پروتکل Circle STARKs: ارتقاء امنیت و کارایی بلاکچین

ویتالیک بوترین، یکی از بنیانگذاران اتریوم، با معرفی پروتکل رمزنگاری جدیدی به نام Circle STARKs، به دنبال بهبود چشمگیر امنیت و کارایی در حوزه بلاکچین است.

این پروتکل با بهره‌گیری از فیلدهای کوچک‌تر در علم رمزنگاری، قادر است سرعت اثبات تراکنش‌ها را به طور قابل توجهی افزایش دهد و همزمان موجب کاهش هزینه‌های محاسباتی بدون خدشه‌دار کردن امنیت شبکه شود.

Circle STARKs: غلبه بر چالش‌های امنیتی با فیلدهای کوچک‌تر

بوترین در مقاله‌ای با عنوان «بررسی Circle STARKs» به تشریح این پروتکل می‌پردازد. او اذعان می‌کند که مهم‌ترین روند در طراحی پروتکل‌های اثبات دانش مقیاس‌پذیر شفاف (STARKs) طی دو سال اخیر، گرایش به استفاده از فیلدهای کوچک‌تر بوده است.

پروتکل‌های سنتی STARKs عموماً از فیلدهای ۲۵۶ بیتی استفاده می‌کنند. این رویکرد در حالی که امنیت بالایی را به همراه دارد، اما از کارایی پایین‌تری برخوردار است.

در مقابل، Circle STARKs با به‌کارگیری فیلدهای کوچک‌تر مانند Mersenne31، موفق به ارتقای چشمگیر سرعت اثبات و کارایی محاسباتی شده است. برای نمونه، این پروتکل جدید قادر است بر روی یک لپ‌تاپ M3، تا ۶۲۰ هزار هش Poseidon2 را در ثانیه تأیید کند که پیشرفتی قابل توجه نسبت به پیاده‌سازی‌های گذشته به شمار می‌رود.

با وجود این مزایا، استفاده از فیلدهای کوچک‌تر با چالش‌های ذاتی امنیتی همراه است. تعداد محدود مقادیر ممکن در این فیلدها، آن‌ها را در برابر حملات brute-force آسیب‌پذیر می‌سازد.

Circle STARKs این مشکل را با اجرای چندین بررسی تصادفی و استفاده از فیلدهای الحاقی برطرف می‌کند. این رویکرد مجموعه مقادیر قابل حدس برای مهاجمین را گسترش داده و یک مانع محاسباتی ایجاد می‌کند که ضمن پیچیده‌تر ساختن حملات، یکپارچگی پروتکل را نیز حفظ می‌نماید.

بوترین اذعان می‌کند که پیاده‌سازی‌های پیشین STARKs باوجود سازگاری با امضاهای مبتنی بر منحنی بیضوی، به دلیل اعداد بزرگ درگیر در محاسبات، کارایی لازم را ارائه نمی‌دادند. Circle STARKs با غلبه بر این محدودیت‌ها، موفق به ارتقای کارایی اثبات بدون خدشه‌دار کردن امنیت شبکه شده است.

یکی از جنبه‌های کلیدی Circle STARKs، معرفی اثبات‌های تعاملی اوراکل Reed-Solomon سریع (Circle FRI) است. این فناوری تضمین می‌کند که یک تابع به درجه خاصی چندجمله‌ای است و با اطمینان از شکست ورودی‌های غیرچندجمله‌ای در اثبات، یکپارچگی فرآیند رمزنگاری را حفظ می‌نماید. رویکرد نوآورانه Circle FRI انعطاف‌پذیری و تطبیق‌پذیری بیشتری را برای Circle STARKs به ارمغان آورده و عملکرد محاسباتی کارآمدتری را رقم می‌زند.

پیچیدگی کم برای توسعه‌دهندگان

بوترین همچنین تاکید می‌کند که Circle STARKs در مقایسه با STARKهای استاندارد، پیچیدگی اضافی اندکی را برای توسعه‌دهندگان ایجاد می‌کند.

تفاوت‌های اصلی در هنگام پیاده‌سازی آن‌ها به سه موضوع کلیدی محدود می‌شود. درک اصول ریاضی پشت چندجمله‌ای‌های استفاده‌شده در Circle FRI در ابتدا کمی دشوار است، اما این پیچیدگی تا حد زیادی از دید توسعه‌دهندگان پنهان شده و خللی در روند توسعه ایجاد نمی‌کند.

درک Circle FRI و تبدیل سریع فوریه دایره‌ای (Circle FFT) می‌تواند زمینه‌ای ارزشمند برای درک سایر FFT‌های تخصصی مانند FFT‌های میدان باینری مورد استفاده در سیستم‌هایی مانند Binius و LibSTARK و همچنین سازه‌های پیچیده‌تر نظیر FFT‌های منحنی بیضوی فراهم آورد.

با نگاه به آینده، بوترین پیش‌بینی می‌کند که تمرکز بهینه‌سازی STARKها بر محاسبه هسته اولیه مانند توابع درهم‌سازی و امضاها معطوف شود. ترکیب تکنیک‌هایی مانند Mersenne31، BabyBear و روش‌های میدان باینری مانند Binius، به محدودیت کارایی «لایه پایه» STARKها نزدیک می‌شود.

پیشرفت‌های آتی به احتمال زیاد بر توسعه سازه‌های بازگشتی برای امکان موازی‌سازی بیشتر، محاسبات ماشین‌های مجازی (VM) برای بهبود تجربه توسعه‌دهنده و رسیدگی به سایر وظایف پیشرفته تمرکز خواهد کرد.

منبع : Cryptonews