Phân tích sâu về Miden: Một Kiến trúc Máy ảo Zero-Knowledge Hiệu suất cao Dựa trên STARK

Trung cấp5/16/2025, 1:07:18 AM
Một phân tích sâu về kiến trúc máy ảo Miden được ra mắt bởi Polygon Labs, khám phá cách nó đạt được các giải pháp ZK-Rollup hiệu suất cao, có khả năng mở rộng và bảo vệ quyền riêng tư thông qua công nghệ chứng minh zero-knowledge STARK, giúp cơ sở hạ tầng Web3 tiến vào một kỷ nguyên mới.

1. Giới thiệu

Với sự sâu rộng liên tục của ứng dụng blockchain ở quy mô lớn, bảo vệ quyền riêng tư và khả năng mở rộng đã trở thành những thách thức cốt lõi đang chờ đợi giải pháp khẩn cấp trong ngành công nghiệp. Sự xuất hiện của công nghệ Zero-Knowledge Proof (ZKP) cung cấp một con đường khả thi để đồng thời giải quyết cả hai vấn đề. Như nhà sáng lập Ethereum Vitalik Buterin đã nói, “Các chứng minh zero-knowledge (ZK-SNARKs) cực kỳ hiệu quả có thể tiết lộ đủ thông tin để chứng minh tính hợp lý của chúng ta trong khi bảo vệ quyền riêng tư của danh tính của chúng ta” . Trong một bài đăng gần đây có tiêu đề 《Tại sao tôi ủng hộ quyền riêng tư》, ông cũng nhấn mạnh: “Hỗ trợ quyền riêng tư cho mọi người, và làm cho các công cụ cần thiết mã nguồn mở, phổ biến, đáng tin cậy và an toàn, là một trong những thách thức quan trọng của thời đại chúng ta.”

Quyền riêng tư không chỉ là quyền cá nhân mà còn là nền tảng của sự phi tập trung và chống kiểm duyệt. Trong khi đó, ZK-Rollup, với tư cách là công ty hàng đầu trong các giải pháp Layer 2, đang phát triển nhanh chóng, từ các giải pháp ban đầu tập trung vào khả năng mở rộng như zkSync và Optimism, cho đến zkEVM ngày nay, không ngừng tìm kiếm sự cân bằng giữa hiệu suất và khả năng tương thích. Miden đã nổi lên trong bối cảnh này như một giải pháp hoàn toàn mới — nó không chỉ tận dụng hiệu quả của STARK (Scalable Transparent ARguments of Knowledge: một công nghệ bằng chứng không kiến thức cho phép người khác xác minh kết quả nhanh chóng và tự tin mà không tiết lộ chi tiết tính toán, với bảo mật mạnh mẽ, khả năng chống lượng tử và không cần bất kỳ "bên thứ ba đáng tin cậy" nào. Hiệu quả của hệ thống chứng minh tiếp tục thúc đẩy việc thực thi và trạng thái cho phía người dùng, xác định lại khái niệm "Rollup quyền riêng tư có thể kết hợp".

2. Giới thiệu về Miden


Nguồn:https://x.com/0xMiden

Miden được ấp ủ bởi Polygon Labs và trở thành dự án 0xMiden độc lập vào mùa xuân năm 2025, tự định vị mình là một "Edge Blockchain". Không giống như Rollup truyền thống yêu cầu tất cả các giao dịch được thực hiện trên chuỗi, Miden di chuyển hầu hết các quy trình tính toán và tạo bằng chứng sang các thiết bị khách hàng, sau đó gửi bằng chứng STARK nhỏ gọn đến mạng để xác minh. Blog chính thức của Polygon cho biết: "Miden sẽ tiếp tục phát triển thành một blockchain 'biên' hướng đến không kiến thức, di chuyển việc thực thi và trạng thái cho khách hàng. Không giống như các chuỗi truyền thống như Sui, Aptos và Solana, Miden mở ra một không gian thiết kế mới để triển khai các ứng dụng thân thiện với quyền riêng tư, có thể mở rộng. Sau khi đẩy trạng thái và thực thi xuống thiết bị của người dùng, các nhà phát triển có thể xây dựng các hệ thống mạnh mẽ với logic phức tạp và trạng thái công-tư kết hợp trong khi vẫn duy trì tính bảo mật và tuân thủ của người dùng."


Nguồn:Blog chính thức của Polygon

Các lợi thế cốt lõi của Miden được phản ánh ở các khía cạnh sau:

  • Tốc độ xử lý cao và thực thi song song: Được truyền cảm hứng từ mô hình Actor, mỗi tài khoản (Actor) thực thi độc lập và tạo ra bằng chứng, loại bỏ sự cạnh tranh khóa toàn cầu và cải thiện đáng kể tính song song và tốc độ xử lý.
  • Tôn trọng quyền riêng tư với việc tiết lộ tùy chọn: Sổ cái riêng mặc định chỉ lưu trữ các cam kết trạng thái, với tùy chọn tiết lộ một cách chọn lọc các giao dịch cụ thể hoặc cuộc gọi hợp đồng khi cần thiết, tạo điều kiện cho các chiến lược quyền riêng tư linh hoạt.
  • Chứng minh cục bộ phía máy khách: Tận dụng tính minh bạch và hiệu quả của STARK, thiết bị khách hàng có thể hoàn thành việc tạo chứng minh cho giao dịch phức tạp trong vòng 1-2 giây. Đến ngày 6 tháng 5 năm 2025 theo giờ Bắc Kinh, chi phí tạo ra chứng minh thông thường trên MacBook Pro phổ biến khoảng 90K chu kỳ.
  • Tương thích với an ninh Ethereum: AggLayer của Miden Rollup được tích hợp chặt chẽ với mạng chính Ethereum, kế thừa các cam kết an ninh mạnh mẽ và đặc tính phi tập trung của nó.

Cụ thể, trang web Polygon Miden nói: “Với Polygon Miden, các nhà phát triển có thể xây dựng các ứng dụng mới lạ có khả năng xử lý cao, thân thiện với quyền riêng tư bao gồm thanh toán, DeFi, tài sản kỹ thuật số và trò chơi, với các ứng dụng và người dùng được an toàn kết nối với Ethereum và AggLayer” . Đến nay, Miden đã hoàn thành việc mã nguồn mở VM của mình, phát hành SDK cho các nhà phát triển và bước vào giai đoạn thử nghiệm Alpha testnet v6, tiến gần hơn đến mục tiêu ra mắt mainnet vào quý IV năm 2025.

Tóm lại, bằng cách kết hợp “thực thi phía máy khách + bằng chứng ZK + kiến trúc edge,” Miden không chỉ cung cấp một mô hình mới cho tính riêng tư có thể đo lường và khả năng mở rộng không giới hạn mà còn đặt nền móng công nghệ cho thế hệ tiếp theo của cơ sở hạ tầng Web3. Tiếp theo, chúng tôi sẽ đi sâu vào kiến trúc VM và hệ thống chứng minh của nó.

3. Phân tích chi tiết về Kiến trúc Máy ảo Miden

Máy ảo Miden là một máy ảo hoàn chỉnh Turing được thiết kế đặc biệt để chứng minh zero hiệu quả, với mục tiêu cốt lõi là thực thi logic hợp đồng thông minh cục bộ trên thiết bị khách hàng và tạo ra chứng minh STARK có thể được xác minh nhanh chóng trên chuỗi. Bốn phần tiếp theo cung cấp một phân tích sâu rộng về cấu trúc kiến trúc và quá trình thực thi của nó.

3.1 Máy ảo dựa trên ngăn xếp và tập lệnh

  • Mô hình thực thi dựa trên ngăn xếp
    Miden VM áp dụng kiến trúc máy ngăn chứa, trong đó tất cả đầu vào và đầu ra của lệnh được xử lý thông qua một ngăn chứa thao tác. Thiết kế này giúp đơn giản hóa việc biểu diễn trạng thái trong quá trình tạo chứng minh, vì chỉ cần ghi nhận các thao tác đọc/viết ngăn chứa, mà không cần duy trì các trạng thái đăng ký phức tạp.

  • Bộ chỉ thị tối thiểu giống RISC
    Tập lệnh máy ảo được giữ một cách cố ý đơn giản — tương tự như Máy Tính Tập Lệnh Giảm (RISC) — để giảm thiểu số lượng ràng buộc có thể chứng minh. Ví dụ, các phép toán số học, các phép toán logic, các phép toán ngăn xếp, và các lệnh điều khiển luồng được phân rã thành các micro-op cơ bản nhất, với mỗi lệnh được ánh xạ vào các mối quan hệ toán học trường hữu hạn trong quá trình tạo chứng minh. Máy ảo Miden hiệu quả chuyển đổi việc thực thi của mỗi lệnh thành các ràng buộc đại số, tạo ra và xác minh chúng thông qua STARK, với kích thước chứng minh tương đối liên kết với độ phức tạp của chương trình.

