ZK-compression в Solana: масштабирование состояния без отхода от L1

Откуда выросла ZK-compression: кратко о state compression

State compression в Solana — это способ хранить «массовые» данные не в аккаунтах, а в коммитментах на цепи: корень Concurrent Merkle Tree (CMT) лежит на L1, а сами элементы (листья) и их изменения индексируются off-chain. Транзакции прикладывают Merkle-доказательства, а программы проверяют их против корня. На этой базе появились compressed NFTs (cNFT) и другие массовые структуры (миллионы объектов за копейки). См. также транзакция и комиссии.

Ключевые свойства:

* CMT поддерживает *параллельные* обновления (fast-forwarding proofs), что позволяет в одном слоте успевать до ~2048 модификаций без коллизий; за счёт этого можно хранить до миллиардa элементов в одной структуре и добиться >10 000× экономии on-chain-места (по сравнению с наивным хранением каждой записи в аккаунте). * В реестре NFT это вылилось в cNFT: минт огромных коллекций с парой транзакций на корни и «копеечными» затратами за объект.

Что добавляет ZK-compression

Если state compression требует пересылать и проверять Merkle-пути при каждом действии, то ZK-compression позволяет прикладывать короткое zk-доказательство, проверка которого дешевле и стабильнее по газу. За счёт этого:

* Дешевле хранить состояние: L1 держит лишь *коммитменты/корни* и минимальные метаданные, а доказательства корректности переходов проверяются как compute. В Solana вычисления стоят дешевле, чем долговременное хранение аккаунтов — это делает обмен «storage → compute» выгодным. * Рента исчезает там, где она блокировала масштаб: становятся возможны rent-free PDA и rent-free токены (сжатые токен-аккаунты), пригодные для миллиардных масштабов. * Композиционность остаётся L1-уровня: в отличие от L2-роллапов, здесь нет «собственного консенсуса»; верификация идёт *внутри* программ на Solana, и любые контракты могут принимать такие доказательства как входные данные.

Коротко: state compression = «Merkle-корни на цепи + off-chain индексация», ZK-compression = «+ zk-доказательство корректности перехода вместо (или поверх) длинных Merkle-путей».

Архитектура: из каких блоков состоит решение

1) Деревья/коммитменты на L1. Как и прежде, база — Concurrent Merkle Tree со специальными правилами параллельных вставок/замен. Корни и служебная структура хранятся в аккаунте/программе, управляемых вашим приложением.

2) Индексер и слой доступности данных. Чтобы клиенты не таскали весь Merkle-путь, задействуются индексеры (Helius/Light и др.). Они следят за слотами, записывают изменения листьев и помогают собирать/кэшировать артефакты для пруверов. Для cNFT уже де-факто стандарт — DAS API (Digital Asset Standard) у RPC-провайдеров.

3) Прувер и формат доказательств. Локально (или на бэкенде) генерируется zk-доказательство того, что предложенная операция:

• согласуется с «старым» коммитментом,
• корректно обновляет конкретный лист/набор листьев (баланс, атрибут, владение и т.д.),
• даёт новый корень, который вы и собираетесь записать на L1.

Типичные схемы — zkSNARK (ради коротких пруфов и быстрой валидации).

4) Ончейн-верификация. Ваша программа (или общий «верификатор») принимает пруф и проверяет его корректность в рамках слота/транзакции. Если ОК — обновляется корень CMT/коммитмент. Для вызывающего контракта это похоже на «обычную» инструкцию, но он получает гарантии корректности без доступа к некомпрессированным данным.

5) Прикладные примитивы. Сверху строятся высокоуровневые штуки: rent-free токены, rent-free PDA (сжатые записи с доступом по ключу), массовые реестры (идентификаторы, лайки, графы друзей), биллинговые записи и проч.

Поток «жизни» данных: пример на токенах

Сценарий: хотим реестр «балансов» как сжатые листья, без типичных «тяжёлых» SPL-token-аккаунтов.

