معماری Boundless و استفاده از zkVM برای محاسبات مقیاس‌پذیر

1. مقدمه

شبکه اتریوم امنیت و تمرکززدایی بالایی را از طریق سازوکاری حفظ میکند که در آن همه گرهها بارها محاسبات یکسانی را انجام میدهند. در نتیجه، با افزایش تعداد گرهها، فرآیند اجماع پیچیدهتر میشود، سربار همگامسازی بین گرهها رشد میکند، و توان شبکه توسط سرعت کندترین گره محدود میشود که به کاهش راندمان کلی شبکه منجر میشود.

برای رفع این محدودیتها، صنعت بلاکچین رویکردهای متنوعی را برای غلبه بر چالشهای مقیاسپذیری دنبال کرده است. نمونههای بارز شامل راهکارهای مقیاسپذیری اتریوم مانند رولآپها (Rollups) و شاردینگ (Sharding) هستند که هدف آنها ارتقای مقیاسپذیری ضمن حفظ معماری بنیادین اتریوم است.

با این حال، همه پروژهها مسیر یکسانی را طی نکردهاند. برخی بلاکچینها، با نمایندگی سولانا و سویی (Sui)، معماریهای تکپیکره (Monolithic) را اتخاذ کردهاند که بر مقیاسپذیری بالا حتی به قیمت کاهش بخشی از امنیت و تمرکززدایی اولویت دارند و با تأکید بر پردازش سریع تراکنشها و بهبود تجربه کاربری، جایگاه خود را در صنعت تثبیت کردهاند.

در نهایت، اکوسیستم بلاکچین در امتداد دو مسیر موازی توسعه یافته است: ۱) مسیری که در حال حفظ امنیت و تمرکززدایی به دنبال گسترش تدریجی است، و ۲) مسیری که بر مقیاسپذیری فوری اولویت دارد. با این حال، دومی در مورد اول با محدودیت سرعت گسترش مواجه است، در حالی که دومی نیاز به مصالحه در تمرکززدایی و امنیت دارد.

!바운드린.002.jpeg

1.1 پدیدایش zkVM

در این زمینه، zkVM (ماشین مجازی دانش صفر) به عنوان یک جایگزین جدید توجهات را به خود جلب کرده است.

zkVM فناوری است که عملیات قرارداد هوشمند را در یک ماشین مجازی قادر به تولید اثباتهای دانش صفر (ZK-Proofs) اجرا میکند و صحت نتایج را از طریق اثباتهای فشرده تضمین میکند. این امر امکان پردازش محاسبات پیچیده و دادههای حجیم را خارج از زنجیره (Off-chain) فراهم میکند، در حالی که تنها تأیید نتایج در زنجیره (On-chain) انجام میشود که منجر به کاهش بار شبکه و تأمین مقیاسپذیری میشود.

در اصل، zkVM مزایا و معایب راهکارهای مقیاسپذیری ذکر شده در بالا را ترکیب میکند و مقیاسپذیری در سطح زنجیره تکپیکره را فراهم میکند ضمن اینکه امنیت و تمرکززدایی را حفظ میکند. از طریق این فناوری، صنعت بلاکچین مسیر توسعه جدیدی به دست آورده است که میتواند همزمان هم امنیت و هم مقیاسپذیری را تأمین کند.

مزایایی که بلاکچینها میتوانند با اتخاذ فناوری zkVM کسب کنند عبارتند از:

هزینههای تأیید قابل پیشبینی: هزینههای تأیید فارغ از پیچیدگی محاسبات ثابت باقی میمانند و ساختار هزینهای پایدار و قابل پیشبینی را حتی هنگام مدیریت کاربردهایی با پیچیدگی بسیار افزایشیافته تضمین میکنند.
هماهنگی تمرکززدایی و کارایی: در حالی که نقاط قوت ذاتی بلاکچین مانند تمرکززدایی و یکپارچگی حفظ میشود، محاسبات واقعی خارج از زنجیره پردازش میشوند که راندمان کلی شبکه را افزایش میدهد.
امنیت و قابلیت اطمینان بالا: کاربران میتوانند اثباتی دریافت کنند مبنی بر اینکه نتایج به درستی محاسبه شدهاند، بدون اینکه نیاز به تأیید مستقیم نتایج محاسبات داشته باشند؛ این امر قابلیت اطمینان شبکه را تقویت کرده و امکان پردازش امن محاسبات پیچیده را فراهم میکند.
گسترش امکانات کاربردی: از آنجا که محاسبات بزرگمقیاس که پردازش آنها در زنجیره دشوار بود، امکانپذیر میشود، بلاکچین میتواند به حوزههای کاربردی مختلفی مانند هوش مصنوعی، شبیهسازی مالی و تحلیل دادههای حجوم گسترش یابد.