3.2 Tổ chức Bộ nhớ Chương trình

Trong quá trình thực thi, trạng thái chương trình trong Miden VM được phân phối trên các đoạn mã logic sau:


Bảng trách nhiệm đoạn bộ nhớ VM Miden (Nguồn: Gate Learn Creator Max)

Mô hình bộ nhớ đa phân đoạn này không chỉ tạo điều kiện cho các mẫu truy cập dữ liệu khác nhau mà còn giúp hạn chế mỗi phân đoạn một cách độc lập trong quá trình xây dựng chứng minh, tối ưu hóa việc tìm kiếm và song song hóa.

3.3 Luồng thực thi và Sinh chứng


Sơ đồ Kiến trúc Máy ảo Miden (Nguồn: Gate Học của Tác giả Max)

  1. Đang tải và Khởi tạo
    Khách hàng tải bytecode hợp đồng vào Đoạn mã, chuẩn bị ngữ cảnh thực thi và lấy các đầu vào Băng ghi ý kiến cần thiết từ blockchain hoặc kênh phụ; nó cũng tải cam kết trạng thái ban đầu của một tài khoản hoặc ghi chú.

  2. Xây dựng Bảng theo dõi
    Trong quá trình thực thi, VM ghi lại một cách tuần tự một “Bảng Truy vết”—một bảng đa cột trong đó mỗi cột đại diện cho sự phát triển của các đoạn bộ nhớ hoặc vị trí đỉnh ngăn xếp theo thời gian.

  3. Biến đổi AIR
    Bảng theo dõi Trace được chuyển đổi thành Biểu diễn Trung gian Đại số học (AIR), mã hóa tất cả các điều kiện nhất quán cho hành vi của Máy ảo (như tăng/giảm con trỏ stack, ngữ nghĩa của lệnh) như ràng buộc đa thức.

  4. STARK Proof
    Người chứng minh tạo ra bằng chứng STARK cho AIR. Do tính minh bạch của STARK (không cần thiết lập tin cậy) và hiệu suất, khách hàng chỉ cần O(N log N) thời gian để xử lý hàng nghìn Dấu vết cấp hướng dẫn.

  5. Xác thực của Trình xác thực
    Người xác minh chỉ cần kiểm tra các đánh giá đa thức được gửi và việc lấy mẫu chiều thấp, với độ phức tạp ở mức đa thức của kích thước chứng minh, thông thường hoàn thành trong vài chục mili giây, cải thiện đáng kể hiệu suất on-chain.

Toàn bộ quá trình thực hiện và tạo ra bằng chứng mất khoảng 1-2 giây (khoảng 90K chu kỳ Máy ảo) trên khách hàng Miden, trong khi xác minh trên chuỗi còn nhanh hơn, cho phép xác minh giao dịch song song quy mô lớn.

3.4 Song song và Tính kết hợp

  • Mô hình Diễn viên
    Miden VM xử lý mỗi tài khoản (hoặc ghi chú) như một Actor độc lập, với việc thực thi và cập nhật trạng thái hoàn toàn tách rời. Điều này cho phép nhiều tập lệnh giao dịch thực thi song song trên máy khách, tạo ra chứng minh song song, và sau đó được gửi theo từng lô để được xác thực tổng hợp mạng lưới. Mô hình Actor kết hợp với chứng minh không thông báo cho phép người dùng chứng minh chuyển đổi trạng thái cục bộ, sau đó được tổng hợp song song bởi mạng lưới, tăng đáng kể sản lượng.

  • Kịch bản cấu thành
    Thực hiện Thủ tục Gọi Ngoại (FPI), một kịch bản hợp đồng có thể gọi thủ tục "chỉ đọc" của hợp đồng khác mà không làm gián đoạn quá trình chứng minh cục bộ. FPI về cơ bản tích hợp các hoạt động trạng thái gọi chỉ đọc giữa các hợp đồng vào bảng Trace Table cùng một cách hiệu quả.

3.5 Giải thích đơn giản: Miden VM như thế nào?

Bạn có thể tưởng tượng Miden VM như một “nhà máy siêu nhỏ về tính riêng tư” thực hiện các nhiệm vụ tại chỗ trên điện thoại thông minh của bạn và tạo ra một “hồ sơ công việc” được chứng nhận chính thức có thể gửi đến mạng chính để xác minh.

Ví dụ:

Giả sử bạn đang sử dụng một trò chơi RPG trên chuỗi khối, nơi bạn mua một mảnh đất và sau đó xây dựng một lâu đài bằng tiền game.

  • Trong hợp đồng thông minh truyền thống: Tất cả các hoạt động của bạn (vị trí, luồng quỹ, các hành động xây dựng) phải được thực hiện trên chuỗi, với thông tin hoàn toàn công khai, cả hai đều lãng phí không gian khối và làm tổn thương quyền riêng tư.

  • Sử dụng Miden VM:

    • Tất cả logic—“Tôi có đủ đồng không? Tôi đang ở vị trí đúng không? Tôi có tuân thủ các quy tắc xây dựng không?”—được thực thi địa phương trên điện thoại của bạn;
    • Sau đó, Miden VM tạo ra một chứng minh toán học (chứng minh STARK) trên điện thoại của bạn, thông báo cho mạng: “Người dùng này chắc chắn đã tuân theo các quy tắc”;
    • Blockchain không cần biết bạn xây dựng nó như thế nào, nó chỉ xác minh bằng chứng là chính xác và cập nhật trạng thái.

Các lợi ích của thiết kế này là:

  1. Mạng không cần thực hiện mỗi giao dịch, chỉ cần xác minh chứng minh, tiết kiệm tài nguyên;
  2. Các hoạt động của người dùng có thể được giữ hoàn toàn riêng tư, chỉ tiết lộ một cách chọn lọc khi cần thiết;
  3. Nhiều người chơi có thể thực hiện logic riêng và tạo ra chứng minh riêng đồng thời, với độ song song cực cao, mà không cạnh tranh tài nguyên trên chuỗi.

Kết luận, chìa khóa của kiến trúc Miden VM nằm ở các hướng dẫn có thể chứng minh đơn giản, phân chia bộ nhớ đa đoạn, đường ống Air→STARK hiệu quả, và mô hình song song của Actor, đảm bảo rằng logic phức tạp có thể được thể hiện dễ dàng trên thiết bị của khách hàng trong khi xác minh chứng minh có thể được hoàn thành trên chuỗi với chi phí cực kỳ thấp, cung cấp nền tảng vững chắc cho thế hệ tiếp theo của các ứng dụng ZK-Rollup hiệu suất cao, bảo vệ quyền riêng tư.

4. Hệ Thống Chứng Minh Của Miden: Động Cơ Thực Thi Có Thể Xác Minh Được Sử Dụng Bởi STARK


Sơ đồ hệ thống chứng minh Miden (Nguồn: Gate Learn tác giả Max)

Trong Miden, bằng chứng không biết là không chỉ là một “mô-đun bổ sung”, mà là cơ chế hoạt động cốt lõi của toàn bộ giao thức. Miden được xây dựng trên hệ thống STARK (Scalable Transparent ARguments of Knowledge), được thiết kế từ đầu cho “thực thi cục bộ + bằng chứng không biết.” Phần này sẽ phân tích sâu quy trình chứng minh của Miden và cơ chế toán học cơ bản của nó, giải thích tại sao STARK là lựa chọn ưa thích của nó.

4.1 Tại sao chọn STARK thay vì SNARK?

So với công nghệ SNARK được sử dụng rộng rãi trong các dự án như zkEVM, Miden đã chọn công nghệ STARK với ba lý do chính:

  1. Không cần Thiết lập đáng tin cậy (Rõ ràng)
    STARK sử dụng các hàm băm (như Rescue, Blake3, v.v.) thay vì mật mã đường cong elliptic, loại bỏ sự phụ thuộc vào các tham số ban đầu đáng tin cậy. Điều này loại bỏ các rủi ro tập trung mà đi kèm với “sự thất bại của thiết lập đáng tin cậy của tính toán đa bên (MPC).

  2. Kháng chiến Quantum
    STARK được dựa trên bảo mật băm, khiến nó mạnh mẽ hơn đối với các mối đe dọa từ máy tính lượng tử trong tương lai.

  3. Tạo chứng minh nhanh, Xác minh hiệu quả
    Mặc dù bằng chứng STARK có kích thước lớn hơn một chút so với bằng chứng SNARK, nhưng chúng xác minh nhanh hơn, khiến chúng phù hợp hơn cho việc xác minh song song quy mô lớn trên chuỗi.

