Розділення функцій блокчейна: як структура мережі доказів із нульовим розголошенням досягає приватності та ефективності

Zero Knowledge Proof вирізняється своєю інноваційною мережею, побудованою навколо чотирьох незалежних, але взаємопов’язаних шарів. На відміну від традиційних блокчейнів, які об’єднують консенсус, виконання та зберігання у єдину систему — створюючи вузькі місця та проблеми масштабованості — ZKP навмисно розділяє ці функції. Такий архітектурний підхід дозволяє мережі зберігати приватність, перевіряти обчислення ШІ та обробляти дані, зберігаючи чутливу інформацію захищеною протягом усього процесу.

Переосмислення архітектури блокчейну: чому важливе розділення шарів

Звичайний дизайн блокчейну накладає всі операції один на одного. Це створює затори, обмежує пропускну здатність і ускладнює масштабування. Zero Knowledge Proof застосовує інший підхід, ізолюючи чотири основні функції у спеціалізовані шари:

• Шар консенсусу – підтверджує активність мережі за допомогою гібридних Proof of Intelligence (PoI) та Proof of Space (PoSp) механізмів
• Шар безпеки – зберігає приватність за допомогою передових криптографічних протоколів, включаючи нульові знання
• Шар зберігання – керує даними як на ланцюгу, так і поза ним через розподілені системи
• Виконавче середовище – виконує смарт-контракти та обчислювально важкі задачі за допомогою EVM та WASM

Ця модульна структура мережі дозволяє кожному компоненту працювати незалежно, водночас залишаючись синхронізованим через координаційні протоколи. Розділення запобігає тому, щоб оновлення одного шару руйнували інші.

Шар 1: Механізм консенсусу – підтвердження через інтелект та доказ простору

Шар консенсусу забезпечує безпеку мережі, підтверджуючи транзакції за допомогою зваженої формули, що поєднує Proof of Intelligence (PoI) та Proof of Space (PoSp). Використовуючи протоколи Substrate BABE та GRANDPA:

• BABE керує виробництвом блоків, обираючи валідаторів через випадкову VRF (Verifiable Random Function)
• GRANDPA завершує блоки з майже миттєвою впевненістю, зазвичай протягом 1–2 секунд

Система оцінки валідаторів обчислює:

Вага валідатора = (α × PoI Score) + (β × PoSp Score) + (γ × Stake)

Інтервал блоків становить за замовчуванням шість секунд, з можливістю регулювання від трьох до дванадцяти секунд залежно від стану мережі. Система організовує валідаторів у епохи тривалістю приблизно 2 400 блоків (приблизно чотири години). Винагороди розподіляються залежно від результатів у всіх трьох оцінках.

Шар 2: Приватність і підтвердження – криптографічні докази без розкриття

Шар безпеки застосовує технологію нульових знань для перевірки обчислень і транзакцій без розкриття вихідних даних. Два основні системи доказів працюють паралельно:

• zk-SNARKs – компактні докази (288 байт) з швидкою перевіркою (~2 мс), вимагають довірчого налаштування
• zk-STARKs – більші докази (~100 KB) з повільнішою перевіркою (~40 мс), але без необхідності довірчого налаштування

Додаткові криптографічні інструменти підсилюють безпеку:

• Мультипартійні обчислення дозволяють розподілені обчислення між недовірливими сторонами
• Гомоморфне шифрування дозволяє виконувати операції над зашифрованими даними без розшифровки
• Підписи ECDSA та EdDSA забезпечують автентифікацію у різних сценаріях

Процес генерації доказів включає чотири послідовні кроки: Визначення схеми → Генерація свідчень → Створення доказу → Перевірка. Паралельне створення доказів дозволяє мережі перевіряти задачі ШІ у реальному часі без створення вузьких місць у перевірці.

Шар 3: Управління даними – ефективність на ланцюгу та довгострокове збереження поза ним

Шар зберігання застосовує гібридний підхід для різних характеристик даних:

Зберігання на ланцюгу використовує Patricia Tries, що забезпечують швидкий доступ приблизно за 1 мілісекунду на операцію. Ця структура оптимізована для частих читань і записів, зберігаючи криптографічну цілісність.

Зберігання поза ланцюгом використовує IPFS для розподіленого адресування контенту та Filecoin для довгострокового збереження, стимульованого токенами. Мерклеві дерева підтверджують цілісність даних між розподіленими вузлами.