بنابراین، zkVM فراتر از بهبود عملکرد بلاکچین عمل میکند؛ با تفکیک محاسبات و تأیید، مسائل مقیاسپذیری مواجه بلاکچین را حل کرده و ضمن حفظ مزایای شبکههای تمرکززدایی، پایهای برای استفاده فعالتر از بلاکچین در حوزههای متنوعی مانند هوش مصنوعی، مالی و تحلیل داده فراهم میکند. با این حال، از آنجا که zkVM اخیراً توسعه یافته و مورد بحث قرار گرفته است، این فناوری هنوز به مرحله پذیرش گسترده در سراسر صنعت نرسیده است.

در این نقطه عطف، Boundless قصد دارد با فراهم کردن محیطی که میتواند بلافاصله در تنظیمات صنعتی به کار گرفته شود و صرفاً پیادهسازی zkVM نباشد، به رهبر zkVM تبدیل شود.

2. Boundless: عبور از محدودیتهای مقیاسپذیری

Boundless یک لایه محاسباتی تأیید شده با دانش صفر است که توسط تیم RISC Zero توسعه داده شده و به عنوان یک پروتکل بازار اثبات دانش صفر طراحی شده است که محاسبات پیچیده را به طور کارآمد پردازش کرده و تأیید امن را امکانپذیر میسازد. زمانی که بلاکچینها یا برنامهها به محاسبات با کارایی بالا نیاز دارند، میتوانند آن را از شبکه Boundless درخواست کنند، و هر کسی میتواند شرکتکننده شود، محاسبات را انجام دهد و با ارسال اثباتها، پاداش دریافت کند.

مکانیسم اصلی Boundless تفکیک محاسبات و تأیید است. به جای اینکه همه گرهها در زنجیره بارها محاسبات یکسانی را انجام دهند، گرههای خاص محاسبات پیچیده را خارج از زنجیره پردازش کرده و اجرا را از طریق اثباتهای دانش صفر تأیید میکنند. این امر به شبکه اجازه میدهد تا بدون نیاز به محاسبه مجدد کامل، قابلیت اطمینان نتایج را حفظ کند و به مکانیزم کلیدی برای حل مسائل مقیاسپذیری بلاکچین تبدیل شود.

2.1. zkVM در Boundless

Boundless بر پایه zkVM ساخته شده است که توسط RISC Zero به صورت داخلی توسعه یافته است. zkVM در RISC Zero دارای ساختاری است که میتواند برنامههای دلخواه را با استفاده از دستورالعملهای عمومی RISC-V اجرا کرده و رسیدهای (Receipts) رمزنگاری شده تولید کند که ثابت میکند اجرا به درستی انجام شده است.

از آنجا که zkVM به صورت خودکار تولید اثبات دانش صفر پیچیده را مدیریت میکند، توسعهدهندگان استفادهکننده از آن میتوانند برنامههای سازگار با zkVM را بنویسند و برنامههای قابل تأیید را در زبانهای آشنایی مانند Rust و C++ بدون نیاز به دانش رمزنگاری جداگانه توسعه دهند.

علاوه بر این، zkVM در RISC Zero یک سیستم اثبات مبتنی بر STARK با کارایی بالا است که میتواند بار محاسباتی را در واحدهای سیکل پردازنده RISC-V اندازهگیری کند که این امر آن را برای پیادهسازی مکانیسم انگیزشی Boundless، یعنی PoVW (اثبات کار قابل تأیید)، مناسب میسازد.