Nhóm nghiên cứu tại Polygon Labs cho biết:

“Miden chọn STARK không phải để tương thích với các mô hình cũ, mà để thiết kế một hệ thống hoàn toàn mới tối đa hóa tính mở rộng và bảo mật.”

4.2 Bảng theo dõi và quỹ đạo thực thi

Trong tính toán truyền thống, chúng ta có thể ghi lại mọi bước thực thi của chương trình, chẳng hạn như mỗi lệnh gán biến hoặc lời gọi hàm. Trong Miden VM, những hoạt động này được chuyển đổi thành một dấu vết thực thi - một bảng gọi là Bảng Dấu Vết chứa các bức ảnh chụp của trạng thái chương trình tại mỗi bước trong chiều thời gian.

Mỗi cột trong Bảng Theo dõi đại diện cho sự phát triển của một thanh ghi, đơn vị bộ nhớ, hoặc giá trị ngăn xếp;
Mỗi hàng đại diện cho một khoảnh khắc (chu kỳ) trong quá trình thực thi chương trình.

Ví dụ:

Mọi hướng dẫn Miden có thể được ghi chép chính xác và chuyển đổi thành ràng buộc cho giai đoạn tiếp theo của việc xây dựng bằng chứng.

4.3 AIR (Biểu diễn Trung gian Đại số học)

Sau khi xây dựng Bảng theo dõi, bước tiếp theo là chuyển đổi nó thành AIR (Biểu diễn Trung gian Đại số). Đây là một phương pháp biểu diễn ngữ nghĩa chương trình dưới dạng ràng buộc đa thức, với những ý tưởng cốt lõi bao gồm:

  • Mỗi quy tắc, như 'đỉnh ngăn xếp sau khi thêm bằng tổng của hai số,' có thể được diễn đạt như sau: 'ngăn xếp[0]_kế tiếp = ngăn xếp[0]_hiện tại + ngăn xếp[1]_hiện tại'
  • Tất cả các quy tắc được xác minh trong một trường hữu hạn, đảm bảo rằng hệ thống STARK có thể tạo ra chứng minh một cách hiệu quả.
  • Công nghệ Mở Rộng Bậc Thấp (LDE) được sử dụng để mở rộng dữ liệu rời rạc thành các hàm liên tục, từ đó làm cho các sự thay đổi mơ hồ có thể được phát hiện thông qua kiểm tra xác suất.

Qua AIR, Miden có thể mã hóa quyền "thực hiện là hợp lệ" như một tuyên bố toán học có thể xác minh được.

Quy trình chứng minh STARK 4.4

Quá trình tạo chứng minh STARK hoàn chỉnh bao gồm các bước sau:

  1. Prover xây dựng dấu vết thực thi: Tạo Bảng Dấu vết dựa trên logic hợp đồng thông minh được thực thi cục bộ bởi người dùng;
  2. Chuyển đổi sang hệ thống AIR: Ánh xạ mỗi hướng dẫn thành ràng buộc đại số;
  3. Mở rộng hệ số thấp và cam kết: Cam kết đến dữ liệu mở rộng thông qua cơ chế như Cây Merkle;
  4. Giao thức FRI: Xác minh tính chất bậc thấp của đa thức, đảm bảo dấu vết hợp lệ;
  5. Kết quả đầu ra: Tạo ra một bằng chứng có dung lượng khoảng 30-100KB, người dùng gửi lên mạng.

Toàn bộ quy trình này được hoàn thành ở phía máy khách, thường chỉ mất 1-2 giây và thậm chí có thể chạy trên các thiết bị di động (hoặc được ủy quyền cho các dịch vụ chứng minh bên ngoài nếu hiệu suất không đủ).

4.5 Xác minh trên chuỗi và Cập nhật trạng thái

Hợp đồng Xác minh trên chuỗi của Miden (được kế thừa từ Ethereum) thực hiện các hoạt động sau trên các chứng minh STARK nhận được:

  • Nhanh chóng xác minh xem AIR có giữ được không (qua xác minh mẫu);
  • Kiểm tra xem đầu vào công cộng (như cam kết trạng thái, chiều cao khối) có khớp hay không;
  • Cập nhật trạng thái toàn cầu (như cây lưu trữ tài khoản, Nullifiers);
  • Đăng ký trạng thái mới hoặc tiêu thụ trạng thái của ghi chú.

Nhờ vào tính minh bạch và tính song song của STARK, Bộ xác minh có thể xác minh đồng thời chứng minh của hàng nghìn giao dịch, tăng cao công suất xử lý và giảm tải trên chuỗi.

4.6 Giải thích đơn giản: Hệ thống chứng minh STARK của Miden giống như một "Biên lai toán học"

Bạn có thể xem quy trình chứng minh không biết của Miden như một “giao dịch ngân hàng không giấy tờ”:

Tình huống tượng trưng:

Hãy tưởng tượng bạn đang thực hiện một cuộc chuyển khoản ngân hàng, nhưng bạn không muốn ngân hàng biết bạn đã chuyển bao nhiêu tiền, cho ai, hoặc xem số dư tài khoản của bạn. Nhưng bạn muốn ngân hàng xác nhận rằng bạn không vượt quá số dư, bạn có đủ tiền, và thao tác là hợp lệ.

Trong tình huống này, bạn:

  1. Sử dụng máy tính và bảng tính tại nhà để tính toán việc chuyển khoản;
  2. Tạo một "biên lai" toán học (bằng chứng STARK) nêu rõ "Tôi đã tuân theo các quy tắc, không chi thêm tiền và không giả mạo bất cứ điều gì";
  3. Gửi biên nhận đến ngân hàng thay vì gửi hóa đơn;
  4. Ngân hàng chỉ kiểm tra “biên nhận,” xác minh toán học rằng những gì bạn nói là đúng, và chấp nhận chuyển khoản;
  5. Ngân hàng không biết chính xác bạn đã chuyển gì, chỉ biết rằng “giao dịch này hợp lệ.”

Trong Miden:

  • “Bạn” là khách hàng của người dùng;
  • “calculator” là Miden VM;
  • “Biên lai toán học” là bằng chứng STARK;
  • “Ngân hàng” là Miden Verifier trên Ethereum;
  • "Dù bạn có tiền" hay "dù bạn vi phạm quy tắc" đều được tính toán cục bộ và được chứng minh toán học để thuyết phục mạng lưới;
  • Toàn bộ quá trình không cần tiết lộ chi tiết cụ thể hoặc yêu cầu người khác chạy lại chương trình của bạn.

Phương pháp “chứng minh, đừng tiết lộ” này là bản chất của Zero-Knowledge.

Tóm tắt

Miden không coi ZK là một thành phần bổ sung mà tích hợp sâu vào mỗi thực thi lệnh trong máy ảo. Qua quy trình Trace → AIR → STARK, Miden đã đạt được một mô hình thực thi blockchain thực sự cung cấp thực thi cục bộ, xác minh trên chuỗi và không rò rỉ thông tin riêng tư, định đạo máy ảo tầng ứng dụng dựa trên STARK.

5. Trải nghiệm phát triển và Tổng quan Công cụ


Tóm tắt kinh nghiệm phát triển và công cụ của Miden (Nguồn: Gate Learn tác giả Max)

Kinh nghiệm phát triển của Miden được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng ZK, kết hợp các lợi ích của tính mô đun, an toàn loại và thực thi cục bộ, cho phép các nhà phát triển vừa xây dựng hệ thống linh hoạt và triển khai an toàn lên blockchain.

6. Ứng Dụng và Trường Hợp Sử Dụng Điển Hình: Miden Có Thể Làm Những Điều Mà Các Chuỗi Khác Không Thể

6.1 “Order Matching No Longer On-Chain” — Bước Tiếp Theo cho DeFi

Xây dựng một sàn giao dịch kiểu sổ lệnh trên chuỗi truyền thống đồng nghĩa với việc mỗi lệnh mua và bán cần được ghi vào khối. Điều này không chỉ tốn kém và có độ trễ cao, mà còn dễ bị khai thác frontrunning (MEV).

Làm thế nào Miden làm được điều đó?

  • Việc kết đôi xảy ra ở phía máy khách (di động/máy chủ);
  • Người dùng đóng gói một lô giao dịch, tạo ra một chứng minh ZK;
  • Mạng chỉ xác minh “các giao dịch này hợp lệ”, mà không yêu cầu mỗi giao dịch phải nằm trên chuỗi;
  • Tất cả chi tiết giao dịch đều được ẩn khỏi tầm nhìn bên ngoài, chỉ có kết quả cập nhật trạng thái.

Kết quả: Giao dịch nhanh, phí thấp, không có MEV, biến việc giao dịch tần suất cao và tạo lập thị trường trên chuỗi thành hiện thực.