1) Коммитмент. Разворачиваем CMT под «балансовую» карту (ключ = PDA/адрес пользователя + ID токена; значение = количество). 2) Минт. Оператор или минтер публикует переход «0 → X» вместе с zk-доказательством корректности: пруф показывает, что «старое» значение было 0, а «новое» = X; верификатор убеждается, что новый корень соответствует применённому патчу. 3) Трансфер. Отправитель подготавливает пруф «уменьшил A на y, увеличил B на y» (возможно, как один батч). Контракт проверяет пруф и меняет корень. 4) Сжигание/списание. Аналогично: пруф о корректности «A → A − y». 5) Чтение/UX. Клиенты читают индексер или используют доказуемые «read-эндпойнты», для критичных операций — прикладывают пруфы «на чтение» (membership/non-membership), если это требуется логикой.

Плюсы: нет «тысяч аккаунтов-хранилищ», нет ренты, «массовые» операции становятся дешевле/предсказуемее; всё остаётся компонуемым на L1.

Почему это экономно именно на Solana

У Solana хранение аккаунтов — дорогая часть, а вычисления сравнительно дешевле. ZK-compression обменивает дорогой storage на дешёвый compute: мы проверяем пруфы на L1 и не плодим аккаунты/рентабельные PDA. На других сетях эта замена бывает экономически невыгодной (compute дороже), а в Solana она «ложится» естественно.

Грубые ориентиры из практики:

* «Базовая» state compression уже даёт на порядки меньшую цену (классический пример — cNFT с миллионами минтов). * ZK-слой снимает накладные расходы на длинные Merkle-пути и позволяет *обобщить* модель на токены/балансы/PDA. * В материалах по ZK-compression сообщалось об экономии до 99% хранения и потенциально до нескольких тысяч раз по «эффективной ренте» для некоторых паттернов — в зависимости от частоты обновлений и размера данных.

Чем ZK-compression отличается от L2/роллапов

* Никакого отдельного консенсуса/валидаторов. Всё — на L1 Solana; пруф проверяет ваш контракт. * Композиционность уровня L1. Любая программа может принимать пруфы от другой, нет мостов/асинхронных выходов. * DA-модель: «данные доступны» через саму Solana (журнал слотов) и индексеры, корни — на L1; критичные приложения могут дублировать индексацию и хранение «сырых» сообщений.

По духу это ближе к «обобщённым коммитментам и пруфам на L1», чем к отдельному уровню исполнения.

Сравнение: classic state compression vs ZK-compression

Где это уже применяется

* cNFT и «массовые» коллекции. Практика показала надёжность state compression (Bubblegum) и RPC-индексации (DAS). * ZK-tokens / rent-free PDA. Появляются SDK и программы, позволяющие выпускать «сжатые» токены/учётные записи (балансы, баллы лояльности, в-игровую экономику) без ренты — с доказуемыми переходами на L1. * Социальные графы, лайки, счётчики, рекламные события. Там, где много маленьких записей и обновлений, экономия максимальна. * Pay-per-action биллинг, подписки, микроплатежи. «Счётчик-как-листья» + пруф корректности инкремента.

Стек разработчика: из чего собирать продукт

Программы:

• spl-account-compression (интерфейсы к CMT): создание/обновление деревьев, fast-forwarding, вспомогательные проверки.
• «Верификатор zk»: библиотека/программа для проверки конкретной схемы (Groth16 и др.).

Инфраструктура:

• RPC с поддержкой DAS/индексации cNFT/state-compression (Helius и аналоги).
• Индексер ZK-compression: хранит «сырые» изменения, подготавливает артефакты для прувера, предоставляет read-эндпойнты.

SDK/клиент:

• Клиент для генерации пруфов (браузер/сервер) и упаковки инструкций.
• Утилиты для отладки: проверка корней, сравнение снапшотов, восстановление Merkle-путей.

Деплой:

• Версионируйте схемы пруфов, держите артефакты (vk/keys) под контроль-версий.
• Закладывайте миграции корней и процедуры «аварийного обновления» (при смене дерева/параметров).

Безопасность, доверие и риски

1) Доверие к индексации. Индексер — это *удобство и кеш*, но он не источник истины: истина — корни/коммитменты на L1. Пользовательская сторона либо пересчитывает пути/пруфы, либо доверяет провайдеру только как кэшу (пруф всё равно проверяет L1).

2) Корректность пруфов/верификатора. Убедитесь, что ваша схема надежно кодирует инварианты (нет «пустых переходов», переполнений, рассинхронизаций). Любые баги в верификаторе — критичны, потому что он «решает», что считать валидным переходом состояния.