علاوه بر این، در حالی که Boundless در حال حاضر از zkVM در RISC Zero به عنوان محیط اجرایی پیشفرض خود استفاده میکند، هدف آن طراحی جهانی است که به سیستمهای اثبات خاص وابسته نباشد. در واقع، نقشه راه (Roadmap) Boundless شامل برنامههایی برای پشتیبانی از سایر بکاندهای zkVM مانند SP1 از Succinct، Boojum از zkSync و Jolt است که به توسعهدهندگان اجازه میدهد در حالی که برنامهها را به روش آشنا خود ایجاد میکنند، از Boundless استفاده کنند بدون اینکه در ابزارها یا محیطهای توسعه خاصی قفل شوند.

به بیان دیگر، باندلس (Boundless) با تکیه بر این مزایا، از zkVM شرکت RISC Zero بهره برد و میتوان گفت که زیربنایی را بنا نهاده که در آن انعطافپذیری، کارایی و راحتی توسعه به حداکثر رسیده است؛ در حالی که در درازمدت میتواند به پلتفرمی منعطف شامل ابزارها و محیطهای توسعهای گوناگون تکامل یابد.

اکنون بیایید معماری و سازوکار عملیاتی باندلس را با جزئیات بررسی کنیم.

۲.۲. معماری پروتکل باندلس

باندلس از دو شرکتکننده اصلی، اپلیکیشن (App) و اثباتدهنده (Prover) تشکیل شده و از قراردادها و جریانهایی که این شرکتکنندگان را به هم متصل میکنند، ساخته شده است.

اپلیکیشن: برنامهای که درخواست تأیید محاسبات خاصی را با استفاده از سیستم باندلس ارائه میدهد.
اثباتدهنده: نهادی که محاسبات درخواستشده توسط اپلیکیشنها را واقعاً خارج از زنجیره (Off-chain) انجام میدهد و اثباتهای رمزنگاریشدهای تولید میکند که نشاندهنده صحت انجام محاسبات است.
قرارداد تأییدکننده (Verifier Contract): قرارداد هوشمندی که اعتبار رمزنگاری اثباتهای تولیدشده توسط اثباتدهندهها را روی زنجیره تأیید میکند و از نظر فنی تنها مقدار truth (صحیح/غلط) اثباتها را قضاوت میکند.
قرارداد بازار (Market Contract): قرارداد اصلی که به عنوان هماهنگکننده اکوسیستم باندلس عمل میکند و نقش واسطهگری اثبات، درخواستهای تأیید و پردازش پرداختها را بر عهده دارد.
قرارداد اپلیکیشن (App Contract): قراردادی متعلق به اپلیکیشن که سیگنالهای تکمیل نهایی تأیید (و نتایج) را از قرارداد بازار دریافت میکند و منطق بعدی اپلیکیشن را اجرا کرده یا وضعیت نهایی را با استفاده از دادههای تأییدشده روی زنجیره ذخیره میکند.
جریان سفارش خارج از زنجیره (Off-chain Order Stream): بخش ارتباطی که دادههای عمده خارج از زنجیره (درخواستها/پاسخها) مانند درخواستهای اثبات اپلیکیشن و پیشنهادهای حراجی اثباتدهندهها را پخش (Broadcast) میکند.

قرارداد تأییدکننده و قرارداد بازار باندلس روی شبکههای اختصاصی تسویهحساب (Settlement Chains) مانند اتریوم و بیس (Base) مستقر و اداره میشوند. علاوه بر این، قراردادهای اپلیکیشن که توسط توسعهدهندگان مستقر میشوند نیز مبتنی بر این شبکههای تسویهحساب عمل میکنند و اثباتهای تأییدشده را دریافت کرده و منطق کسبوکار را اجرا مینمایند.

در مقابل، اثباتدهندهها برنامههای zkVM را با سختافزار خود خارج از لایه تسویهحساب و در بستر Off-chain اجرا کرده و اثبات تولید میکنند و پس از تأیید صحت اثباتهای تولیدشده، طبق مکانیزم PoVW پاداش دریافت میکنند.

علاوه بر این، در حالی که اپلیکیشنها میتوانند درخواستهای محاسباتی را مستقیماً از طریق تراکنشهای روی زنجیره به قرارداد بازار ارسال کنند، زمانی که مقاومت در برابر سانسور اهمیت کمتری دارد، میتوانند درخواستهای اثبات را از طریق جریانهای سفارش و خارج از زنجیره مبادله کنند.

