详解Polyhedra Network：如何用ZK技术加固Web3的地基？

简介

Polyhedra Network 是 Web3 行业的先驱公司，以其超快速的零知识证明（ZKPs）技术而闻名。该公司的目标是成为整个生态系统的基础设施，提供一流的解决方案以满足行业需求。

他们的旗舰产品 – zkBridge，是基于他们自主研发的尖端零知识证明协议。zkBridge 已经成功地实现了在超过 25 个一层和二层区块链之间的无需信任且高效的跨链互操作性，这在业界是独一无二的。

Polyhedra Network 的研发团队持续优化其技术，以确保在整个区块链生态系统中提供无与伦比的速度和效率。他们的努力和成就已经在行业内获得了广泛的认可，他们的技术和产品被视为区块链领域的重要基石。

此外，Polyhedra Network 还为开发者提供了一套工具链，以提供更好的 Web3 开发环境。这些工具链使开发者能够更高效地构建和部署 Web3 应用，进一步推动了 Web3 生态系统的发展。

项目概要

Polyhedra Network 是一家领先的 Web3 基础设施提供商，旨在利用其零知识技术打破传统计算的束缚，加速 Web3 的普及和应用。该公司的创新技术和独创性的方法为整个 Web3 生态系统奠定了坚实的基础。

zkBridge 是 Polyhedra Network 的旗舰发明之一，它彻底改变了区块链的互操作方式。zkBridge 安全、快速，无需第三方信任即可运作。Polyhedra Network 进一步将 zkBridge 协议扩展为通用的零知识互操作协议，实现了 Web2 与 Web3 的无缝连接。这一协议简化了传统金融机构开发 Web2 与 Web3 互通应用的流程，促进了实物资产在不同网络间的自由流动。

zkBridge 的技术核心是 deVirgo 算法。deVirgo 算法通过并行计算和递归证明，缩短了证明生成时间并且减少了 ZKP 的证明大小，从而实现零知识证明成本的降低和速度的提升。deVirgo 算法可以实现 10 秒内生成以太坊全节点证明，官方实际测试中 zkBridge 可以在 12 秒内生成以太坊全节点的证明并在 BNB 链和其他网络上验证区块头。

在团队方面，项目背后是一个来自加州大学伯克利分校、斯坦福大学、清华大学等高校的团队，团队核心成员基本都是相关领域的博士，有着较强的技术实力。在资金方面，Polyhedra 在近期以 10 亿美元估值获得了 2,000 万美元的投资，使其总融资额达到 7,500 万美元，。团队在资金方面与 Polychain、币安、OKX 联系较为紧密；在产品方面，Polyhedra 团队也与以太坊生态，比特币生态等合作密切。

项目在开发方面比较稳定，团队有着较强的技术实力，产品也都正常交付。目前 Polyhedra 在技术和产品方面已经比较成熟，属于可用状态，未来可能更多是纵向拓展，增加底层 ZKP 技术的用例与开展业务合作并行。

Polyhedra 的代币符号是 ZK，目前已经在 OKX, Bybit, Kucoin, Bitget, Bitmart 等各大交易所上线。ZK 代币已空投给 zkBridge 转账用户、Pandra King NFT 持有者、Galxe 忠诚度积分用户及其他平台合作伙伴。Polyhedra 还将会持续价值 1500 万没劲的 ZK 代币空投活动。

ZK 研究

Polyhedra Network 在区块链的可扩展性问题上取得了显著的成就。这个问题一直是阻碍区块链大规模部署的主要障碍。许多项目正在通过采用零知识证明 (ZKPs) 来解决这个问题，但证明生成的瓶颈问题仍然存在，通常需要部署拥有数 TB 内存的强大机器。

然而，Polyhedra Network 的研究团队聚焦于改进零知识证明，以提高利用零知识技术的系统的可扩展性。他们聚焦在证明生成过程的优化，以改变传统算力对大规模硬件资源的依赖，从而提高系统的可扩展性和可用性。

ZK 算法

1. Libra：一个高性能的证明系统，通过通过直接改进算法来加速证明生成过程，并且没有牺牲通用性和验证效率。该算法已在公司的核心代码库中实施、修改和优化。实验表明，新的实现在效率上比其他证明系统高出一个数量级。

2. Virgo：一个强大的基于 Libra 并用于分层算术电路的零知识证明方案，该方案不需要可信初始化。它具有快速的证明者以及实用的的证明大小和快速的验证时间。实验显示，它仅需要 53 秒就能为一个计算有 256 片叶子的默克尔树的电路生成一个证明，至少比所有其他零知识证明方案快一个数量级。