6.2 Ví không chỉ còn là địa chỉ, mà còn là 'terminal' danh tính thông minh


So sánh giữa ví EVM và ví Miden (Nguồn: Tác giả Max của Gate Learn)

Trong Miden, mỗi tài khoản là một hợp đồng thông minh, biến các “ví” thành các trạm nhận dạng có các quy tắc xác định. Trải nghiệm người dùng tương tự như các ứng dụng ngân hàng, đồng thời duy trì các lợi ích tự giữ tài sản trên chuỗi.

6.3 Tại sao Các Thuộc Tính Của Vật Phẩm Trò Chơi Phải Được Hiển Thị Cho Tất Cả Mọi Người?

Ví dụ về kịch bản trò chơi:
Trong một trò chơi MMORPG trên chuỗi, bạn đào được một 'thanh kiếm hiếm' với các thuộc tính ẩn, nhưng một khi trên chuỗi, người khác biết nó có thêm bonus, là vật phẩm có giá trị, và có thể nhắm đến bạn.

Cách Miden giải quyết vấn đề này:

  • Logic và thuộc tính của trò chơi được thực thi cục bộ;
  • Các phần thưởng thuộc tính, thời gian hồi chiêu, kỹ năng, v.v. được ẩn dưới dạng trạng thái riêng tư cục bộ;
  • Thông qua chứng minh ZK, bạn thông báo cho chuỗi chính rằng “chiếc kiếm này đã đánh bại quái vật” mà không tiết lộ các thuộc tính của chiếc kiếm;
  • Các người chơi khác chỉ biết bạn đã chiến thắng, không biết bạn đã sử dụng gì.

Điều này cho phép trải nghiệm game công bằng nhưng bảo mật, cho phép các trò chơi Web3 cuối cùng đạt được khả năng không bị tiết lộ thông tin và chống gian lận.

6.4 Thanh toán riêng ≠ Không tuân thủ

Trên Ethereum: Thanh toán 1 ETH cho ai đó = cho thế giới biết bạn đã thanh toán cho ai, khi nào và số lượng bao nhiêu.

Trên Miden:

  • Bạn có thể đặt giao dịch chỉ hiển thị cho “người xác minh đáng tin cậy”;
  • Cơ quan quản lý có thể xác minh các giao dịch tồn tại và tuân thủ các quy định, mà không cần phải tái tạo toàn bộ bức tranh;
  • Điều này cho phép hệ thống thanh toán là “có thể chứng minh tính riêng tư + sẵn sàng kiểm toán + người dùng kiểm soát”.

Các ứng dụng điển hình bao gồm quản lý kho bạc của DAO, thanh toán đa quốc gia cho doanh nghiệp, lương hóa trên chuỗi và ngân hàng Web3.

6.5 Mô hình mới: AI Off-Chain + Chứng minh On-Chain

Miden cho phép bạn chạy một mô hình AI một cách cục bộ (như dự đoán giá thị trường, tư vấn y tế) và sau đó gửi kết quả vào blockchain thông qua chứng minh STARK.

Ví dụ luồng:

  • Mô hình chạy cục bộ;
  • Người dùng tạo chứng minh ZK: “Đây là kết quả được tạo ra bởi mô hình dựa trên một tập dữ liệu cụ thể”;
  • Chuỗi chính chỉ xác minh “thực thi hợp lệ”, mà không biết quá trình hoặc đầu vào.

Điều này cho phép các ứng dụng xây dựng tương tác trên chuỗi tin cậy trong khi bảo toàn tài sản trí tuệ mô hình và quyền riêng tư của người dùng. Các ví dụ bao gồm trí tuệ nhân tạo y tế, các mô hình kiểm soát rủi ro và logic quyết định doanh nghiệp, tất cả đều có thể đạt được “xác minh hộp đen”.

6.6 Tóm tắt

Miden không chỉ là một bộ tăng tốc hoặc lớp mở rộng bảo mật; nó đại diện cho một mô hình hoàn toàn mới: từ “sổ cái trên chuỗi” đến “hệ thống tính toán đáng tin cậy trên chuỗi”. Miden cho phép nhà phát triển xây dựng ứng dụng Web3 thực sự an toàn, có thể kết hợp, kiểm tra nhưng không rõ ràng.

7. Thách thức và Triển vọng

Mặc dù Miden đã thể hiện tiềm năng lớn trong công nghệ không chứng minh cho khả năng mở rộng, quyền riêng tư và mô hình phát triển, nhưng với một kiến trúc mới nổi, vẫn đối mặt với một loạt thách thức.

  1. Hệ sinh thái phát triển vẫn đang ở giai đoạn đầu. So với hệ sinh thái EVM chín chắn, bộ công cụ, hỗ trợ ngôn ngữ và thư viện thành phần của Miden vẫn đang được cải thiện. Mặc dù hỗ trợ biên dịch Rust đang được phát triển, hầu hết các hợp đồng thông minh vẫn cần được viết bằng MASM, tạo ra một rào cản nhất định đối với các nhà phát triển không phải là cấp thấp.
  2. Mặc dù bằng chứng STARK là minh bạch và hiệu quả, nhưng vẫn tạo ra các khối lượng tương đối lớn, đặt ra yêu cầu cao hơn đối với thiết bị di động hoặc người dùng có băng thông hạn chế. Mặc dù điều này có thể được giảm nhẹ trong tương lai thông qua việc tổng hợp chứng minh, các dịch vụ chứng minh dành riêng và các phương pháp khác, nhưng vẫn là một trong những rào cản về khả năng sử dụng trong thời gian ngắn.
  3. Sự căng thẳng giữa quyền riêng tư và tuân thủ vẫn tồn tại. Mặc dù Miden cung cấp một cơ chế linh hoạt 'xác minh nhưng mờ mịt', sự phức tạp của môi trường quy định có thể áp đặt các hạn chế đối với một số mẫu ứng dụng. Nhà phát triển cần cung cấp khả năng kiểm toán, kiểm soát và bảo mật trong khi xây dựng các hệ thống bảo vệ quyền riêng tư để đạt được sự cân bằng với các khung pháp lý tuân thủ thực tế.

Nhìn về phía trước, lộ trình phát triển của Miden rõ ràng và được xác định rõ ràng. Với sự trưởng thành của chuỗi công cụ Rust, việc mở rộng các mẫu phát triển và hệ sinh thái thành phần cũng như tích hợp với mạng chính Polygon AggLayer, nó có tiềm năng trở thành thời gian chạy mặc định cho các ứng dụng Web3 — đặc biệt là đối với các tình huống yêu cầu logic độ phức tạp cao, kiểm soát quyền riêng tư mạnh mẽ và dấu chân trên chuỗi tối thiểu. Mô hình "chứng minh phía khách hàng + xác minh trên chuỗi" do Miden mở ra có thể là kênh quan trọng để thực sự mở rộng quy mô tính toán trên chuỗi.


Lộ trình phát triển Miden (Nguồn: Tài liệu chính thức của Miden)

8. Kết luận

Miden không phải là một sự điều chỉnh nhỏ vào kiến trúc chuỗi khối truyền thống, mà là một sự tái cấu trúc hoàn toàn. Với chứng minh không trường hợp ở lõi, nó đẩy việc thực thi giao dịch và quản lý trạng thái đến phía người dùng, để lại mạng lưới xử lý chỉ việc xác minh và đồng thuận. Điều này giúp hiệu suất, quyền riêng tư và an ninh không còn là các tùy chọn đối lập mà có thể đạt được đồng thời.

Qua Miden, nhà phát triển có thể xây dựng các ứng dụng phức tạp, riêng tư và linh hoạt hơn, trong khi người dùng có được sự kiểm soát và bảo mật lớn hơn. Điều này không chỉ mở rộng ranh giới kỹ thuật của blockchain mà còn mở ra những không gian sáng tạo mới cho các ứng dụng Web3. Khi hệ sinh thái từng bước cải thiện, Miden có tiềm năng trở thành một thành phần cốt lõi của thế hệ tiếp theo của cơ sở hạ tầng Web3. Hướng phát triển tương lai của blockchain có thể nằm trong mô hình “xác minh tin cậy trên chuỗi + thực thi miễn phí ngoại chuỗi” này.

Penulis: Max
Pengulas: Allen
* Informasi ini tidak bermaksud untuk menjadi dan bukan merupakan nasihat keuangan atau rekomendasi lain apa pun yang ditawarkan atau didukung oleh Gate.io.
* Artikel ini tidak boleh di reproduksi, di kirim, atau disalin tanpa referensi Gate.io. Pelanggaran adalah pelanggaran Undang-Undang Hak Cipta dan dapat dikenakan tindakan hukum.