بنابراین، باندلس ساختاری دارد که از طریق یک طراحی هیبرید، کارایی را به حداکثر میرساند؛ جایی که فرآیندهای نیازمند اعتماد و امنیت مانند تأیید و پرداخت روی زنجیره انجام میشوند و تولید اثباتِ پرهزینه از نظر محاسباتی خارج از زنجیره صورت میگیرد.

۲.۲.۱. فرآیند عملیاتی تفصیلی

فرآیند عملیاتی باندلس در شش مرحله از درخواست اثبات توسط اپلیکیشن تا استفاده نهایی از نتایج پیش میرود.

۱. ارسال درخواست اثبات: درخواستهای اثبات اپلیکیشن میتوانند روی زنجیره (تراکنش مستقیم به قرارداد بازار) یا خارج از زنجیره (پخش از طریق جریان سفارش) ارسال شوند. درخواستها شامل اطلاعاتی در مورد برنامه مورد نظر برای اجرا، دادههای ورودی و شرایط حراج اثباتدهنده هستند. ۲. پیشنهاددهی و قفلگذاری توسط اثباتدهنده: هنگامی که درخواست پخش میشود، یک حراج معکوس هلندی (Reverse Dutch Auction) آغاز میگردد. قیمت از حداقل شروع شده و در طول زمان به حداکثر میرسد و اثباتدهندهها میتوانند در زمان دلخواه خود پیشنهاد دهند، وثیقه deposit کنند و درخواست را قفل کنند. ۳. تولید اثبات: اثباتدهندهای که قفلگذاری را انجام داده است، برنامه zkVM را با سختافزار خود خارج از زنجیره اجرا کرده و اثباتی را تولید میکند. برای کارایی، درخواستهای متعدد در دستههایی (Batches) تجمیع میشوند تا اثبات تجمیعشده با ساختار درخت مرکل (Merkle tree) تولید شود. ۴. ارسال و تأیید اثبات: اثباتدهنده اثبات تجمیعشده را به قرارداد بازار تسلیم میکند که آن را برای تأیید به قرارداد تأییدکننده ارجاع میدهد. هنگامی که تأیید با موفقیت انجام شود، اثباتدهنده پاداش دریافت کرده و وثیقه مسترد میگردد. ۵. دریافت و تأیید مجدد اثبات: اپلیکیشن رویداد تکمیل را تشخیص داده، اثبات عضویت در درخت مرکل (Merkle inclusion proof) را بازیابی کرده و آن را به قرارداد اپلیکیشن منتقل میکند. قرارداد اپلیکیشن به صورت مستقل از طریق قرارداد تأییدکننده، اثبات را مجدداً تأیید میکند تا صحت نتیجه را تأیید نماید. ۶. استفاده از نتیجه: هنگامی که تأیید موفقیتآمیز باشد، قرارداد اپلیکیشن منطق کسبوکار را بر اساس نتایج اثباتشده اجرا میکند. نتایج محاسبات پیچیدهای که خارج از زنجیره انجام شدهاند، میتوانند بدون نیاز به محاسبه مجدد توسط تمام گرهها، به صورت ایمن روی زنجیره مورد استفاده قرار گیرند.

از طریق این روش، باندلس ساختاری دارد که تحقق اجرای قابلاطمینان محاسبات، تأیید شفاف و تسویهحساب خودکار را حتی در محیطی غیرمتمرکز ممکن میسازد.

۳. وضعیت فعلی و موارد همکاری کلیدی

در ۱۵ سپتامبر ۲۰۲۴، باندلس به صورت رسمی بر پایه زنجیره بیس (Base) راهاندازی شد و airdrop توکن $ZKC را برای شرکتکنندگان تستنت با انگیزه که از ماه ژوئیه مشارکت میکردند، اجرا نمود. باندلس متعاقباً قابلیت استیکینگ (Staking) را باز کرد و کاربرد بیشتری برای دارندگان$ ZKC فراهم ساخت.