3) Совместимость с экосистемой SPL. Классические протоколы могут ожидать «обычные» SPL-счета и токены. Для интеграций готовьте адаптеры (например, «декодировать баланс» через доказательство чтения или держать «мост-обёртку» между SPL и «сжатой» книгой балансов).

4) Liveness и восстановление. Спланируйте мульти-индексацию (несколько провайдеров/инстансов), снапшоты деревьев, резервные каналы. Если индексер падает, пользователи должны иметь способ вычислить пруф локально или переключиться.

5) Приватность. ZK-пруфы не обязаны скрывать величины/адреса — они доказывают корректность. Если требуется приватность содержимого, проектируйте соответствующие схемы (скрытые поля/диапазоны), помня о стоимости вычислений.

6) Экономика и тарифы. Пруф-генерация «стоит» CPU/GPU и время. Для UX может понадобиться батчирование операций и «тарифные планы» (часть пруфов — на бэкенде).

Практические рекомендации по проектированию

* Начните с state compression (Merkle-пути) — она уже боевая и проста для cNFT/реестров. Когда упрётесь в длину путей/накладные, подмешивайте ZK для горячих участков. * Думайте ключами данных: как вы адресуетe листья? Ключ = seed(program) + user + resource уменьшит коллизии и облегчит миграции. * Версионируйте деревья и схемы. Каждый релиз — свой tree_id/vk_id, «мягкая миграция» через дублирование корней и «временные мосты». * Интегрируйте «доказательства чтения». Не только записи: нередко нужно доказать «баланс ≥ X» или «элемент отсутствует» (*non-membership*). * Делайте DR-плейбуки: «индексер умер», «ключи верификатора утекают», «нужно откатиться на снапшот». * UX-подсказки: показывайте пользователю новый корень, статус верификации, понятные ошибки (несогласованный пруф, устаревший снапшот).

Примеры сценариев

Игры и соцсети. Миллионы предметов/лайков/очки опыта → листья; действия игрока — пруфы изменения. Никаких «миллионов PDA», быстрый онбординг.

Маркетплейсы/NFT-сервисы. cNFT + ZK-пруфы для «массовых» апдейтов атрибутов/роялти без длинных путей и с предсказуемой ценой.

Финтех/биллинг. Счётчики начислений/лимитов и «пей-пер-акшн» при микротранзакциях, где rent-модель обычных аккаунтов экономически губительна.

Идентичность/доступ. Сжатые allow-листы/роли; доказательство членства/не-членства на L1; обновления списков большими батчами.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Это «роллап на Solana»? Нет. ZK-compression — это L1-парадигма: ваши программы на Solana принимают и проверяют пруфы, корни и коммитменты живут на L1.

Где лежат данные? Хэш-корни и служебное на L1 (в аккаунтах/программах), «сырые» записи и разносы — у индексеров/в приложении. Истина для корректности — пруф + корень на L1.

Насколько это дешевле? Зависит от паттерна. Для «массовых объектов» state compression уже показывала >10 000× экономии хранения; ZK-слой убирает накладные на пути и даёт rent-free PDA/токены, что особенно выгодно при частых апдейтах.

Можно ли «скрывать» суммы/поля? Да, схемой пруфа, но это увеличит вычислительную цену. Базовые кейсы — доказуемая корректность, а не приватность.

Как читать «баланс» из сжатого токена? Через индексер/SDK и при необходимости — пруф чтения (membership). Контракты-потребители могут требовать пруф, если логика критична.

Что с совместимостью с DeFi? Нужны адаптеры. Часть протоколов будет работать напрямую (принимая пруфы), часть — через мост-обёртку к классическому SPL.

Сравнение подходов хранения состояния в Solana

Лучшие практики для продакшна

* Держите несколько индексеров и автоматические сверки корней. * Логируйте каждую смену корня с метаданными (slot, tree_id, vk_id). * Делайте контрактные гвардии: лимиты на размер патча, дедлайны слотов, «анти-повтор». * Планируйте миграции дерева (рост глубины, фрагментация листьев) заранее. * Документируйте формат пруфов, выкладывайте верификационные ключи (vk) и используйте семантическую версионизацию.

См. также

• Solana
• Транзакция / Комиссия / Адрес
• Кошелёк / Безопасность / Приватность
• Rollups (L2) (для сравнения архитектур)
• Токенизированные фонды (пример приложений с тяжёлым состоянием)
• Blacklists у стейблкоинов (об админ-ролях и рисках в контрактах)