Bukti penipuan dan prinsip implementasi ZK Fraud Proof

Bukti penipuan adalah solusi teknologi yang banyak diterapkan di bidang blockchain, yang awalnya berasal dari komunitas Ethereum, dan diadopsi oleh Layer2 seperti Arbitrum dan Optimism. Setelah munculnya ekosistem Bitcoin pada tahun 2023, Robin Linus mengusulkan skema BitVM, yang berfokus pada gagasan bukti penipuan, untuk memberikan model keamanan baru bagi layer dua Bitcoin atau jembatan.

BitVM telah mengalami beberapa evolusi versi, dari skema gerbang logika awal, hingga skema ZK Fraud Proof dan sirkuit verifikasi Groth16 yang lebih baru, jalur teknologi terkait terus berkembang. Saat ini, ada beberapa proyek di pasar yang telah melakukan implementasi berbeda berdasarkan teknologi BitVM.

Artikel ini akan mengambil contoh skema bukti penipuan Optimism, menganalisis implementasinya yang berbasis pada mesin virtual MIPS dan bukti penipuan interaktif, serta gagasan utama tentang bukti penipuan yang di-ZK-kan.

OutputRoot dan StateRoot

Infrastruktur Optimism terdiri dari penyusun dan kontrak pintar di jaringan Ethereum. Setelah penyusun memproses transaksi, mereka akan mengirimkan data ke Ethereum. Siapa pun dapat menjalankan node Optimism, mengunduh data yang diunggah oleh penyusun, dan mengeksekusi transaksi secara lokal, menghitung hash status saat ini.

Jika sequencer mengunggah hash status set yang salah, hasil perhitungan lokal akan berbeda, pada saat ini dapat mengajukan bukti penipuan untuk keberatan. Sistem akan mengambil tindakan yang sesuai terhadap sequencer berdasarkan hasil keputusan.

Optimism menggunakan field StateRoot yang mirip dengan Ethereum untuk merepresentasikan perubahan kumpulan status. Sequencer secara berkala akan mengunggah OutputRoot ke Ethereum, OutputRoot dihitung dari StateRoot dan field lainnya.

Mesin Virtual MIPS dan Pohon Merkle Memori

Untuk memverifikasi keakuratan OutputRoot di blockchain, tim Optimism mengimplementasikan mesin virtual MIPS menggunakan Solidity, yang dapat menjalankan sebagian fungsi node OP. Namun, karena batasan Gas Ethereum, tidak mungkin untuk mengeksekusi semua transaksi secara lengkap di blockchain.

Untuk menyelesaikan masalah ini, Optimism merancang sistem bukti penipuan interaktif, merinci proses pemrosesan transaksi menjadi serangkaian eksekusi opcode MIPS. Dengan mengamati opcode mana yang mengalami kesalahan saat dieksekusi, kita dapat menentukan apakah OutputRoot tidak valid.

Dalam implementasi spesifik, informasi status dari mesin virtual MIPS diorganisir dalam pohon Merkle. Kontrak terkait bukti penipuan menjalankan satu instruksi MIPS melalui fungsi Step dan membandingkan dengan hasil yang diserahkan oleh penyusun.

Data memori dari mesin virtual MIPS juga diatur dalam pohon Merkle 28 lapisan, memRoot adalah hash akar dari pohon ini. Saat mengeksekusi instruksi, perlu menyediakan sebagian data memori dan bukti Merkle.

Bukti Penipuan Interaktif

Tim Optimism mengembangkan protokol Fault Dispute Game(FDG) untuk mengidentifikasi opcode MIPS yang diperdebatkan. Peserta perlu membangun GameTree secara lokal, yang terdiri dari dua tingkat:

1. Node daun tingkat pertama adalah OutputRoot dari blok yang berbeda.
2. Node daun tingkat kedua adalah hash status mesin virtual MIPS

Kedua belah pihak berinteraksi beberapa kali di blockchain, akhirnya menentukan kode operasi MIPS yang diperdebatkan dan status VM saat pelaksanaannya.

ZK化 bukti penipuan

Bukti penipuan tradisional memiliki masalah interaksi yang kompleks, biaya gas yang tinggi, dan penghentian Rollup. Untuk itu, Optimism mengajukan konsep ZK Fraud Proof:

1. Penantang menunjuk transaksi yang perlu diputar ulang
2. Penyusun Rollup menghasilkan bukti ZK untuk transaksi tersebut
3. Verifikasi kontrak pintar Ethereum ZK

Dibandingkan dengan solusi interaktif, ZK Fraud Proof menyederhanakan banyak interaksi menjadi satu kali pembuatan dan verifikasi bukti ZK, secara signifikan menghemat waktu dan biaya. Dibandingkan dengan ZK Rollup, bukti hanya dihasilkan saat ditantang, mengurangi beban komputasi.

Pendekatan ZK ini juga diadopsi oleh BitVM2. Proyek yang menggunakan BitVM2 melakukan verifikasi ZK Proof melalui skrip Bitcoin dan sangat menyederhanakan program yang diunggah ke blockchain.