Разделение функций блокчейна: как структура сети доказательства с нулевым разглашением достигает конфиденциальности и эффективности

Zero Knowledge Proof выделяется благодаря инновационной структуре сети, основанной на четырех независимых, но взаимосвязанных слоях. В отличие от традиционных блокчейнов, которые объединяют консенсус, выполнение и хранение в одной системе — создавая узкие места и проблемы масштабируемости — ZKP сознательно разделяет эти функции. Такой архитектурный подход позволяет сети сохранять конфиденциальность, проверять вычисления ИИ и обрабатывать данные, при этом защищая чувствительную информацию на протяжении всего процесса.

Переосмысление архитектуры блокчейна: почему важна разделение слоев

Традиционный дизайн блокчейна накладывает все операции друг на друга. Это создает заторы, ограничивает пропускную способность и усложняет масштабирование решений. Zero Knowledge Proof использует иной подход, изолируя четыре основные функции в отдельные слои:

• Слой консенсуса – подтверждает активность сети с помощью гибридных механизмов Proof of Intelligence и Proof of Space
• Слой безопасности – обеспечивает конфиденциальность с помощью передовых криптографических протоколов, включая нулевые знания
• Слой хранения – управляет данными как на цепочке, так и вне ее через распределенные системы
• Среда выполнения – запускает смарт-контракты и ресурсоемкие задачи с использованием EVM и WASM

Такая модульная структура позволяет каждому компоненту работать независимо, оставаясь синхронизированным через координированные протоколы. Разделение предотвращает дестабилизацию сети при обновлении одного из слоев.

Слой 1: Механизм консенсуса – Валидация через доказательство интеллекта и пространства

Слой консенсуса обеспечивает безопасность сети, подтверждая транзакции с помощью взвешенной формулы, объединяющей Proof of Intelligence (PoI) и Proof of Space (PoSp). Используя протоколы Substrate BABE и GRANDPA:

• BABE управляет производством блоков, выбирая валидаторов через случайную функцию VRF (Verifiable Random Function)
• GRANDPA финализирует блоки с почти мгновенной уверенностью, обычно в течение 1–2 секунд

Система оценки валидаторов рассчитывает:

Вес валидатора = (α × Оценка PoI) + (β × Оценка PoSp) + (γ × Стейк)

Интервал между блоками по умолчанию составляет шесть секунд, с возможностью регулировки от трех до двенадцати секунд в зависимости от условий сети. Система организует валидаторов в эпохи, длительностью примерно 2 400 блоков (примерно четыре часа). Вознаграждения распределяются в зависимости от эффективности по всем трем критериям оценки.

Слой 2: Конфиденциальность и проверка – Криптографические доказательства без раскрытия данных

Слой безопасности реализует технологию нулевых знаний для проверки вычислений и транзакций без раскрытия исходных данных. В параллель работают две основные системы доказательств:

• zk-SNARKs – компактные доказательства (288 байт) с быстрой проверкой (~2 мс), требуют доверенной настройки
• zk-STARKs – более крупные доказательства (~100 KB) с более медленной проверкой (~40 мс), но без необходимости доверенной настройки

Дополнительные криптографические инструменты усиливают безопасность:

• Многосторонние вычисления позволяют распределенные вычисления между недоверенными участниками
• Гомоморфное шифрование позволяет выполнять операции над зашифрованными данными без их расшифровки
• Подписи ECDSA и EdDSA обеспечивают аутентификацию в различных сценариях

Процесс генерации доказательств включает четыре последовательных шага: Определение схемы → Генерация свидетельства → Создание доказательства → Проверка. Параллельное создание доказательств позволяет сети проверять задачи ИИ в реальном времени без узких мест.

Слой 3: Управление данными – Эффективность на цепочке и долговременное хранение вне цепочки

Слой хранения использует гибридный подход для различных характеристик данных:

Хранение на цепочке — использует Patricia Tries, обеспечивая быстрый доступ примерно за 1 миллисекунду на операцию. Эта структура оптимизирована для частых чтений и записей при сохранении криптографической целостности.

Вне цепочки — использует IPFS для распределенного адресации контента и Filecoin для долгосрочного хранения с поощрением через токены. Меркле-деревья проверяют целостность данных по всему распределению узлов.

Доступ к данным вне цепочки достигает примерно 100 МБ в секунду при участии 1000 узлов. Механизм оценки PoSp оценивает вклад в хранение:

PoSp Score = (Объем хранения × Время работы в процентах) / Общий объем хранения в сети

Участники с большей емкостью и надежностью получают пропорционально большие вознаграждения за счет инфляции сети.