Phân tích sâu về Miden: Một Kiến trúc Máy ảo Zero-Knowledge Hiệu suất cao Dựa trên STARK

Trung cấp5/16/2025, 1:07:18 AM
Một phân tích sâu về kiến trúc máy ảo Miden được ra mắt bởi Polygon Labs, khám phá cách nó đạt được các giải pháp ZK-Rollup hiệu suất cao, có khả năng mở rộng và bảo vệ quyền riêng tư thông qua công nghệ chứng minh zero-knowledge STARK, giúp cơ sở hạ tầng Web3 tiến vào một kỷ nguyên mới.

1. Giới thiệu

Với sự sâu rộng liên tục của ứng dụng blockchain ở quy mô lớn, bảo vệ quyền riêng tư và khả năng mở rộng đã trở thành những thách thức cốt lõi đang chờ đợi giải pháp khẩn cấp trong ngành công nghiệp. Sự xuất hiện của công nghệ Zero-Knowledge Proof (ZKP) cung cấp một con đường khả thi để đồng thời giải quyết cả hai vấn đề. Như nhà sáng lập Ethereum Vitalik Buterin đã nói, “Các chứng minh zero-knowledge (ZK-SNARKs) cực kỳ hiệu quả có thể tiết lộ đủ thông tin để chứng minh tính hợp lý của chúng ta trong khi bảo vệ quyền riêng tư của danh tính của chúng ta” . Trong một bài đăng gần đây có tiêu đề 《Tại sao tôi ủng hộ quyền riêng tư》, ông cũng nhấn mạnh: “Hỗ trợ quyền riêng tư cho mọi người, và làm cho các công cụ cần thiết mã nguồn mở, phổ biến, đáng tin cậy và an toàn, là một trong những thách thức quan trọng của thời đại chúng ta.”

Quyền riêng tư không chỉ là quyền cá nhân mà còn là nền tảng của sự phi tập trung và chống kiểm duyệt. Trong khi đó, ZK-Rollup, với tư cách là công ty hàng đầu trong các giải pháp Layer 2, đang phát triển nhanh chóng, từ các giải pháp ban đầu tập trung vào khả năng mở rộng như zkSync và Optimism, cho đến zkEVM ngày nay, không ngừng tìm kiếm sự cân bằng giữa hiệu suất và khả năng tương thích. Miden đã nổi lên trong bối cảnh này như một giải pháp hoàn toàn mới — nó không chỉ tận dụng hiệu quả của STARK (Scalable Transparent ARguments of Knowledge: một công nghệ bằng chứng không kiến thức cho phép người khác xác minh kết quả nhanh chóng và tự tin mà không tiết lộ chi tiết tính toán, với bảo mật mạnh mẽ, khả năng chống lượng tử và không cần bất kỳ "bên thứ ba đáng tin cậy" nào. Hiệu quả của hệ thống chứng minh tiếp tục thúc đẩy việc thực thi và trạng thái cho phía người dùng, xác định lại khái niệm "Rollup quyền riêng tư có thể kết hợp".

2. Giới thiệu về Miden


Nguồn:https://x.com/0xMiden

Miden được ấp ủ bởi Polygon Labs và trở thành dự án 0xMiden độc lập vào mùa xuân năm 2025, tự định vị mình là một "Edge Blockchain". Không giống như Rollup truyền thống yêu cầu tất cả các giao dịch được thực hiện trên chuỗi, Miden di chuyển hầu hết các quy trình tính toán và tạo bằng chứng sang các thiết bị khách hàng, sau đó gửi bằng chứng STARK nhỏ gọn đến mạng để xác minh. Blog chính thức của Polygon cho biết: "Miden sẽ tiếp tục phát triển thành một blockchain 'biên' hướng đến không kiến thức, di chuyển việc thực thi và trạng thái cho khách hàng. Không giống như các chuỗi truyền thống như Sui, Aptos và Solana, Miden mở ra một không gian thiết kế mới để triển khai các ứng dụng thân thiện với quyền riêng tư, có thể mở rộng. Sau khi đẩy trạng thái và thực thi xuống thiết bị của người dùng, các nhà phát triển có thể xây dựng các hệ thống mạnh mẽ với logic phức tạp và trạng thái công-tư kết hợp trong khi vẫn duy trì tính bảo mật và tuân thủ của người dùng."


Nguồn:Blog chính thức của Polygon

Các lợi thế cốt lõi của Miden được phản ánh ở các khía cạnh sau:

  • Tốc độ xử lý cao và thực thi song song: Được truyền cảm hứng từ mô hình Actor, mỗi tài khoản (Actor) thực thi độc lập và tạo ra bằng chứng, loại bỏ sự cạnh tranh khóa toàn cầu và cải thiện đáng kể tính song song và tốc độ xử lý.
  • Tôn trọng quyền riêng tư với việc tiết lộ tùy chọn: Sổ cái riêng mặc định chỉ lưu trữ các cam kết trạng thái, với tùy chọn tiết lộ một cách chọn lọc các giao dịch cụ thể hoặc cuộc gọi hợp đồng khi cần thiết, tạo điều kiện cho các chiến lược quyền riêng tư linh hoạt.
  • Chứng minh cục bộ phía máy khách: Tận dụng tính minh bạch và hiệu quả của STARK, thiết bị khách hàng có thể hoàn thành việc tạo chứng minh cho giao dịch phức tạp trong vòng 1-2 giây. Đến ngày 6 tháng 5 năm 2025 theo giờ Bắc Kinh, chi phí tạo ra chứng minh thông thường trên MacBook Pro phổ biến khoảng 90K chu kỳ.
  • Tương thích với an ninh Ethereum: AggLayer của Miden Rollup được tích hợp chặt chẽ với mạng chính Ethereum, kế thừa các cam kết an ninh mạnh mẽ và đặc tính phi tập trung của nó.

Cụ thể, trang web Polygon Miden nói: “Với Polygon Miden, các nhà phát triển có thể xây dựng các ứng dụng mới lạ có khả năng xử lý cao, thân thiện với quyền riêng tư bao gồm thanh toán, DeFi, tài sản kỹ thuật số và trò chơi, với các ứng dụng và người dùng được an toàn kết nối với Ethereum và AggLayer” . Đến nay, Miden đã hoàn thành việc mã nguồn mở VM của mình, phát hành SDK cho các nhà phát triển và bước vào giai đoạn thử nghiệm Alpha testnet v6, tiến gần hơn đến mục tiêu ra mắt mainnet vào quý IV năm 2025.

Tóm lại, bằng cách kết hợp “thực thi phía máy khách + bằng chứng ZK + kiến trúc edge,” Miden không chỉ cung cấp một mô hình mới cho tính riêng tư có thể đo lường và khả năng mở rộng không giới hạn mà còn đặt nền móng công nghệ cho thế hệ tiếp theo của cơ sở hạ tầng Web3. Tiếp theo, chúng tôi sẽ đi sâu vào kiến trúc VM và hệ thống chứng minh của nó.

3. Phân tích chi tiết về Kiến trúc Máy ảo Miden

Máy ảo Miden là một máy ảo hoàn chỉnh Turing được thiết kế đặc biệt để chứng minh zero hiệu quả, với mục tiêu cốt lõi là thực thi logic hợp đồng thông minh cục bộ trên thiết bị khách hàng và tạo ra chứng minh STARK có thể được xác minh nhanh chóng trên chuỗi. Bốn phần tiếp theo cung cấp một phân tích sâu rộng về cấu trúc kiến trúc và quá trình thực thi của nó.

3.1 Máy ảo dựa trên ngăn xếp và tập lệnh

  • Mô hình thực thi dựa trên ngăn xếp
    Miden VM áp dụng kiến trúc máy ngăn chứa, trong đó tất cả đầu vào và đầu ra của lệnh được xử lý thông qua một ngăn chứa thao tác. Thiết kế này giúp đơn giản hóa việc biểu diễn trạng thái trong quá trình tạo chứng minh, vì chỉ cần ghi nhận các thao tác đọc/viết ngăn chứa, mà không cần duy trì các trạng thái đăng ký phức tạp.

  • Bộ chỉ thị tối thiểu giống RISC
    Tập lệnh máy ảo được giữ một cách cố ý đơn giản — tương tự như Máy Tính Tập Lệnh Giảm (RISC) — để giảm thiểu số lượng ràng buộc có thể chứng minh. Ví dụ, các phép toán số học, các phép toán logic, các phép toán ngăn xếp, và các lệnh điều khiển luồng được phân rã thành các micro-op cơ bản nhất, với mỗi lệnh được ánh xạ vào các mối quan hệ toán học trường hữu hạn trong quá trình tạo chứng minh. Máy ảo Miden hiệu quả chuyển đổi việc thực thi của mỗi lệnh thành các ràng buộc đại số, tạo ra và xác minh chúng thông qua STARK, với kích thước chứng minh tương đối liên kết với độ phức tạp của chương trình.