از زمان راهاندازی تا تاریخ نگارش در ۲۷ اکتبر، مجموع درخواستهای اثبات اجرا شده از طریق باندلس به ۱.۴ میلیون مورد رسیده است که کارایی تقریباً دو برابری را نسبت به پروتکل رقیب، یعنی Succinct، که زودتر از باندلس راهاندازی شده بود، نشان میدهد.

تیم باندلس برای جذب کاربران بیشتر و گسترش اکوسیستم، به طور فعالانه در حال تعامل و همکاری با پروتکلهای دیگر است و موارد همکاری جاری کلیدی به شرح زیر است:

۳.۱. ایگنلیر (EigenLayer): بهبود تأیید اسلشینگ AVS

پروتکل استیکینگ مجدد (Restaking) ایگنلایر (EigenLayer) قصد دارد منطق تأیید اسلشینگ (Slashing) برای اپراتورهای سرویسهای فعال تأییدشده (AVS) را با استفاده از باندلس به طور کارآمد مدیریت کند.

شبکه اثباتدهنده مبتنی بر zkRM باندلس، به صورت دورهای اطلاعات موجودی استیکینگ را از منابع مختلف از جمله اتریوم جمعآوری و محاسبه کرده و نتایج را به صورت ریشههای درخت مرکل (Merkle roots) خلاصه میکند. قراردادهای تأیید روی زنجیره، اثباتهای ارسال شده را تأیید میکنند تا وضعیت استیک هر اعتبارسنج (Validator) مشخص شود و در صورت مشاهده نقض قوانین، اسلشینگ با هزینه کم اجرا گردد.

در این فرآیند، تمام محاسبات پیچیده خارج از زنجیره انجام میشوند و تنها اثباتهای دانش صفر ساده روی زنجیره ارسال میشوند. محاسباتی که در صورت اجرای مستقیم در سالیدیتی (Solidity) میلیونها واحد گس هزینه داشتند، با یک تأیید اثبات جایگزین میشوند که انتظار میرود هزینه گس را تا ۹۹.۹ درصد کاهش دهد. باندلس در حال حاضر در حال پیشروی در ادغام با ایگنلایر است.

۳.۲. سلستیا (Celestia): اثبات در دسترس بودن داده (Data Availability)

سلستیا، یک لایه مدولار در دسترس بودن داده (Data Availability)، با RISC Zero همکاری کرد تا BloBstream Zero را توسعه دهد؛ یک پروتکل پیامرسانی میانزنجیرهای (Cross-chain messaging protocol) مبتنی بر zkVM.

در Blobstream Zero، اثباتگران Boundless به صورت زنجیره以外 ثابت میکنند که تمام دادههای تراکنش داخل بلوکهای سلستیا واقعاً در شبکه ذخیره و نگهداری شده است و این را به صورت اثباتهای دانش صفر فشرده به سایر زنجیرهها ارائه میدهند. در نتیجه، قراردادهای موجود در سایر زنجیرهها میتوانند تنها با بررسی این اثبات کوچک، به دسترسپذیری دادههای سلستیا اعتماد کنند.

به طور خاص، از آنجا که zkVM Boundless میتواند چندین وظیفه تأیید DA را در یک اثریق یکپارچه کند، رولآپها یا برنامههایی که از سلستیا به عنوان لایه DA خود استفاده میکنند، میتوانند تأیید دسترسپذیری دادهای کمهزینه و با اعتماد بالا انجام دهند بدون اینکه مستقیماً کل دادهها را ذخیره کنند یا روند نمونهگیری پیچیدهای را اجرا کنند.

Blobstream Zero در حال حاضر به صورت متنباز توسعه یافته و در محیط شبکه اصلی به کار گرفته شده است.

4. محیط رقابتی و عوامل تمایز

در حال حاضر، حوزه zkVM شامل چندین رقیب مانند SP1 (از سوی Succinct)، Miden (از سوی Polygon) و zkEVM (از سوی Scroll) است و هر پروژه تمرکزهای استراتژیک متفاوتی را برای موفقیت ماشین مجازی خود در نظر گرفته است.

