詳解Merlin Chain技術架構

2024-04-04 14:04:06

原文作者：熵時 Vincent

比特幣減半臨近，對於如何提高 $BTC 資金利用率的關注日益增加，比特幣二層的發展成為焦點。在此背景下，Merlin Chain 迅速嶄露頭角，質押活動开啓僅一個月內 TVL 超過 35 億美元。本月，Merlin Chain 推出了 M-Token，隨着流動性的逐步釋放，市場熱度不斷攀升，其技術設計備受矚目。

Merlin Chain 在 ZK-Rollup 的基礎上，引入了去中心化的 Oracle 網絡，並採用了 Celestia 作為 DA 層。這一技術架構賦予了 Merlin Chain 強大的性能，同時為比特幣網絡提供了增強支持。

在本文中，我們將深入探討 Merlin Chain 的技術特點和創新之處。

高度擴展的 ZK-Rollup

Merlin Chain 提出了基於 Taproot 的聚合零知識證明和 Rollup 數據寫入比特幣主網的解決方案，實現了高度擴展的 ZK-Rollup，解決了比特幣網絡的圖靈不完備性。

該網絡將交易數據匯總並壓縮成批次，再通過零知識證明提交到比特幣主網的 Taproot 中。重要組件包括節點、zkProver 和數據庫，三者共同完成數據交換和存儲，確保交易處理和驗證過程的順利進行：

節點：負責處理和傳輸交易數據，以及與 zkProver 和數據庫進行交互

將 Merkle Tree 的內容發送到數據庫，並存儲於其中
將輸入交易發送給 zkProver 進行處理
與 zkProver 交互，確保交易的有效性和正確性

zkProver：利用 SNARK 技術生成零知識證明，證明交易的有效性和正確性

包含 13 種狀態機，分為主狀態機和子狀態機（如 BinarySM、StorageSM、MemorySM、ArithmeticSM 等）
執行復雜的數學計算，使用 PIL（Polynomial Identity Language）描述交易執行過程中的狀態轉換和約束條件，將其轉換為多項式約束或多項式身份，並在智能合約上進行驗證
與節點和數據庫交互，獲取信息以生成可驗證的交易證明，包括 Merkle Root、相關的兄弟密鑰和哈希值等信息
將生成的交易證明發送回節點，以便節點進一步驗證並記錄，確保交易的合法性和安全性

數據庫：用於存儲重要的數據，如 Merkle Tree 的內容和交易信息

接收並存儲由節點發來的 Merkle Tree 的內容
為 zkProver 提供生成交易證明所需的信息

這一模式為 Merlin 帶來了諸多好處：

安全性：繼承比特幣安全 bu 性，提供 L2 批量處理可擴展性，確保了數據在比特幣中錨定並不可篡改
EVM 兼容性：支持現有智能合約和工具，確保互操作性
低成本：利用 ZK 證明和 zkSNARK 技術減少 L1 空間消耗，優化交易成本
高性能：通過頻繁的有效性證明確保交易的快速最終性，遞歸 STARK 實現可擴展性，應對高並發和大規模用戶需求

去中心化 Oracle 網絡

Merlin Chain 採用了分布式 Oracle 網絡。序列節點負責收集和批量處理交易，生成壓縮的交易數據、ZK 狀態根和證明。這些數據由 Oracle 網絡執行電路編譯並上傳到比特幣主網的 Taproot 中，使其對整個網絡公开可訪問。具體機制如下：

採用專門設計用於 ZK 證明的防欺詐機制，以在比特幣上提供最終確認
所有原始數據存儲在 Oracle 網絡中，對應的狀態根存儲在比特幣網絡中
用戶可以隨時檢索 Merlin Chain 上的所有聚合交易
用戶通過 ZK 證明驗證數據的正確性和有效性，而無需暴露具體數據內容

