ZeroNethermind: Engineering a Stateless Execution Layer for Ethereum using Zero-Knowledge Proofs

La velocità complessiva di Ethereum è vincolata dalle capacità computazionali del suo nodo più lento. Per preservare un ambiente sicuro e decentralizzato, il protocollo impone attualmente a ciascun validatore la ri-esecuzione di ogni transazione e il mantenimento di un database di stato nell'ordine dei terabyte. Questo approccio genera un collo di bottiglia con complessità O(N) rispetto volume delle transazion e innesca la criticità architetturale nota come State Bloat, allontanando progressivamente l'hardware consumer dalla partecipazione attiva alla rete. Questa tesi presenta ZeroNethermind, un proof-of-concept che trasforma il client Execution Layer Nethermind in un validatore stateless, introducendo un bridge FFI cross-language tra C#/.NET e Rust che bypassa l'esecuzione EVM nativa attraverso la verifica di prove crittografiche generate da cinque zkVM indipendenti. Le campagne sperimentali, condotte in tempo reale sulla Mainnet Ethereum e in ambiente devnet controllato, confermano un tempo di verifica quasi costante e indipendente dalla complessità del blocco, con riduzioni significative nell'utilizzo delle risorse. Delegando il carico di esecuzione a prover specializzati e consentendo la verifica su dispositivi consumer, ZeroNethermind dimostra la fattibilità di un nuovo modello di validazione, contribuendo alle fondamenta ingegneristiche per scalare il Layer~1 senza compromettere la decentralizzazione della rete.