Polygon Miden : 基于 ZK-Rollup 的 STARK

Polygon Hermez 是一个为帮助在以太坊上进行便宜且安全的转账/支付而优化的 ZK-Rollup。Polygon Nightfall 是一个为企业提供隐私保护的 ZK-Rollup。今天将介绍 Polygon Miden，一个基于 STARK 的 ZK-Rollup 。

Bobbin Threadbare 负责 Polygon Miden 的开发工作。他对零知识做出的贡献包括领导 Distaff VM 和 Winterfell 的开发，两者都是 Polygon Miden 框架的核心组成部分。

GenSTARK:

Bobbin Threadbare 进入 STARK 系统始于 2019 年，当时他开发了一个基于 STARK 的验证器 —— GenSTARK，能为任意类型的计算生成证明，但对开发者并不友好。Bobbin Threadbare 想解决这个问题。

Distaff VM:

他开始更多地考虑基于 STARK 的虚拟机。在 2020 年 2 月他写了一篇文章 “基于 STARK 的虚拟机概览（A sketch for a STARK based VM）” ，当年 4 月他开始了 Distaff VM 的开发。

Distaff VM 是一个基于 STARK 的 zk-VM （零知识虚拟机）。

每当一个程序在 zk-VM 内执行时，将生成一个执行零知识证明来验证程序是否正确运行。有两种方法可以在这里用于知识证明：SNARK 证明，或 STARK 证明。根据 Github 页面，" 在 Distaff VM 上执行的任何程序，都会自动生成一个基于 STARK 的执行证明。任何人都可使用这个证明来验证一个程序是否被正确执行，无需重新执行该程序，甚至无需知道该程序是什么。"

Miden VM 所做的，是将 Distaff VM 加入一个更有效的证明系统 —— Winterfell 。

Winterfell:

在开发 Distaff VM 的一年后，Bobbin 领导了 Winterfell 的开发。Winterfell 是一个全功能的、多线程的、适用于任意计算的 STARK 证明器和验证器 。本质上讲，它是 GenSTARK 的性能更强、最新的版本。

Polygon Miden 是一个基于通用 STARK 的通用型 ZK-Rollup 。我们把它分解一下。

在 ZK-Rollups 中，用户将交易发送给系统操作员，后者将尽可能多的交易汇总成一批次的交易。一旦这批交易被执行，就会产生一个零知识证明，证明在这批交易中执行的所有交易都是正确的。这些零知识证明代表了账本的状态变化。

使用 ZK-Rollup 有几个优势，包括：

ZK-Rollups 依赖于有效性证明，有效性证明可通过两种方式实现：SNARK 或 STARK 。

SNARK 和 STARK 都是零知识证明技术，即一个人可以向另一个人证明某件事情是有效的，而不需要透露除了声明的有效性以外的任何信息。这意味着 ZK 技术既可保护隐私也可实现可扩展性。

零知识证明的工作原理如下：

SNARK:

ZK-SNARK 是在 2012 年 1 月由加州大学伯克利分校的教授 Alessandro Chiesa 首次提出。SNARK 证明先于 STARK 出现，它在采用方面会略为领先。Z-Cash 是第一个普及 SNARK 的用例，Loopring 和 JP 摩根也采用了 SNARK 技术。SNARK 拥有更多已发布的代码、开发者库、项目和开发者信息，以供人们使用和学习。

SNARK 的安全依赖于椭圆曲线，这意味着不具备抗量子性。

SNARK 需要一个可信设置来启动整个证明系统。这类似于制定规则，当规则建立好之后，就生成密钥，用于产生 SNARK 证明，以及验证这些证明。因此，如果有人获得了这些密钥，他们就能够产生虚假的证明，从本质上欺骗这个系统。这就是为什么在最初的可信设置阶段之后，立即销毁密钥是非常重要的。我们相信参与这个可信设置的各方确实销毁了这些钥匙。

另外，SNARK 的证明较小，链上数据存储较少，使终端用户支付的 gas 较少。

STARK:

尽管 SNARK 对开发者更友好，对终端用户需要更少的 gas，但 STARK 提供了一些独特的优势。Eli Ben-Sasson、Iddo Bentov、Yinon Horeshy 和 Michael Riabzev 在 2018 年首次提出 STARK 概念。

STARK 的优势之一是它依靠哈希函数而不是椭圆曲线，意味着它是量子安全的，这在未来相当重要。

STARK 的另一巨大优势是透明性，即无需可信设置。

这些优势非常显著，但代价是 gas 费。STARK 的证明要大得多，需要更长的时间来验证证明，所以终端用户要支付更多的 gas。

在我看来，STARK 系统更优越，只是出现较晚，还无法像 SNARK 那样被广泛采用，这也是为什么我超级看好像 Starkware 和 Polygon Miden 这样的项目，它们实际上正在努力将 STARK 技术引入主流。

ZK-Rollups 可分为两种类别 ，一种是定制专用型 Rollup，一种是通用型 Rollup 。

定制化的 Rollups 程序专门针对某个领域或场景。例如一个 ZK-Rollup 可以用来处理支付，而另一个 Rollup 可以用来处理 NFT 铸造和销售。

通用的 Rollups 可以处理任何类型的逻辑。在一个通用的 Rollup中，可执行所有在以太坊上执行的逻辑。建立一个通用的 ZK-Rollups 需要 zk-VM，更具难度。

虚拟机（VM）接收且执行一些初始状态和一组程序，并给出一个最终状态，以及一个说明所有交易是正确的证明。最关键的是，虚拟机可以接收任意数量的不同的程序，并同时执行它们，和生成一个验证所有程序的证明。

Polygon Miden 的 Miden VM:

Miden VM 本质上是 Distaff VM，由 Winterfell 作为后端验证器。Miden VM 的一些亮点包括：

Miden v0.1 于 2021 年 12 月发布。在接下来的几个月里，团队的目标是基于这个版本持续增加更多的功能。v0.2 将涉及增加内存，v0.3 将涉及增加存储。主网预计将在 2023 年第一季度推出。

Polygon Miden 的目标是使用 Miden VM 建立一个 ZK-Rollup，使这个虚拟机运行零知识逻辑成为可能。任何项目都可在这个 ZK-Rollup 上部署他们的智能合约。

该 ZK-Rollup 与其它大多数 ZK-Rollup 的不同之处在于，Miden 生成了 STARK 证明。虽然使用 STARK 证明的成本更高，但会更安全。

另外，正如 Miden 创始人 Bobbin 所提到的，在未来的某个时间点，他将开始研究递归 STARK 证明 —— 使基于 STARK 的 Rollup 更加便宜。递归 STARK 基本上就是对 1000 个 SNARK 证明生成一个 STARK 证明。一旦在 Polygon Miden 上获得递归证明，该团队将开始为网络添加隐私功能。

主网启动时，Polygon Miden 的采用情况将是非常乐观的。目前像 DYDX 和 Immutable 这样的项目是基于 STARK 系统的成功的典范。

总之，我对建立在 Polygon 这样一个对用户友好平台之上的，基于 STARK 的 ZK-Rollup的潜力感到非常兴奋。