通過分散權力和數據，Merlin Chain 能夠抵御單點故障和中心化帶來的風險。同時，系統採用了多重籤名和冷存儲技術，以確保質押資產的安全性。所有的質押和獎勵分配過程都是公开透明的，用戶可以隨時查看自己的質押狀態和預期收益。

節點質押的設計如下：

多樣化資產：支持 $BTC、$MERL 以及其他主流 BRC 20 資產的質押，提升靈活性與抗風險能力
智能合約管理：所有的代理質押和獎勵分配都將通過智能合約自動執行，確保過程的不可篡改性和公正性
實時監控：用戶可以實時查看自己的代理質押狀態和收益情況，以及代理節點的表現記錄
退出機制：系統提供了靈活的退出機制，用戶可以隨時撤回自己的資產，保障資金的流動性

數據可用性

Merlin Chain 使用 Celestia 作為數據可用性層，確保了區塊數據的可驗證發布，增強了網絡的透明度和可信度：

Celestia 提供公共數據可用性保證，允許所有人查看和存儲 Merlin Chain 的狀態
一旦數據在 Celestia 上發布並確認可用，Rollups 和應用程序負責將其歷史數據存儲起來
節點在接收到新的區塊時，會驗證數據的可用性，確保網絡中的數據完整且一致

零知識證明兩步提交機制

Merlin Chain 將在後續採用 Lumoz 提出的零知識證明（ZKP）兩步提交機制，實現去中心化 PoW：

提交哈希值

證明者為特定的序列生成 ZKP，需要首先計算 (proof/address) 的哈希值，並將該哈希值連同他們的地址一起提交到鏈級智能合約
proof 表示該序列的 ZKP，而 address 則標識了證明者身份
初始證明者的哈希提交不受限制，在接下來的 T+ 10 個區塊內被處理和接受；在第 T+ 11 個區塊之後，新的證明者將不被允許提交額外的哈希值

提交 ZKP

在第 T+ 11 個區塊之後，任何證明者都可以提交完整的 ZKP
一個經過驗證的 ZKP 可以用來驗證之前提交的所有哈希值
證明者將根據質押的比例獲得 PoW 獎勵

此機制可以有效激勵礦工保持在线，確保穩定的計算環境，進一步增強網絡的安全性和可靠性：

防止競速攻擊：防止惡意參與者試圖通過快速提交大量證明來幹擾或破壞系統的正常運行
鼓勵穩定參與：通過獎勵激勵礦工提供穩定和持續的 ZKP 算力，增強網絡的安全性和可靠性
確保系統效率：確保高效性和公平性，避免資源浪費和網絡擁塞，同時提高整體系統的性能和穩定性

基於比特幣的欺詐證明

Merlin Chain 將在後續引入欺詐證明機制，以進一步確保數據的完整性和安全性。

該機制涉及兩個角色，證明者（Prover）和驗證者（Verifier），具體實現路徑如下：

證明者和驗證者預先籤署了一系列交易，確保他們之間可以啓用挑战-響應機制
證明者將要驗證的程序轉換為一個包含許多 NAND 邏輯門的二進制電路，以確保數據的完整性和正確性
每個邏輯門都有一個葉腳本，用於定義和描述該邏輯門的行為和功能
證明者將這個大型二進制電路中的每個邏輯門的葉腳本都放入一個 Merkle Tree 中，並將 Merkle Root 提交到 Taproot 地址
驗證者從這個 Taproot 地址提取 Merkle Root，並驗證其有效性
如果驗證者懷疑證明者提交的 Merkle Root 存在問題，比如數據不正確或者欺詐行為，可以啓用挑战-響應機制，向證明者發起挑战，要求他們提供相應的葉腳本或者其他證明，以證明 Merkle Root 的正確性
證明者需要根據挑战提供相應的證據，證明他們所提交的 Merkle Root 是正確的
驗證者會對這些證據進行驗證，確保證明的正確性和數據的完整性