3.2 Tổ chức Bộ nhớ Chương trình

Trong quá trình thực thi, trạng thái chương trình trong Miden VM được phân phối trên các đoạn mã logic sau:


Bảng trách nhiệm đoạn bộ nhớ VM Miden (Nguồn: Gate Learn Creator Max)

Mô hình bộ nhớ đa phân đoạn này không chỉ tạo điều kiện cho các mẫu truy cập dữ liệu khác nhau mà còn giúp hạn chế mỗi phân đoạn một cách độc lập trong quá trình xây dựng chứng minh, tối ưu hóa việc tìm kiếm và song song hóa.

3.3 Luồng thực thi và Sinh chứng


Sơ đồ Kiến trúc Máy ảo Miden (Nguồn: Gate Học của Tác giả Max)

  1. Đang tải và Khởi tạo
    Khách hàng tải bytecode hợp đồng vào Đoạn mã, chuẩn bị ngữ cảnh thực thi và lấy các đầu vào Băng ghi ý kiến cần thiết từ blockchain hoặc kênh phụ; nó cũng tải cam kết trạng thái ban đầu của một tài khoản hoặc ghi chú.

  2. Xây dựng Bảng theo dõi
    Trong quá trình thực thi, VM ghi lại một cách tuần tự một “Bảng Truy vết”—một bảng đa cột trong đó mỗi cột đại diện cho sự phát triển của các đoạn bộ nhớ hoặc vị trí đỉnh ngăn xếp theo thời gian.

  3. Biến đổi AIR
    Bảng theo dõi Trace được chuyển đổi thành Biểu diễn Trung gian Đại số học (AIR), mã hóa tất cả các điều kiện nhất quán cho hành vi của Máy ảo (như tăng/giảm con trỏ stack, ngữ nghĩa của lệnh) như ràng buộc đa thức.

  4. STARK Proof
    Người chứng minh tạo ra bằng chứng STARK cho AIR. Do tính minh bạch của STARK (không cần thiết lập tin cậy) và hiệu suất, khách hàng chỉ cần O(N log N) thời gian để xử lý hàng nghìn Dấu vết cấp hướng dẫn.

  5. Xác thực của Trình xác thực
    Người xác minh chỉ cần kiểm tra các đánh giá đa thức được gửi và việc lấy mẫu chiều thấp, với độ phức tạp ở mức đa thức của kích thước chứng minh, thông thường hoàn thành trong vài chục mili giây, cải thiện đáng kể hiệu suất on-chain.

Toàn bộ quá trình thực hiện và tạo ra bằng chứng mất khoảng 1-2 giây (khoảng 90K chu kỳ Máy ảo) trên khách hàng Miden, trong khi xác minh trên chuỗi còn nhanh hơn, cho phép xác minh giao dịch song song quy mô lớn.

3.4 Song song và Tính kết hợp

  • Mô hình Diễn viên
    Miden VM xử lý mỗi tài khoản (hoặc ghi chú) như một Actor độc lập, với việc thực thi và cập nhật trạng thái hoàn toàn tách rời. Điều này cho phép nhiều tập lệnh giao dịch thực thi song song trên máy khách, tạo ra chứng minh song song, và sau đó được gửi theo từng lô để được xác thực tổng hợp mạng lưới. Mô hình Actor kết hợp với chứng minh không thông báo cho phép người dùng chứng minh chuyển đổi trạng thái cục bộ, sau đó được tổng hợp song song bởi mạng lưới, tăng đáng kể sản lượng.

  • Kịch bản cấu thành
    Thực hiện Thủ tục Gọi Ngoại (FPI), một kịch bản hợp đồng có thể gọi thủ tục "chỉ đọc" của hợp đồng khác mà không làm gián đoạn quá trình chứng minh cục bộ. FPI về cơ bản tích hợp các hoạt động trạng thái gọi chỉ đọc giữa các hợp đồng vào bảng Trace Table cùng một cách hiệu quả.

3.5 Giải thích đơn giản: Miden VM như thế nào?

Bạn có thể tưởng tượng Miden VM như một “nhà máy siêu nhỏ về tính riêng tư” thực hiện các nhiệm vụ tại chỗ trên điện thoại thông minh của bạn và tạo ra một “hồ sơ công việc” được chứng nhận chính thức có thể gửi đến mạng chính để xác minh.

Ví dụ:

Giả sử bạn đang sử dụng một trò chơi RPG trên chuỗi khối, nơi bạn mua một mảnh đất và sau đó xây dựng một lâu đài bằng tiền game.

  • Trong hợp đồng thông minh truyền thống: Tất cả các hoạt động của bạn (vị trí, luồng quỹ, các hành động xây dựng) phải được thực hiện trên chuỗi, với thông tin hoàn toàn công khai, cả hai đều lãng phí không gian khối và làm tổn thương quyền riêng tư.

  • Sử dụng Miden VM:

    • Tất cả logic—“Tôi có đủ đồng không? Tôi đang ở vị trí đúng không? Tôi có tuân thủ các quy tắc xây dựng không?”—được thực thi địa phương trên điện thoại của bạn;
    • Sau đó, Miden VM tạo ra một chứng minh toán học (chứng minh STARK) trên điện thoại của bạn, thông báo cho mạng: “Người dùng này chắc chắn đã tuân theo các quy tắc”;
    • Blockchain không cần biết bạn xây dựng nó như thế nào, nó chỉ xác minh bằng chứng là chính xác và cập nhật trạng thái.

Các lợi ích của thiết kế này là:

  1. Mạng không cần thực hiện mỗi giao dịch, chỉ cần xác minh chứng minh, tiết kiệm tài nguyên;
  2. Các hoạt động của người dùng có thể được giữ hoàn toàn riêng tư, chỉ tiết lộ một cách chọn lọc khi cần thiết;
  3. Nhiều người chơi có thể thực hiện logic riêng và tạo ra chứng minh riêng đồng thời, với độ song song cực cao, mà không cạnh tranh tài nguyên trên chuỗi.

Kết luận, chìa khóa của kiến trúc Miden VM nằm ở các hướng dẫn có thể chứng minh đơn giản, phân chia bộ nhớ đa đoạn, đường ống Air→STARK hiệu quả, và mô hình song song của Actor, đảm bảo rằng logic phức tạp có thể được thể hiện dễ dàng trên thiết bị của khách hàng trong khi xác minh chứng minh có thể được hoàn thành trên chuỗi với chi phí cực kỳ thấp, cung cấp nền tảng vững chắc cho thế hệ tiếp theo của các ứng dụng ZK-Rollup hiệu suất cao, bảo vệ quyền riêng tư.

4. Hệ Thống Chứng Minh Của Miden: Động Cơ Thực Thi Có Thể Xác Minh Được Sử Dụng Bởi STARK


Sơ đồ hệ thống chứng minh Miden (Nguồn: Gate Learn tác giả Max)

Trong Miden, bằng chứng không biết là không chỉ là một “mô-đun bổ sung”, mà là cơ chế hoạt động cốt lõi của toàn bộ giao thức. Miden được xây dựng trên hệ thống STARK (Scalable Transparent ARguments of Knowledge), được thiết kế từ đầu cho “thực thi cục bộ + bằng chứng không biết.” Phần này sẽ phân tích sâu quy trình chứng minh của Miden và cơ chế toán học cơ bản của nó, giải thích tại sao STARK là lựa chọn ưa thích của nó.

4.1 Tại sao chọn STARK thay vì SNARK?

So với công nghệ SNARK được sử dụng rộng rãi trong các dự án như zkEVM, Miden đã chọn công nghệ STARK với ba lý do chính:

  1. Không cần Thiết lập đáng tin cậy (Rõ ràng)
    STARK sử dụng các hàm băm (như Rescue, Blake3, v.v.) thay vì mật mã đường cong elliptic, loại bỏ sự phụ thuộc vào các tham số ban đầu đáng tin cậy. Điều này loại bỏ các rủi ro tập trung mà đi kèm với “sự thất bại của thiết lập đáng tin cậy của tính toán đa bên (MPC).

  2. Kháng chiến Quantum
    STARK được dựa trên bảo mật băm, khiến nó mạnh mẽ hơn đối với các mối đe dọa từ máy tính lượng tử trong tương lai.

  3. Tạo chứng minh nhanh, Xác minh hiệu quả
    Mặc dù bằng chứng STARK có kích thước lớn hơn một chút so với bằng chứng SNARK, nhưng chúng xác minh nhanh hơn, khiến chúng phù hợp hơn cho việc xác minh song song quy mô lớn trên chuỗi.