3. Virgo ++：泛化了 GKR 协议对分层电路的交互式证明至任意电路，同时保留了严格线性到电路大小的最优证明者复杂性。此协议不仅在理论复杂度上实现了最优证明者复杂性，而且在实际中也是高效的。实验显示，它只需要不到一秒钟就可以为包含超过一百万个门的电路生成证明，这比原始的分层电路上的交互式证明协议快 13 倍。

4. Orion：作为证明系统的 Orion，通过采用纠错码领域最新的技术进展，显著降低了证明生成时间，同时具有实用的证明大小和验证时间。该系统非常适用于链下应用以及 zkEVMs。

5. Gemini：一个硬件友好型的零知识证明系统，利用专用硬件帮助 Polyhedra 加速证明生成。Gemini 证明者有多种不同时间与内存权衡的配置，可以根据执行环境和需要证明的应用来选择。输出的证明与所选配置无关。在一种空间效率高的配置中，Gemini 证明者使用对数级的内存量，能够实现超快速的硬件运行，并且内存占用有限。

6. Marlin：一个零知识证明系统，其恒定的证明大小和验证复杂度将帮助 Polyhedra 减少证明大小和链上验证成本。Marlin 利用了全息技术的新颖用途，只要被验证的声明以编码形式给出，就能快速实现验证。结果参数具有恒定的大小，可以在几毫秒内验证。

7. Pianist：利用分布式计算的力量，能够将数百台机器的计算能力结合成一个统一的证明生成机器。Pianist 提供了无限的水平可扩展性和完美的并行性。Polyhedra 将这个系统中的技术与 Libra 结合起来，以获得最佳的两全其美的效果。

融资状况

Polyhedra 共经历了 5 次融资，融资总额达到 7,500 万美元。值得注意的是，最近（2024 年 3 月）的一次融资中，Polyhedra 以 10 亿美元的估值获得了 Polychain 领投的 2000 万美元融资，这已经是 Polychain 第 3 次领投 Polyhedra。

开源计划

Polyhedra 的核心是 zkBridge，其相关论文在 2022 年 11 月的 SIGSAC 计算机和通信安全会议上发布，论文中包含了 zkBridge、deVirgo 等主要内容。该团队计划在今年公开其源代码，以便更多的开发者能够利用零知识证明（ZKP）工具包，从而实现更加简洁、高效的开发流程。

产品

Polyhedra 全称 PolyHedra Network，是一个基于零知识证明（Zero-Knowledge Proof，ZKP）实现区块链互操作性的基础设施项目。Polyhedra 的第一个应用产品是 ZK 跨链桥协议——zkBridge protocol，以及基于其 deVirgo 算法衍生出来的中间件。

为了更好地服务于开发者社区，Polyhedra Network 预计将推出一套定制的零知识证明编译器和证明器，该套工具将与主流的零知识电路语言保持兼容性。此外，Polyhedra Network 也将推出一项基于云的证明器服务，旨在进一步简化应用的开发和部署过程。

这些创新性的工具和服务的推出，预计将使 Polyhedra Network 成为零知识项目的强大支持者，覆盖范围不仅包括互操作应用，还将扩展到 zkVM、zkEVM、zkDID，以及利用零知识增强人工智能的项目 (ZKML)。这将为开发者社区提供一个强大的平台，使他们能够更好地利用零知识证明的强大功能，从而推动区块链技术的进一步发展和创新。

zkBridge

zkBridge 是一个基于零知识证明的跨链桥协议，主要功能是实现区块链与区块链之间的数据和资产的互通，下图红色框中即为 zkBridge，zkBridge 由区块头中继网络（Block Header Relay Network）和更新合约（Updater Contract）组成。zkBridge 使用 zkSNARK 使发送链（证明生成方）能够有效地让接收链（验证方）相信发送者的链上发生了数据变化。中继网络从发送链检索区块头，生成区块头有效性证明，并将区块头连同证明一起发送到在接收链上设置的更新合约。一旦证明被验证成功，更新者合约会自动添加发送链的区块头，并更新至发送链。

deVirgo 算法的优势

实际上基于 ZK 的跨链架构都大体相似，而相比于其他项目，zkBridge 主要在 ZKP 的证明生成和验证时间以及成本方面进行了优化，这主要归功于 Polyhedra 开发的 deVirgo 算法。deVirgo 是基于 Virgo 算法（zk-SNARK 的一种）的升级版，因此 deVirgo 同样具有无需可信设置的优点。在 Virgo 算法的基础上，deVirgo 算法通过数据并行（data-parallel）和递归组合（Recursive Com-position），缩短了证明生成时间并且减少了 ZKP 的证明大小，从而实现零知识证明成本的降低和速度的提升。