Слой 4: Среда выполнения – Смарт-контракты и выполнение задач ИИ

Среда выполнения функционирует через два виртуальных машины, обслуживающих разные вычислительные профили:

• EVM — обеспечивает совместимость с приложениями на базе Ethereum и позволяет беспрепятственно мигрировать существующие смарт-контракты
• WASM — обрабатывает ресурсоемкие операции, включая инференс моделей ИИ и тяжелые алгоритмические задачи

ZK Wrappers создают важное соединение между этим слоем и слоем безопасности, гарантируя, что все выполненные вычисления генерируют соответствующие доказательства нулевых знаний для проверки без раскрытия данных.

Управление состоянием использует Patricia Tries с задержкой чтения/записи около 1 мс. В нормальных условиях сеть обрабатывает 100–300 транзакций в секунду, при оптимизации — до 2000 TPS.

Синхронизация сети и межслойная коммуникация

Транзакции проходят по структуре сети последовательно:

Консенсус → Безопасность → Выполнение → Хранение

Этот поток обеспечивает синхронность в пределах 2–6 секунд, гарантируя согласованность между распределенными валидаторами. Каждый слой работает с достаточной степенью независимости, что позволяет обновлять или обслуживать один компонент без сбоев для всей сети. Такой подход обеспечивает непрерывное обновление протоколов без нарушения работы сети.

Энергоэффективность и показатели производительности

Zero Knowledge Proof потребляет примерно на 90% меньше энергии, чем системы Proof of Work, благодаря использованию низкоэнергетических устройств хранения вместо специализированного майнингового оборудования:

• Финализация блока: 1–2 секунды
• Стандартный интервал блока: 3–12 секунд (регулируемый)
• Базовая пропускная способность: 100–300 TPS
• Максимальная масштабируемая пропускная способность: 2000 TPS
• Время проверки zk-SNARK: ~2 мс
• Энергопотребление: примерно в 10 раз ниже PoW цепей

Proof Pods: Аппаратные узлы в структуре сети

Proof Pods — это аппаратные узлы, которые напрямую интегрированы со всеми четырьмя слоями сети. Каждый Pod одновременно:

• Участвует в подтверждении консенсуса
• Генерирует доказательства нулевых знаний
• Хранит и извлекает данные
• Выполняет задачи ИИ

Экономические вознаграждения растут с уровнем возможностей узла:

• Уровень 1 Pod: примерно $1 в день в наградах
• Уровень 300 Pod: до $300 в день в наградах

Такая схема напрямую связывает стоимость токена с реальными вычислительными ресурсами, а не с спекуляциями.

Контраст методов разработки

Типичные блокчейн-проекты следуют такому порядку:

1. Привлечение средств через токены
2. Разработка инфраструктуры
3. Получение ценности через спекуляции и потенциал принятия

Zero Knowledge Proof меняет последовательность:

1. Разработка аппаратной инфраструктуры ($17M на развернутых Pods)
2. Запуск сети с рабочими системами
3. Связь ценности с измеримой вычислительной мощностью и полезностью

Сеть уже обрабатывает транзакции и хранит данные на распределенных узлах, что представляет собой функционирующую инфраструктуру, а не обещания будущего развития.

Практическое применение вне теории

Четырехслойная архитектура позволяет реализовать несколько конкретных сценариев:

• Конфиденциальность моделей ИИ — обучение моделей машинного обучения на чувствительных данных без раскрытия исходных данных
• Конфиденциальные рынки данных — покупатели и продавцы совершают сделки без раскрытия деталей транзакций или содержимого датасетов
• Медицинские записи — пациенты авторизуют доступ к определенным данным, сохраняя полную конфиденциальность
• Конфиденциальность финансовых транзакций — расчеты происходят с полной проверкой, но без раскрытия суммы или сторон

Преимущество архитектуры

Структура сети Zero Knowledge Proof сознательно разделяет функции консенсуса, безопасности, хранения и выполнения на модульные слои, которые работают с высокой степенью независимости, сохраняя при этом координацию. Такой дизайн обеспечивает сохранение конфиденциальности, эффективное масштабирование и проверку вычислений ИИ. Инфраструктура уже сегодня функционирует как рабочее оборудование, а не только теоретический потенциал, что связывает ценность сети с реальными ресурсами и вычислительной мощностью.