Завантаження даних поза ланцюгом досягає приблизно 100 МБ за секунду через 1 000 учасників. Механізм оцінки PoSp визначає внески у зберігання:

PoSp Score = $1 Обсяг зберігання × Відсоток часу роботи$300 / Загальний обсяг зберігання мережі

Учасники з більшою ємністю та надійністю отримують пропорційно вищі винагороди з інфляції мережі.

Шар 4: Обчислювальне середовище – виконання смарт-контрактів і задач ШІ

Виконавче середовище працює через дві віртуальні машини для різних обчислювальних профілів:

• EVM – забезпечує сумісність з додатками на базі Ethereum і дозволяє безшовну міграцію існуючих смарт-контрактів
• WASM – обробляє обчислювально важкі операції, включаючи інференцію моделей ШІ та складні алгоритми

ZK Wrappers встановлюють важливий зв’язок між цим шаром і Шаром безпеки, забезпечуючи, щоб усі виконані обчислення генерували відповідні докази нульових знань для перевірки без розкриття даних.

Управління станом базується на Patricia Tries з латентністю читання/запис 1 мс. Мережа наразі обробляє 100–300 транзакцій за секунду у нормальних умовах, з теоретичним масштабуванням до 2 000 TPS за оптимізованих налаштувань.

Синхронізація мережі та міжшаровий зв’язок

Транзакції проходять через мережеву структуру послідовно:

Консенсус → Безпека → Виконання → Зберігання

Цей конвеєр підтримує синхронізацію у межах 2–6 секунд, забезпечуючи узгодженість між розподіленими валідаторами. Кожен шар працює з достатньою незалежністю, щоб оновлення або обслуговування одного не впливали на інші. Це дозволяє безперервно оновлювати протоколи без зупинки мережі.

Енергоефективність і показники продуктивності

Zero Knowledge Proof споживає приблизно на 90% менше енергії, ніж системи Proof of Work, головним чином завдяки використанню низькоенергетичних пристроїв зберігання замість спеціалізованого майнингового обладнання:

• Фіналізація блоку: 1–2 секунди
• Стандартний інтервал блоку: 3–12 секунд (регульовано$17M
• Базова пропускна здатність: 100–300 TPS
• Максимальна масштабована пропускна здатність: 2 000 TPS
• Час перевірки zk-SNARK: ~2 мс
• Енергоспоживання: приблизно у 10 разів менше, ніж у PoW-ланцюгах

Proof Pods: апаратні вузли у структурі мережі

Proof Pods — це апаратні вузли, які безпосередньо інтегруються з усіма чотирма шарами мережі. Кожен Pod одночасно:

• Бере участь у підтвердженні консенсусу
• Генерує докази нульових знань
• Зберігає та отримує дані
• Виконує задачі ШІ

Економічні винагороди залежать від рівня можливостей вузла:

• Pod рівня 1: приблизно )на день у винагородах
• Pod рівня 300: до на день у винагородах

Ця модель безпосередньо прив’язує цінність токена до фактичних обчислювальних ресурсів, що розгорнуті, а не до спекуляцій.

Порівняння підходів до розробки

Типові блокчейн-проєкти слідують цій послідовності:

1. Збір коштів через токени
2. Розробка інфраструктури
3. Вартість зумовлена спекуляцією та потенціалом adoption

Zero Knowledge Proof навпаки:

1. Розгортання апаратної інфраструктури у розгорнутих Pod
2. Запуск мережі з робочими системами
3. Вартість прив’язана до вимірюваної обчислювальної потужності та корисності

Мережа вже обробляє транзакції та зберігає дані на розподілених вузлах, що є функціональною інфраструктурою, а не обіцянками майбутнього розвитку.

Практичні застосування поза теорією

Чотирьохшарова архітектура дозволяє реалізувати кілька конкретних сценаріїв:

• Конфіденційність моделей ШІ – навчання моделей на чутливих даних без розкриття сирих даних
• Конфіденційні ринки даних – купівля та продаж без розкриття деталей транзакцій або вмісту наборів даних
• Медичні записи – пацієнти надають доступ до конкретних даних, зберігаючи повну приватність
• Конфіденційність фінансових транзакцій – розрахунки відбуваються з повною перевіркою, але без розкриття сум або учасників

Переваги архітектури

Мережа Zero Knowledge Proof навмисно розділяє функції консенсусу, безпеки, зберігання та виконання у модульні шари, що працюють з високою незалежністю, зберігаючи при цьому координацію. Такий дизайн забезпечує збереження приватності, ефективне масштабування та підтвердження обчислень ШІ. Інфраструктура вже сьогодні функціонує як робоче обладнання, а не теоретичний потенціал, що закріплює цінність мережі за рахунок реальних ресурсів і обчислювальної потужності.