在缩短 ZKP 证明生成时间方面，Polyhedra 团队将数据并行的方法应用到零知识证明中。在生成包含 n 个签名的电路（circuit）时，会产生 n 个相同的子电路复制品（sub-circuit copies），而数据并行的方式就是将这些子电路分配多个设备进行分别处理，而证明生成时间会随着设备数量的增加线性减少。简单而言，deVirgo 将原本 Virgo 算法的 ZKP 生成工作拆分给多台设备，从而优化证明生成时间。在相同的签名数量下，有着 n 台设备的 deVirgo 算法的生成时间几乎是 Virgo 算法的 1/n。

其测试图表如下图所示：

deVirgo 算法相比于 Virgo 算法

在证明大小和验证时间的优化方面，Polyhedra 使用递归证明（recursive verification）的方法，以缩小 ZKP 证明的大小、减少验证时间，并节约链上成本。具体而言，Polyhedra 使用了两阶段的递归计算，首先证明者通过调用 deVirgo 算法生成第一阶段证明，然后再通过 Groth16 算法生成第二阶段证明。第二阶段证明是第一阶段证明的有效证明，因此证明者只需要上传第二阶段证明以供验证者验证，其安全性依靠随机预言机假设（random oracle assumption）。

在前文提到了，第一阶段证明所用的 deVirgo 算法有着较快的证明生成速度，而第二阶段证明的 Groth16 算法一方面能够进一步压缩证明大小，并且对第二阶段证明的验证也更为简单；此外，Groth16 算法也是以太坊原生支持的算法，因此也能进一步节省证明成本。在 zkBridge 的论文中，这种方式将证明大小从 200KB（Virgo 算法生成的证明大小）减至了 130B，验证所需的计算费用则降至了 210k gas。简单来讲，Polyhedra 通过牺牲一定的证明生成时间，换取了证明大小的减小和验证难度的降低，以提升验证速度，降低了验证成本。

此外，在安全性方面，Polyhedra 也没有选择以太坊轻客户端的同步委员会方案，而是在 zkBridge 上部署了以太坊全节点证明系统。在官方的测试中，通过 deVirgo 可以在 10 秒内生成以太坊全节点的证明（以太坊出块时间约为 12 秒）；另外，zkBridge 将以太坊设置为发送链，将 BNB Chain 和 Avalanche 等设置为接收链，在包含所有组件的延迟的情况下，zkBridge 可以在 12 秒内生成以太坊全节点的证明并在 BNB 链和其他网络上验证区块头。

以太坊全节点证明

为了实现以太坊完整节点的快速验证者时间，Polyhedra Network 使用了其高效的证明系统 deVirgo。deVirgo 是 Virgo 协议的分布式版本，旨在通过跨多台机器分布计算来并行化 GKR 协议。借助 deVirgo，Polyhedra Network 能够支持不同区块链之间的快速灵活互操作性，而无需依赖外部信任假设。Polyhedra Network 还使用递归证明来证明由 deVirgo 生成的之前的证明确实证明了相应的区块头。证明的递归降低了在任何与 EVM 兼容的区块链网络上的链上验证成本，大约为 220K gas。

deVirgo 进行以太坊全节点证明的核心是将以太坊完整共识的验证表示为一个数据并行电路。设想有一个数据并行的算术电路𝐶以及 N 台机器。deVirgo 证明系统能够将数据并行电路分割成 N 个子电路，每台机器仅计算一个子电路。以太坊完整共识的验证就是这样一个数据并行电路，它可以包含超过 30k 个相同的签名验证算法和哈希。

deVirgo 的核心技术是分布式求和检查的方法。在 deVirgo 中，求和检查协议被分为两个阶段。在第一阶段，每台机器处理它们自己的子电路，并共同生成一个聚合证明。剩余工作将足够小，使得单一机器可以执行第二阶段，从而完成分布式求和检查的过程。

Polyhedra Network 已在 zkBridge 上部署了以太坊完整节点证明系统。zkBridge 将以太坊设置为发送链，而 BNB Chain 和 Avalanche 等其他网络则作为接收链。结果显示，zkBridge 可以在 12 秒内生成以太坊完整节点证明，并在 BNB Chain 及其他网络上验证区块头

