Projeto Aleo Blockchain: proteção de privacidade e escalabilidade através da tecnologia zk-SNARKs

Aleo é um projeto de blockchain focado na proteção da privacidade, utilizando a tecnologia zk-SNARKs (ZKP) para aumentar a privacidade e a escalabilidade. A ideia central da Aleo é permitir que os usuários possam realizar autenticação de identidade e processamento de dados sem revelar dados pessoais.

Este artigo apresenta uma visão geral do projeto Aleo e os seus desenvolvimentos mais recentes, além de uma análise detalhada da atualização do algoritmo puzzle, que está sob intensa atenção do mercado.

Introdução ao Último Algoritmo

Aleo Network gera aleatoriamente um circuito ZK a cada hora. Os mineradores precisam tentar diferentes nonces como entrada do circuito dentro dessa hora, calcular o witness(, que são todas as variáveis no circuito, e esse processo também é chamado de synthesize), calcular a raiz de Merkle do witness e, em seguida, verificar se atende aos requisitos de dificuldade de mineração. Devido à aleatoriedade do circuito, esse algoritmo de mineração não é amigável para GPUs, apresentando um grande desafio em termos de aceleração de cálculos.

Situação de financiamento

Aleo completou em 2021 uma rodada de financiamento Série A de 28 milhões de dólares liderada pela a16z, e em 2024 completou uma rodada de financiamento Série B de 200 milhões de dólares. Os investidores da rodada B incluem Kora Management, SoftBank Vision Fund 2, Tiger Global, Sea Capital, Slow Ventures e Samsung Next. Esta rodada de financiamento fez com que a avaliação da Aleo atingisse 1,45 bilhões de dólares.

Resumo do Projeto

Privacidade

O núcleo da Aleo é zk-SNARKs ( ZKPs ) tecnologia, permitindo que transações e execuções de contratos inteligentes sejam realizadas com a proteção da privacidade. Os detalhes das transações dos usuários, como remetente e valor da transação, estão ocultos por padrão. Este design não só protege a privacidade dos usuários, mas também permite a divulgação seletiva quando necessário, sendo muito adequado para o desenvolvimento de aplicações DeFi. Os principais componentes incluem:

1. Leo linguagem de programação: adaptada da linguagem Rust, especialmente para o desenvolvimento de zk-SNARKs (ZKApps), reduzindo a exigência de conhecimento em criptografia para os desenvolvedores.

2. snarkVM e snarkOS: snarkVM permite a execução de cálculos fora da cadeia, verificando apenas os resultados dos cálculos na cadeia, melhorando assim a eficiência. snarkOS garante a segurança dos dados e cálculos, e permite a execução de funcionalidades sem permissão.

3. zkCloud: fornece um ambiente de computação off-chain seguro e privado, suportando interações de programação entre usuários, organizações e DAOs.

Aleo também oferece um ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) e um kit de ferramentas de desenvolvimento de software (SDK), suportando os desenvolvedores a escrever e publicar aplicações rapidamente. Os desenvolvedores podem implantar aplicações no registro de programas da Aleo, sem depender de terceiros, reduzindo assim o risco da plataforma.

Escalabilidade

Aleo adotou um método de processamento off-chain, onde as transações são primeiramente calculadas nos dispositivos dos usuários e apenas os resultados da verificação são enviados para a Blockchain. Este método aumenta significativamente a velocidade de processamento das transações e a escalabilidade do sistema, evitando problemas semelhantes de congestionamento de rede e altas taxas como no Ethereum.

Mecanismo de Consenso

Aleo introduziu o AleoBFT, um mecanismo de consenso de arquitetura híbrida que combina a finalização instantânea dos validadores e a capacidade computacional dos provadores. O AleoBFT não só melhora o grau de descentralização da rede, mas também aumenta o desempenho e a segurança.

1. Finalidade rápida do bloco: AleoBFT garante que cada bloco seja confirmado imediatamente após a sua geração, melhorando a estabilidade dos nós e a experiência do usuário.

2. Garantia descentralizada: ao separar a produção de blocos da geração de coinbase, os validadores são responsáveis pela geração de blocos, enquanto os provadores realizam os cálculos de prova, evitando que um pequeno número de entidades monopolize a rede.

3. Mecanismo de incentivo: validadores e provadores partilham recompensas de bloco; incentiva os provadores a se tornarem validadores através da aposta de tokens, aumentando assim o grau de descentralização e a capacidade de computação da rede.

Aleo permite que os desenvolvedores criem aplicações sem restrições de gas, sendo especialmente adequado para aplicações que requerem longos períodos de execução, como o aprendizado de máquinas.

Progresso Atual

Aleo irá lançar a rede de testes incentivada em 1 de julho, aqui estão algumas informações importantes:

1. Votação do ARC-100 aprovada: O proposta "Melhores Práticas de Conformidade para Desenvolvedores e Operadores Aleo" referente a questões de conformidade, bloqueio de fundos na rede Aleo e medidas de segurança como atrasos na contabilização, a votação ( já foi encerrada e aprovada. A equipe está realizando os ajustes finais.

2. Programa de Incentivo para Validadores: Este programa será lançado a 1 de julho, com o objetivo de validar o novo mecanismo de puzzle. O programa funcionará até 15 de julho, durante o qual serão distribuídos 1 milhão de pontos Aleo como recompensa. A percentagem de pontos gerados pelos nós determinará a sua parte das recompensas, sendo que cada validador deverá ganhar pelo menos 100 tokens para receber a recompensa. Os detalhes específicos ainda não foram definidos.

