý giao dịch. Họ đã viết một máy ảo MIPS bằng Solidity, thực hiện một số chức năng của khách hàng OP node.

Thông tin trạng thái của máy ảo MIPS được tổ chức thông qua Cây Merkle trong bộ nhớ. Trong quá trình bằng chứng gian lận, cần tải một phần dữ liệu bộ nhớ lên chuỗi. Hợp đồng thông minh trên chuỗi thực hiện một mã lệnh MIPS thông qua hàm Step, xác minh kết quả có khớp với kết quả do bộ định thứ tự gửi lên hay không.

Bằng chứng gian lận tương tác

Optimism đã phát triển giao thức Fault Dispute Game(FDG), bao gồm hai vai trò là người thách thức và người phòng thủ. Người tham gia cần xây dựng GameTree tại địa phương, thông qua nhiều vòng tương tác để xác định các mã thao tác MIPS gây tranh cãi.

GameTree được cấu thành từ hai cấp độ cây, trong đó lá của cây cấp độ đầu tiên là OutputRoot của các khối khác nhau, và lá của cây cấp độ thứ hai là trạng thái băm của máy ảo MIPS. Hai bên tranh chấp thông qua tương tác trên chuỗi, cuối cùng xác định mã vận hành MIPS cần thực thi trên chuỗi.

Bằng chứng gian lận ZK

Bằng chứng gian lận truyền thống gặp phải các vấn đề như tương tác phức tạp, chi phí gas cao và độ khó phát triển lớn. Để giải quyết những vấn đề này, Optimism đã đưa ra khái niệm ZK Fraud Proof.

Trong kế hoạch Bằng chứng gian lận ZK, người thách thức chỉ định giao dịch cần được phát lại, bộ sắp xếp Rollup cung cấp bằng chứng ZK cho giao dịch bị thách thức, và hợp đồng thông minh Ethereum sẽ xác minh. Nếu xác minh thành công, giao dịch sẽ được coi là xử lý chính xác.

So với bằng chứng gian lận tương tác, Bằng chứng gian lận ZK chuyển đổi nhiều vòng tương tác thành một vòng tạo bằng chứng ZK và xác minh trên chuỗi, tiết kiệm thời gian và chi phí gas. So với ZK Rollup, OP Rollup dựa trên Bằng chứng gian lận ZK chỉ tạo ra bằng chứng ZK khi bị thách thức, giảm chi phí tính toán của nút.

BitVM2 cũng áp dụng tư duy tương tự, thông qua script Bitcoin để thực hiện chương trình xác minh ZK Proof, và đã tinh giản đáng kể kích thước của chương trình trên chuỗi. Nhiều dự án như Bitlayer, Goat Network, ZKM và Fiama đang khám phá lộ trình công nghệ này.