生态项目

zkLightCient on LayerZero

zkLightClient 是 Polyhedra 开发的为 Layer-1 和 Layer-2 区块链网络提供互操作性的跨链基础设施解决方案，目前 zkLightClient 已经完全集成到 LayerZero 协议中。其工作流如下图所示：

zkLightClient 工作流

在进行跨链数据传输时，Chain A 的终端会将应用的数据路由至 LayerZero 的 ULN 库，然后 ULN 库通过中继网络将数据打包跨链传输至 Chain B 的 ULN 库，Chain B 应用再通过 ULN 库接收跨链数据。在这个过程中，Polyhedra 的 zkLightClient 会作为 Oracle 的角色监听 Chain A 的 ULN 库信息，然后将数据包的哈希值发送到 Chain B 的终端，Chain B 再对哈希值进行验证。zkLightClient 的主要作用是利用零知识证明保证跨链信息的安全，并且通过 Polyhedra 的 zk 算法对 ZKP 进行压缩，以减少证明成本、加快验证速度。

zkBridge 比特币消息协议

比特币生态中少有像 zkBridge 一样无需可信设置的 ZK 跨链桥项目，布局比特币生态，也是 Polyhedra 业务拓展的重要一步。目前，利用 zkBridge，比特币区块链可以与比特币 Layer-2、以太坊区块链和以太坊 Layer-2 等 20 余个网络进行交互。Polyhedra 在比特币生态方面与 EigenLayer、OKX Wallet、Bitmap 等近 20 个项目进行了合作，涵盖领域包括基础设施、L2、Defi、工具类等多个领域。其具体的合作项目如下图所示，信息截至项目方今年 1 月的官方博客。

比特币生态合作项目

Polyhedra 在 zkBridge 的基础上，针对比特币生态开发了跨链互操作性协议 Bitcoin Messaging Protocol（或者称为 Bitcoin zkBridge），以实现比特币生态项目之间、比特币与其他区块链之间的跨链交互。具体而言，主要有两个路径，一是比特币作为发送链向其他区块链发送信息，二是比特币作为接收链接收其他区块链发送的信息。

比特币作为发送链向其他区块链发送信息比较简单，zkBridge 的本身架构本身能够兼容比特币区块链，接收链只需要如前文（2.4.1 节）所述一样通过 zkBridge 的智能合约即可验证比特币共识，也可以通过验证 Merkle 证明来验证比特币上的每一笔交易。通过 zkBridge，其他区块链网络上的智能合约能够去信任地访问比特币数据和协议，并且通过零知识证明来保证安全性。

而比特币作为接收链则相对复杂一些。由于比特币缺乏原生的智能合约功能，因此比特币不能作为标准的 zkBridge 接收链。在这种情况下，Polyhedra 通过削减机制（Slashing mechanism）实现智能合约的效果，如下图所示（以以太坊作为发送者链为例）。具体而言，在发送链上有一个质押合约，质押合约的验证者负责接收用户请求（发送链的数据）并将其数据写入比特币区块链。在这个过程中用户会监控比特币区块链的状态，如果检测到异常，用户会启动从比特币到发送链的 zkBridge 跨链消息传递。如果判定验证者行为不当，则会罚扣验证者质押的代币。在这个质押系统中，Polyhedra 与 EigenLayer 合作开发了双重质押系统（Dual Staking），即质押比特币和发送链的原生代币两种代币，例如发送链为以太坊则质押以太坊和比特币；发送链为 BNB Chain 则质押 BNB 和比特币。

比特币作为接收链的情况

其他组件

Polyhedra 的核心是 deVirgo 算法，基于该算法实现了 zkBridge 跨链桥。Polyhedra 官方在 zkBridge 上构建了一些功能组件，主要有：zkBridge Token、zkBridge NFT、zkBridge Message 等

zkBridge Token：zkBridge Token 提供代币资产跨链的功能，目前支持 ETH、BNB、USDT 三种资产的跨链，支持的区块链有以太坊、BNB Chain、Polygon、Linea、Base、Mantle、opBNB、Optimism、Scroll、Arbitrum One 共 10 个，支持的钱包有 Metamask、Binance Web3 Wallet、Trust Wallet、OKX Wallet、Coinbase Wallet、Bitget Wallet 和 Unstoppable Domains 共 7 个。

zkBridge 功能界面

zkBridge NFT：zkBridge NFT 提供 NFT 资产跨链的功能，目前支持的区块链有以太坊、BNB Chain、Polygon、Linea、Base、Mantle、opBNB、Optimism、Scroll、Arbitrum One、Combo 共 11 个。

zkBridge Message：zkBridge Message 主要是跨链信息发送，目前发送支持 BNB Chain、以太坊、Polygon、Core DAO 和 Celo，接收支持 BNB Chain、以太坊、Polygon、Core DAO、Celo、Arbitrum ONE、Arbitrum Nova、Avalanche、Metis、Fantom。

zkDID：zkDID 是 Polyhedra 基于 SBT（灵魂绑定代币）和零知识证明开发的 DID 解决方案，具有可扩展、可互操作的特点。此外，zkDID 还使用 ZKP 通过隐形地址机制保护用户隐私。