Nhóm nghiên cứu tại Polygon Labs cho biết:

“Miden chọn STARK không phải để tương thích với các mô hình cũ, mà để thiết kế một hệ thống hoàn toàn mới tối đa hóa tính mở rộng và bảo mật.”

4.2 Bảng theo dõi và quỹ đạo thực thi

Trong tính toán truyền thống, chúng ta có thể ghi lại mọi bước thực thi của chương trình, chẳng hạn như mỗi lệnh gán biến hoặc lời gọi hàm. Trong Miden VM, những hoạt động này được chuyển đổi thành một dấu vết thực thi - một bảng gọi là Bảng Dấu Vết chứa các bức ảnh chụp của trạng thái chương trình tại mỗi bước trong chiều thời gian.

Mỗi cột trong Bảng Theo dõi đại diện cho sự phát triển của một thanh ghi, đơn vị bộ nhớ, hoặc giá trị ngăn xếp;
Mỗi hàng đại diện cho một khoảnh khắc (chu kỳ) trong quá trình thực thi chương trình.

Ví dụ:

Mọi hướng dẫn Miden có thể được ghi chép chính xác và chuyển đổi thành ràng buộc cho giai đoạn tiếp theo của việc xây dựng bằng chứng.

4.3 AIR (Biểu diễn Trung gian Đại số học)

Sau khi xây dựng Bảng theo dõi, bước tiếp theo là chuyển đổi nó thành AIR (Biểu diễn Trung gian Đại số). Đây là một phương pháp biểu diễn ngữ nghĩa chương trình dưới dạng ràng buộc đa thức, với những ý tưởng cốt lõi bao gồm:

  • Mỗi quy tắc, như 'đỉnh ngăn xếp sau khi thêm bằng tổng của hai số,' có thể được diễn đạt như sau: 'ngăn xếp[0]_kế tiếp = ngăn xếp[0]_hiện tại + ngăn xếp[1]_hiện tại'
  • Tất cả các quy tắc được xác minh trong một trường hữu hạn, đảm bảo rằng hệ thống STARK có thể tạo ra chứng minh một cách hiệu quả.
  • Công nghệ Mở Rộng Bậc Thấp (LDE) được sử dụng để mở rộng dữ liệu rời rạc thành các hàm liên tục, từ đó làm cho các sự thay đổi mơ hồ có thể được phát hiện thông qua kiểm tra xác suất.

Qua AIR, Miden có thể mã hóa quyền "thực hiện là hợp lệ" như một tuyên bố toán học có thể xác minh được.

Quy trình chứng minh STARK 4.4

Quá trình tạo chứng minh STARK hoàn chỉnh bao gồm các bước sau:

  1. Prover xây dựng dấu vết thực thi: Tạo Bảng Dấu vết dựa trên logic hợp đồng thông minh được thực thi cục bộ bởi người dùng;
  2. Chuyển đổi sang hệ thống AIR: Ánh xạ mỗi hướng dẫn thành ràng buộc đại số;
  3. Mở rộng hệ số thấp và cam kết: Cam kết đến dữ liệu mở rộng thông qua cơ chế như Cây Merkle;
  4. Giao thức FRI: Xác minh tính chất bậc thấp của đa thức, đảm bảo dấu vết hợp lệ;
  5. Kết quả đầu ra: Tạo ra một bằng chứng có dung lượng khoảng 30-100KB, người dùng gửi lên mạng.

Toàn bộ quy trình này được hoàn thành ở phía máy khách, thường chỉ mất 1-2 giây và thậm chí có thể chạy trên các thiết bị di động (hoặc được ủy quyền cho các dịch vụ chứng minh bên ngoài nếu hiệu suất không đủ).

4.5 Xác minh trên chuỗi và Cập nhật trạng thái

Hợp đồng Xác minh trên chuỗi của Miden (được kế thừa từ Ethereum) thực hiện các hoạt động sau trên các chứng minh STARK nhận được:

  • Nhanh chóng xác minh xem AIR có giữ được không (qua xác minh mẫu);
  • Kiểm tra xem đầu vào công cộng (như cam kết trạng thái, chiều cao khối) có khớp hay không;
  • Cập nhật trạng thái toàn cầu (như cây lưu trữ tài khoản, Nullifiers);
  • Đăng ký trạng thái mới hoặc tiêu thụ trạng thái của ghi chú.

Nhờ vào tính minh bạch và tính song song của STARK, Bộ xác minh có thể xác minh đồng thời chứng minh của hàng nghìn giao dịch, tăng cao công suất xử lý và giảm tải trên chuỗi.

4.6 Giải thích đơn giản: Hệ thống chứng minh STARK của Miden giống như một "Biên lai toán học"

Bạn có thể xem quy trình chứng minh không biết của Miden như một “giao dịch ngân hàng không giấy tờ”:

Tình huống tượng trưng:

Hãy tưởng tượng bạn đang thực hiện một cuộc chuyển khoản ngân hàng, nhưng bạn không muốn ngân hàng biết bạn đã chuyển bao nhiêu tiền, cho ai, hoặc xem số dư tài khoản của bạn. Nhưng bạn muốn ngân hàng xác nhận rằng bạn không vượt quá số dư, bạn có đủ tiền, và thao tác là hợp lệ.

Trong tình huống này, bạn:

  1. Sử dụng máy tính và bảng tính tại nhà để tính toán việc chuyển khoản;
  2. Tạo một "biên lai" toán học (bằng chứng STARK) nêu rõ "Tôi đã tuân theo các quy tắc, không chi thêm tiền và không giả mạo bất cứ điều gì";
  3. Gửi biên nhận đến ngân hàng thay vì gửi hóa đơn;
  4. Ngân hàng chỉ kiểm tra “biên nhận,” xác minh toán học rằng những gì bạn nói là đúng, và chấp nhận chuyển khoản;
  5. Ngân hàng không biết chính xác bạn đã chuyển gì, chỉ biết rằng “giao dịch này hợp lệ.”

Trong Miden:

  • “Bạn” là khách hàng của người dùng;
  • “calculator” là Miden VM;
  • “Biên lai toán học” là bằng chứng STARK;
  • “Ngân hàng” là Miden Verifier trên Ethereum;
  • "Dù bạn có tiền" hay "dù bạn vi phạm quy tắc" đều được tính toán cục bộ và được chứng minh toán học để thuyết phục mạng lưới;
  • Toàn bộ quá trình không cần tiết lộ chi tiết cụ thể hoặc yêu cầu người khác chạy lại chương trình của bạn.

Phương pháp “chứng minh, đừng tiết lộ” này là bản chất của Zero-Knowledge.

Tóm tắt

Miden không coi ZK là một thành phần bổ sung mà tích hợp sâu vào mỗi thực thi lệnh trong máy ảo. Qua quy trình Trace → AIR → STARK, Miden đã đạt được một mô hình thực thi blockchain thực sự cung cấp thực thi cục bộ, xác minh trên chuỗi và không rò rỉ thông tin riêng tư, định đạo máy ảo tầng ứng dụng dựa trên STARK.

5. Trải nghiệm phát triển và Tổng quan Công cụ


Tóm tắt kinh nghiệm phát triển và công cụ của Miden (Nguồn: Gate Learn tác giả Max)

Kinh nghiệm phát triển của Miden được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng ZK, kết hợp các lợi ích của tính mô đun, an toàn loại và thực thi cục bộ, cho phép các nhà phát triển vừa xây dựng hệ thống linh hoạt và triển khai an toàn lên blockchain.

6. Ứng Dụng và Trường Hợp Sử Dụng Điển Hình: Miden Có Thể Làm Những Điều Mà Các Chuỗi Khác Không Thể

6.1 “Order Matching No Longer On-Chain” — Bước Tiếp Theo cho DeFi

Xây dựng một sàn giao dịch kiểu sổ lệnh trên chuỗi truyền thống đồng nghĩa với việc mỗi lệnh mua và bán cần được ghi vào khối. Điều này không chỉ tốn kém và có độ trễ cao, mà còn dễ bị khai thác frontrunning (MEV).

Làm thế nào Miden làm được điều đó?

  • Việc kết đôi xảy ra ở phía máy khách (di động/máy chủ);
  • Người dùng đóng gói một lô giao dịch, tạo ra một chứng minh ZK;
  • Mạng chỉ xác minh “các giao dịch này hợp lệ”, mà không yêu cầu mỗi giao dịch phải nằm trên chuỗi;
  • Tất cả chi tiết giao dịch đều được ẩn khỏi tầm nhìn bên ngoài, chỉ có kết quả cập nhật trạng thái.

Kết quả: Giao dịch nhanh, phí thấp, không có MEV, biến việc giao dịch tần suất cao và tạo lập thị trường trên chuỗi thành hiện thực.