!바운ḍᅳᆯ리스.004.jpeg

Boundless دارای سه ویژگی متمایز اصلی در مقایسه با سایر پروژههای رقیب است:

بدون وابستگی به ماشین مجازی (چندمنظوره): زیرساخت فنی ارائه میدهد که میتواند مستقل از نوع ماشین مجازی (EVM، RISC-V و غیره) یا محیط بلاکچین، محاسبات انجام دهد و اثبات تولید کند.
مقیاسپذیری اکوسیستم: اکوسیستم اقتصادی میسازد که هر فرد بتواند به عنوان یک اثباتگر شرکت کند، محاسبات را انجام دهد و پاداش دریافت کند.
بازار باز: به گونهای طراحی شده که شبکه از طریق انگیزه داوطلبان شرکتکنندگان بازار حفظ و رشد یابد، نه از طریق یارانههای نهادهای متمرکز، و این کار از طریق ساختار بازار غیرمتمرکز اثبات انجام میشود.

به طور خاص، این نکته امیدوارکننده است که Boundless با به کارگیری مدل انگیزه اقتصادی، که نیروی محرکه اصلی صنعت بلاکچین است، یک ساختار چرخهی فضیلت را در بازار تولید اثقال بنا نهاده است؛ جایی که شرکتکنندگان با ارائه منابع محاسباتی پاداش میگیرند و شبکه به مقیاسپذیری و تمرکززدایی پایدار دست مییابد.

از طریق این رویکرد، میتوان Boundless را در حال اجرای استراتژی «ایجاد یک شبکه اقتصادی که در آن هر کسی بتواند اثباتهای دانش صفر را تأمین و مصرف کند» دید که فراتر از رقابت فنیِ «zkVM من چقدر سریع است» میرود. این راهبرد، Boundless را به عنوان «اثبات دانش صفر به عنوان سرویس» (ZK Proof-as-a-Service) موقعیتدهی میکند؛ زیرساختی چندمنظوره و مقیاسپذیر که به موارد استفاده خاص محدود نیست.

5. نتیجهگیری

Boundless یک راهحل بنیادین برای مشکلات مقیاسپذیری بلاکچین ارائه میدهد. با استفاده از فناوری zkVM از RISC Zero برای پردازش محاسبات پیچیده خارج از زنجیره و تأیید کارآمد تنها صحت نتایج در داخل زنجیره، محدودیتهای ساختاری شبکههای بلاکچین موجود مانند اتریوم را پشت سر میگذارد.

بزرگترین تمایز Boundless این است که فرآیند تولید اثبات دانش صفر را فراتر از بهبود عملکرد فنی، به یک بازار غیرمتمرکز اثقات تبدیل کرده است. این سیستم که در آن هر کسی میتواند به عنوان اثباتگر شرکت کند، منابع محاسباتی ارائه دهد و جبران شود، پایهای پایدار ایجاد میکند که در آن شبکه میتواند بدون یارانههای نهادهای متمرکز به طور خودکار رشد و حفظ شود.

با این حال، اگرچه Boundless دیدگاهی برای گسترش به حوزههای صنعتی مختلف مانند هوش مصنوعی، شبیهسازی مالی و تحلیل دادههای در مقیاس بزرگ دارد، اما تقاضا و موارد همکاری تأیید شده تاکنون در صنعت بلاکچین متمرکز شدهاند. بنابراین، ضروری است که عملکرد شبکه اصلی و شایستگی فنی را از نزدیک رصد کنیم تا ببینیم آیا Boundles واقعاً میتواند فراتر از بلاکچین به بخشهای صنعتی سنتی گسترش یابد یا خیر.

اگر Boundless با موفقیت این چالشها را حل کند و در حوزههای صنعتی مختلف فراتر از بلاکچین پذیرفته شود، انتظار میرود که به یک مورد مهم تبدیل شود که پتانسیل فناوری zkVM را برای تثبیت به عنوان زیرساخت محاسباتی عمومی نشان دهد، در حالی که اثبات میکند محاسبات قابل تأیید ارزش عملی در صنایع مختلف ارائه میدهند.

منابع

Bondless Explorer
Celestia Docs
Boundless Docs
Boundless Blog, Scaling EigenLayer's Security
Fenbushi Capital, Benchmarking zkVMs: Current State and Prospects
Yunjeong Heo, Exploring the Landscape of zkVMs
twi, RISC-V, zkVM 그리고 succinct