Legend Games：Legend Games 是由 zkBridge 提供支持的全链游戏基础设施，主要是为 Web3 游戏项目方、开发者提供互操作性基础设施、NFT 和游戏中间件以及开发者生态系统。

Polyhedra 路线图

现状

Polyhedra 在技术和产品方面基本已经成熟并且落地，已经推出了 7 大零知识证明（ZKPs）算法。其核心的 zkBridge 已经推出近 1 年时间，目前看来运行比较稳定。去年 7 月，deVirgo 算法实现了以太坊全节点证明；近期，zkBridge 也针对以太坊坎昆升级做出了更新。在资金方面，Polyhedra 今年分别收到了 OKX Ventures 和 Polychain 领投的两轮融资，其中本月 Polychain 的风投以 10 亿美元获得了 2,000 万美元的融资。总体来看，Polyhedra 在技术方面有着较强的实力，产品在技术方面已经比较成熟且持续有在更新和开发；项目运营方面也比较稳定，背后有币安、Polychain、OKX Ventures 等的支持。

根据官方数据，目前 Polyhedra 推特账户有 98 万关注者。业务数据方面，Polyhedra 已经生成零知识证明超 4,000 万条。在跨链桥方面，Polyhedra 支持了包含以太坊、比特币、BNB Chain 在内的超过 25 个区块链。现在 Polyhedra 生态合作项目超过 80 个，覆盖了 Layer-1、Layer-2、基础设施、游戏、元宇宙、NFT、Defi、DID、比特币生态等多个领域。从生态合作的落地来看，Polyhedra 与 LayerZero 的 zkLightClient、与币安合作的 Greenfield、与 EigenLayer 合作的双重质押系统都已经落地，实际表现也都不错。

未来

Polyhedra 是用零知识技术打破传统计算的束缚，加速 Web3 的普及和应用。该公司的创新技术和独创性的方法为整个 Web3 生态系统奠定了坚实的基础。在核心技术方面，zkBridge 已经比较成熟，但是未来项目依旧会继续优化其 ZK 电路，项目近期还针对以太坊坎昆升级对 zkBridge 进行了更新。此外，在技术和产品方面，Polyhedra 还将在以下几个方面发力：

1）ZK 编译器和 ZK 证明器：为了更好地支持开发人员，团队还准备推出专用的 ZK 编译器和 ZK 证明器。

2）证明生成服务：为了进一步简化应用程序开发和部署过程，Polyhedra 开发了一个证明生成服务，也将在未来推出。

3）除了互操作性应用程序外，还 Polyhedra 未来还会针对 zkVM、zkEVM、zkDID 进行开发，并利用 ZK 为 AI 领域赋能。

4）比特币的原生零知识证明

Polyhedra 未来的另一个比较重要的方向是业务集成方面，项目还会增加对更多生态和项目的支持，例如以太坊生态、比特币生态、Solana 区块链等。

总结：Polyhedra 项目在开发方面比较稳定，团队有着较强的技术实力，产品也都正常交付。目前 Polyhedra 在技术和产品方面已经比较成熟，属于可用阶段，未来可能更多是横向拓展，增加用例与开展业务合作并行。

代币符号

赛道

PolyHedra 的细分赛道为：ZK

赛道概况

目前的区块链计算能力面临的挑战主要包括处理速度的限制、能源效率低下和缺乏可扩展性。处理速度的限制和能源效率问题主要源于区块链网络需要大量的计算资源来处理和验证交易以及保持网络的安全性。随着区块链网络的使用量和复杂性的增加，现有的计算能力可能无法满足需求，这就需要更高的计算能力和更好的可扩展性。

Polyhedra Network 通过其 zkBridge 协议和零知识证明技术，提供了一种解决方案。这种技术可以提高区块链的可扩展性，减少对大规模硬件资源的依赖，从而提高处理速度和能源效率。同时，零知识证明技术可以在不泄露任何敏感信息的情况下验证交易的有效性，从而提供更高的安全性。