6.2 Ví không chỉ còn là địa chỉ, mà còn là 'terminal' danh tính thông minh


So sánh giữa ví EVM và ví Miden (Nguồn: Tác giả Max của Gate Learn)

Trong Miden, mỗi tài khoản là một hợp đồng thông minh, biến các “ví” thành các trạm nhận dạng có các quy tắc xác định. Trải nghiệm người dùng tương tự như các ứng dụng ngân hàng, đồng thời duy trì các lợi ích tự giữ tài sản trên chuỗi.

6.3 Tại sao Các Thuộc Tính Của Vật Phẩm Trò Chơi Phải Được Hiển Thị Cho Tất Cả Mọi Người?

Ví dụ về kịch bản trò chơi:
Trong một trò chơi MMORPG trên chuỗi, bạn đào được một 'thanh kiếm hiếm' với các thuộc tính ẩn, nhưng một khi trên chuỗi, người khác biết nó có thêm bonus, là vật phẩm có giá trị, và có thể nhắm đến bạn.

Cách Miden giải quyết vấn đề này:

  • Logic và thuộc tính của trò chơi được thực thi cục bộ;
  • Các phần thưởng thuộc tính, thời gian hồi chiêu, kỹ năng, v.v. được ẩn dưới dạng trạng thái riêng tư cục bộ;
  • Thông qua chứng minh ZK, bạn thông báo cho chuỗi chính rằng “chiếc kiếm này đã đánh bại quái vật” mà không tiết lộ các thuộc tính của chiếc kiếm;
  • Các người chơi khác chỉ biết bạn đã chiến thắng, không biết bạn đã sử dụng gì.

Điều này cho phép trải nghiệm game công bằng nhưng bảo mật, cho phép các trò chơi Web3 cuối cùng đạt được khả năng không bị tiết lộ thông tin và chống gian lận.

6.4 Thanh toán riêng ≠ Không tuân thủ

Trên Ethereum: Thanh toán 1 ETH cho ai đó = cho thế giới biết bạn đã thanh toán cho ai, khi nào và số lượng bao nhiêu.

Trên Miden:

  • Bạn có thể đặt giao dịch chỉ hiển thị cho “người xác minh đáng tin cậy”;
  • Cơ quan quản lý có thể xác minh các giao dịch tồn tại và tuân thủ các quy định, mà không cần phải tái tạo toàn bộ bức tranh;
  • Điều này cho phép hệ thống thanh toán là “có thể chứng minh tính riêng tư + sẵn sàng kiểm toán + người dùng kiểm soát”.

Các ứng dụng điển hình bao gồm quản lý kho bạc của DAO, thanh toán đa quốc gia cho doanh nghiệp, lương hóa trên chuỗi và ngân hàng Web3.

6.5 Mô hình mới: AI Off-Chain + Chứng minh On-Chain

Miden cho phép bạn chạy một mô hình AI một cách cục bộ (như dự đoán giá thị trường, tư vấn y tế) và sau đó gửi kết quả vào blockchain thông qua chứng minh STARK.

Ví dụ luồng:

  • Mô hình chạy cục bộ;
  • Người dùng tạo chứng minh ZK: “Đây là kết quả được tạo ra bởi mô hình dựa trên một tập dữ liệu cụ thể”;
  • Chuỗi chính chỉ xác minh “thực thi hợp lệ”, mà không biết quá trình hoặc đầu vào.

Điều này cho phép các ứng dụng xây dựng tương tác trên chuỗi tin cậy trong khi bảo toàn tài sản trí tuệ mô hình và quyền riêng tư của người dùng. Các ví dụ bao gồm trí tuệ nhân tạo y tế, các mô hình kiểm soát rủi ro và logic quyết định doanh nghiệp, tất cả đều có thể đạt được “xác minh hộp đen”.

6.6 Tóm tắt

Miden không chỉ là một bộ tăng tốc hoặc lớp mở rộng bảo mật; nó đại diện cho một mô hình hoàn toàn mới: từ “sổ cái trên chuỗi” đến “hệ thống tính toán đáng tin cậy trên chuỗi”. Miden cho phép nhà phát triển xây dựng ứng dụng Web3 thực sự an toàn, có thể kết hợp, kiểm tra nhưng không rõ ràng.

7. Thách thức và Triển vọng

Mặc dù Miden đã thể hiện tiềm năng lớn trong công nghệ không chứng minh cho khả năng mở rộng, quyền riêng tư và mô hình phát triển, nhưng với một kiến trúc mới nổi, vẫn đối mặt với một loạt thách thức.

  1. Hệ sinh thái phát triển vẫn đang ở giai đoạn đầu. So với hệ sinh thái EVM chín chắn, bộ công cụ, hỗ trợ ngôn ngữ và thư viện thành phần của Miden vẫn đang được cải thiện. Mặc dù hỗ trợ biên dịch Rust đang được phát triển, hầu hết các hợp đồng thông minh vẫn cần được viết bằng MASM, tạo ra một rào cản nhất định đối với các nhà phát triển không phải là cấp thấp.
  2. Mặc dù bằng chứng STARK là minh bạch và hiệu quả, nhưng vẫn tạo ra các khối lượng tương đối lớn, đặt ra yêu cầu cao hơn đối với thiết bị di động hoặc người dùng có băng thông hạn chế. Mặc dù điều này có thể được giảm nhẹ trong tương lai thông qua việc tổng hợp chứng minh, các dịch vụ chứng minh dành riêng và các phương pháp khác, nhưng vẫn là một trong những rào cản về khả năng sử dụng trong thời gian ngắn.
  3. Sự căng thẳng giữa quyền riêng tư và tuân thủ vẫn tồn tại. Mặc dù Miden cung cấp một cơ chế linh hoạt 'xác minh nhưng mờ mịt', sự phức tạp của môi trường quy định có thể áp đặt các hạn chế đối với một số mẫu ứng dụng. Nhà phát triển cần cung cấp khả năng kiểm toán, kiểm soát và bảo mật trong khi xây dựng các hệ thống bảo vệ quyền riêng tư để đạt được sự cân bằng với các khung pháp lý tuân thủ thực tế.

Nhìn về phía trước, lộ trình phát triển của Miden rõ ràng và được xác định rõ ràng. Với sự trưởng thành của chuỗi công cụ Rust, việc mở rộng các mẫu phát triển và hệ sinh thái thành phần cũng như tích hợp với mạng chính Polygon AggLayer, nó có tiềm năng trở thành thời gian chạy mặc định cho các ứng dụng Web3 — đặc biệt là đối với các tình huống yêu cầu logic độ phức tạp cao, kiểm soát quyền riêng tư mạnh mẽ và dấu chân trên chuỗi tối thiểu. Mô hình "chứng minh phía khách hàng + xác minh trên chuỗi" do Miden mở ra có thể là kênh quan trọng để thực sự mở rộng quy mô tính toán trên chuỗi.


Lộ trình phát triển Miden (Nguồn: Tài liệu chính thức của Miden)

8. Kết luận

Miden không phải là một sự điều chỉnh nhỏ vào kiến trúc chuỗi khối truyền thống, mà là một sự tái cấu trúc hoàn toàn. Với chứng minh không trường hợp ở lõi, nó đẩy việc thực thi giao dịch và quản lý trạng thái đến phía người dùng, để lại mạng lưới xử lý chỉ việc xác minh và đồng thuận. Điều này giúp hiệu suất, quyền riêng tư và an ninh không còn là các tùy chọn đối lập mà có thể đạt được đồng thời.

Qua Miden, nhà phát triển có thể xây dựng các ứng dụng phức tạp, riêng tư và linh hoạt hơn, trong khi người dùng có được sự kiểm soát và bảo mật lớn hơn. Điều này không chỉ mở rộng ranh giới kỹ thuật của blockchain mà còn mở ra những không gian sáng tạo mới cho các ứng dụng Web3. Khi hệ sinh thái từng bước cải thiện, Miden có tiềm năng trở thành một thành phần cốt lõi của thế hệ tiếp theo của cơ sở hạ tầng Web3. Hướng phát triển tương lai của blockchain có thể nằm trong mô hình “xác minh tin cậy trên chuỗi + thực thi miễn phí ngoại chuỗi” này.

Penulis: Max
Pengulas: Allen
* Informasi ini tidak bermaksud untuk menjadi dan bukan merupakan nasihat keuangan atau rekomendasi lain apa pun yang ditawarkan atau didukung oleh Gate.io.
* Artikel ini tidak boleh di reproduksi, di kirim, atau disalin tanpa referensi Gate.io. Pelanggaran adalah pelanggaran Undang-Undang Hak Cipta dan dapat dikenakan tindakan hukum.
Mulai Sekarang
Daftar dan dapatkan Voucher
$100
!