3. Fornecimento inicial e fornecimento circulante: O fornecimento inicial é de 1,5 mil milhões de tokens, e o fornecimento circulante inicial é de aproximadamente 10%) ainda não está finalizado(. Esses tokens provêm principalmente de tarefas da Coinbase)7500 mil(, que serão distribuídos durante os primeiros seis meses, incluindo recompensas por staking, operação de validadores e nós de validação.

4. Testnet Beta reinicialização: Esta é a última reinicialização da rede, após a qual não serão adicionadas novas funcionalidades, a rede será semelhante à mainnet. A reinicialização é para adicionar ARC-41 e a nova funcionalidade de puzzle.

5. Congelamento de código: o congelamento de código foi concluído há uma semana.

6. Plano de expansão de nós de validação: o número inicial de nós de validação é de 15, com o objetivo de aumentar para 50 ao longo do ano e, finalmente, atingir 500. Para se tornar um delegador, são necessários 10.000 tokens; para se tornar um validador, são necessários 10 milhões de tokens, e esses valores irão diminuir gradualmente ao longo do tempo.

Interpretação da Atualização do Algoritmo

Aleo recentemente anunciou as últimas novidades da testnet e atualizou a versão mais recente do algoritmo puzzle. O novo algoritmo não se concentra mais na geração de resultados de prova zk, removendo MSM e NTT), que eram módulos de cálculo amplamente utilizados para gerar provas em zk. Anteriormente, os participantes da testnet se concentravam em otimizar a eficiência desse algoritmo para aumentar os rendimentos de mineração(, focando na geração dos dados intermediários witness antes da produção da prova. Abaixo está uma breve introdução ao novo algoritmo.

) processo de consenso

Em termos de protocolo de consenso, o provedor e o validador são responsáveis por gerar o resultado de cálculo (solução) e por criar blocos e agregar a solução. O processo é o seguinte:

1. O Prover calcula o puzzle, constrói as soluções e as transmite para a rede.

2. O validador agrega transações e soluções para o próximo novo bloco, garantindo que o número de soluções não exceda o limite de consenso ###MAX_SOLUTIONS(

3. A validade da solução precisa ser verificada para garantir que o epoch_hash corresponde ao latest_epoch_hash mantido pelo validador, que o proof_target calculado corresponde ao latest_proof_target mantido pelos validadores na rede, e que o número de soluções contidas nesse bloco é inferior ao limite de consenso.

4. Uma solução eficaz pode obter recompensas de consenso.

) Synthesis Puzzle

A versão mais recente do núcleo do algoritmo é chamada Synthesis Puzzle, cujo núcleo é gerar um EpochProgram comum fixo para cada epoch. Através da construção de circuitos de prova R1CS para a entrada e o EpochProgram, gera-se a correspondente atribuição R1CS ###, que é o que todos mencionam como witness ( e serve como nó folha da árvore Merkle. Após calcular todos os nós folha, gera-se a raiz Merkle e converte-se no proof_target da solução. O processo detalhado e as normas para a construção do Synthesis Puzzle são as seguintes:

1. Cada cálculo de puzzle é chamado de nonce, que é construído a partir do endereço que recebe a recompensa de mineração, epoch_hash e um número aleatório counter. Cada vez que é necessário calcular uma nova solução, um novo nonce pode ser obtido atualizando o counter.

2. Em cada epoch, o EpochProgram que todos os provers na rede precisam calcular é o mesmo, e é amostrado do conjunto de instruções a partir do número aleatório gerado pelo epoch_hash atual, a lógica de amostragem é:

   • O conjunto de instruções é fixo, cada instrução )instruction( contém uma ou mais operações de cálculo, cada instrução tem um peso e uma contagem de operações predefinidos.
   • Ao amostrar, gera um número aleatório com base no epoch_hash atual, e obtém instruções a partir do conjunto de instruções combinando pesos e ordenando-as, parando a amostragem após acumular a contagem de operações até 97.
   • Compor o EpochProgram com todas as instruções

3. Usar nonce como semente de número aleatório para gerar a entrada do EpochProgram

4. Agregar o R1CS e o input correspondentes ao EpochProgram, realizar o cálculo da atribuição de witness)R1CS.

5. Após calcular todos os witnesses, esses witnesses serão convertidos na sequência de nós folha correspondentes da árvore Merkle, a árvore Merkle é uma árvore Merkle K-ária de 8 vias com profundidade 8.

6. Calcule a raiz merkle e converta-a no proof_target da solução, verificando se satisfaz o latest_proof_target do epoch atual. Se satisfizer, o cálculo foi bem-sucedido, envie o endereço de recompensa, epoch_hash e counter necessários para a construção da entrada como solução e transmita.

7. É possível atualizar a entrada do EpochProgram várias vezes para calcular soluções, iterando o contador dentro do mesmo epoch.

A mudança e o impacto da mineração

Após esta atualização, o puzzle passou de gerar proof para gerar witness, a lógica de cálculo de todas as solutions dentro de cada epoch é consistente, mas a lógica de cálculo entre diferentes epochs é bastante diferente.

A partir da rede de testes anterior, podemos observar que muitas das otimizações se concentram na utilização de GPU para otimizar os cálculos de MSM e NTT na fase de geração de proof, a fim de aumentar a eficiência da mineração; esta atualização abandona completamente essa parte dos cálculos. Ao mesmo tempo, como o processo de geração de witness ocorre na execução de um programa que muda com a evolução dos epochs, as instruções terão algumas dependências de execução serial, tornando a implementação da paralelização um desafio considerável.