Масштабування блокчейну: чому багаторівнева архітектура важлива для доказів із нульовим знанням

Коли оцінюється криптографічна інфраструктура на 2025 рік, архітектурний дизайн стає так само важливим, як і базова технологія. Zero Knowledge Proof вирізняється завдяки ретельно розробленому підходу шарів блокчейну, де механізми консенсусу, криптографічна безпека, управління даними та виконання смарт-контрактів працюють як незалежні, але скоординовані системи. Такий модульний дизайн усуває вузькі місця, що характерні для традиційних монолітних ланцюгів.

Архітектурна перевага: чотири окремі функції

Більшість усталених блокчейнів об’єднують підтвердження консенсусу, зберігання даних і обробку транзакцій у один шар, створюючи обчислювальні затори. Zero Knowledge Proof інвертує цей підхід, розподіляючи відповідальність:

• Шар консенсусу – підтверджує активність мережі за допомогою гібридного Proof of Intelligence (PoI) та Proof of Space (PoSp)
• Шар безпеки – керує приватністю за допомогою zk-SNARKs і zk-STARKs без розкриття чутливих даних
• Шар зберігання – розділяє індексування на ланцюгу та архівування поза ланцюгом за допомогою Patricia Tries, IPFS і Filecoin
• Виконавче середовище – обробляє смарт-контракти через EVM і WASM runtime системи

Цей модульний шарів блокчейну дозволяє кожному компоненту оптимізуватися незалежно, залишаючись синхронізованим через скоординовані протоколи обміну повідомленнями.

Консенсус через механізми доказу

Шар консенсусу використовує фреймворки Substrate BABE і GRANDPA у поєднанні з дворазовим оцінюванням доказів. BABE генерує блоки кожні шість секунд (регульовано від трьох до дванадцяти секунд) за допомогою криптографічного VRF-вибору. GRANDPA досягає остаточності за 1–2 секунди, закріплюючи транзакції без можливості скасування.

Оцінювання валідаторів базується на трьох входах:

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

Ця зважена система одночасно винагороджує валідаторів за обчислювальний інтелект, обсяг зберігання та економічну відданість. Цикли епох тривають приблизно 2 400 блоків (чотири години), а нагороди розподіляються між усіма трьома векторами внеску.

Криптографічна приватність без довіри

Шар безпеки реалізує системи доказів з нульовим розкриттям, що дозволяють підтверджувати правильність без розкриття даних. Два основні типи доказів мають різні профілі продуктивності:

zk-SNARKs стискають докази до 288 байт із затримкою підтвердження близько 2 мілісекунд, але вимагають довірчого налаштування.

zk-STARKs розширюються до приблизно 100 КБ, але не потребують довірчого налаштування і завершують підтвердження за приблизно 40 мілісекунд.

Додаткова криптографічна інфраструктура включає Мультипартійні обчислення для розподіленої довіри, Гомоморфне шифрування для сліпих обчислень і двонаправлені підписи (ECDSA і EdDSA). Процес генерації доказів — Визначення схеми → Генерація свідчень → Створення доказу → Перевірка — підтримує паралельну обробку, що дозволяє валідувати завдання штучного інтелекту в реальному часі по всій мережі.

Організація та пошук даних

Шар зберігання розділяє питання швидкого доступу до даних на ланцюгу та довгострокового архівування поза ланцюгом. Дані на ланцюгу використовують Patricia Tries, що забезпечують пошук з затримкою менше ніж 1 мілісекунда (приблизно 1 мс). Зовнішнє зберігання базується на системі IPFS з хешами за контентом і економічною моделлю Filecoin для постійної доступності даних.

Цілісність даних підтверджується за допомогою перевірки Merkle Tree. Оцінка PoSp відображає стан зберігання мережі:

PoSp Score = (Зберігання × Uptime) / Загальний обсяг зберігання мережі

Мережі з активною участю у зберіганні та високою доступністю отримують вищі мультиплікатори оцінки, створюючи економічні стимули для збереження даних.

Пошук даних поза ланцюгом масштабується до приблизно 100 МБ за секунду у розподілених мережах з понад 1 000 учасниками.

Обчислення та виконання контрактів

Виконавче середовище використовує сумісність з Ethereum Virtual Machine (EVM) для портативності додатків і WebAssembly (WASM) для обчислювально інтенсивних завдань, зокрема для AI. ZK Wrappers з’єднують шар виконання з шаром безпеки, забезпечуючи приватне виконання контрактів.

Управління станом базується на Patricia Tries з операціями читання/запису за 1 мілісекунду. Пропускна здатність масштабується так:

• Базова пропускна здатність: 100–300 транзакцій за секунду
• Масштабована пропускна здатність: 2 000 транзакцій за секунду

Життєвий цикл транзакції: підтвердження консенсусу → генерація доказу безпеки → виконання смарт-контракту → фіксація у зберіганні, з затримкою синхронізації між 2–6 секунд по мережі.

Показники енергоефективності та продуктивності

Модель безпеки з нульовим розкриттям, що не вимагає багато ресурсів (з низьким споживанням енергії для зберігання), споживає приблизно у 10 разів менше енергії, ніж альтернативи Proof of Work.

Ключові показники продуктивності:

• Остаточність блоку: 1–2 секунди
• Інтервал блоку: 3–12 секунд (регульовано)
• Перевірка доказу zk-SNARK: ~2 мілісекунди
• Пропускна здатність мережі: 100–300 TPS (базова), 2 000 TPS (масштабована)

Практичні застосування

Архітектура шарів блокчейну дозволяє три основні сценарії використання:

Конфіденційне машинне навчання – навчальні набори даних залишаються зашифрованими, а підтвердження правильності обчислень підтверджують їхню точність.

Приватні обміни даними – передача чутливих ринкових даних із криптографічною гарантією приватності.

Медичні та фінансові записи – незмінне збереження без розкриття особистої інформації мережевим спостерігачам.

Інтеграція апаратного забезпечення: Proof Pods

Proof Pods функціонують як інтегровані апаратні вузли, що безпосередньо підключаються до всіх чотирьох архітектурних шарів. Кожен Pod одночасно підтверджує консенсус, генерує нульові знання, керує зберіганням і виконує обчислювальні завдання.

Заробітки залежать від рівня апаратного забезпечення:

• Pod рівня 1: ~$1 щоденний дохід
• Pod рівня 300: ~$300 щоденний дохід

Дохід базується на фактичному обчислювальному внеску, а не на спекулятивній оцінці токенів.

Порівняння моделей розробки

Інфраструктурний підхід Zero Knowledge Proof контрастує з традиційними запуском блокчейнів:

Звичайна модель: залучення капіталу → розробка інфраструктури → спекуляція на цінності

Модель ZKP: інвестиції в інфраструктуру ($17M у розгорнуті Pod) → запуск живої мережі → цінність, прив’язана до вимірюваної обчислювальної потужності

Різниця проявляється в операційній реальності: система активно підтверджує транзакції та архівує дані вже при запуску мережі, а не обіцяє майбутню функціональність.

Розділення шарів блокчейну створює архітектурну стійкість — кожен компонент може розвиватися незалежно, без каскадних збоїв інших систем. Комбінація модульного дизайну, криптографічної приватності та апаратної валідації закладає основу для масштабованих приватних обчислень із збереженням приватності.