Autor: Frank, PANews
Am 10. April veröffentlichte a16z Crypto eine zkEVM-Lösung namens Jolt, die darauf ausgelegt ist, Blockchain-Skalierungsvorgänge zu beschleunigen und zu vereinfachen. Jolt integriert SNARK-Zero-Knowledge-Proofs, bietet ein Framework für EVM-kompatible Rollups und kann Entwicklern bei der Erstellung von SNARK-basierten L2-Lösungen helfen. Das Team sagt, Jolt sei „doppelt so schnell“ im Vergleich zum aktuellen zkVM.
Da die technischen Prinzipien von Jolt relativ komplex sind, finden Sie im Folgenden eine einfache Erklärung des Zusammenhangs zwischen mehreren technischen Begriffen, die beteiligt sein können:
zkSNARK ist ein leistungsstarkes, wissensfreies Grundelement und bildet die Grundlage, auf der zkVM und zkEVM aufgebaut sind.
zkVM ist ein allgemeines Zero-Knowledge-Konzept für virtuelle Maschinen, das jeden Befehlssatz unterstützt
zkEVM ist ein Sonderfall von zkVM, der speziell für die Kompatibilität mit EVM entwickelt wurde
ZK Rollup verwendet zkVM oder zkEVM, um die Skalierbarkeit von Ethereum zu verbessern und gleichzeitig den Datenschutz zu berücksichtigen
Was ist Ruck?
Jolt ist eine neue SNARK-Lösung, die eine einfachere und effizientere Lösung zum Erstellen von zkVM (Zero-Knowledge Virtual Machine) bietet. Tatsächlich hatte a16z crypto bereits im August 2023 verwandte Konzepte namens Lasso und Jolt vorgeschlagen. Diese beiden Technologien wurden im Zusammenhang mit der Langsamkeit und den hohen Kosten der SNARK-Technologie vorgeschlagen.
Darunter ist Lasso, ein neuer Suchparameter, der die Prüferkosten erheblich senken kann. Jolt bietet mit Lasso ein neues Framework für den Entwurf von SNARKs für sogenannte zkVM und breitere Frontends. Gemeinsam verbessern sie die Leistung, Entwicklererfahrung und Überprüfbarkeit von SNARK-Designs, was wiederum die Builds in web3 verbessert. Dies wird den Einsatz von Zero-Knowledge-Proofs im Blockchain-Bereich verbessern.
Bevor Sie Jolt verstehen, müssen Sie möglicherweise zuerst zkVM und zkEVM verstehen.
zkVM ist ein allgemeines Konzept, das sich auf eine wissensfreie virtuelle Maschine bezieht. Ähnlich wie zkEVM ermöglicht zkVM das Schreiben von Programmen in Hochsprachen wie C++ oder Rust. Anschließend kompiliert die virtuelle Maschine das Programm in eine Zwischendarstellung (z. B. Schaltkreise oder arithmetische Einschränkungen) und verwendet dann Beweissysteme wie z als zkSNARK, um den Ausführungsprozess der Zwischendarstellung zu beweisen. Im Vergleich zu zkEVM ist zkVM nicht auf die Kompatibilität mit EVM beschränkt, sondern unterstützt jeden Befehlssatz. Jolt ist eine leistungsstarke zkVM-Implementierung für den RISC-V-Befehlssatz.
Wir können uns zkVM als eine spezielle „Black Box“ vorstellen, die der Außenwelt beweisen kann, dass sie tatsächlich Berechnungen nach vorgegebenen Verfahren durchgeführt und dabei die Privatsphäre geschützt hat. Allerdings erfordert die herkömmliche zkVM bei der Generierung dieses Beweises viele langwierige Berechnungen, was zu einer sehr geringen Leistung führt.
Jolts Kerninnovation besteht darin, eine effizientere mathematische Methode zur Erstellung dieses Beweises zu finden:
Zunächst wandelte Jolt die zu beweisende Berechnung geschickt in ein spezielles Polynom um, das wir vorläufig „Rechenpolynom“ nennen. Die Besonderheit dieses Polynoms besteht darin, dass sein Wert nur dann Null ist, wenn die Blackbox die Berechnung tatsächlich korrekt durchgeführt hat.
Um zu beweisen, dass der Wert eines „berechneten Polynoms“ gleich Null ist, verwendet Jolt ein interaktives Protokoll namens „Summencheck“. Dieses Protokoll kann den Verifizierer in kurzer Zeit davon überzeugen, dass der Polynomwert Null ist, ohne tatsächlich das gesamte Polynom zu berechnen. Dies ähnelt in etwa der Art und Weise, wie ein Lehrer beurteilen kann, ob die gesamte Prüfungsarbeit korrekt ist, indem er nur einige Fragen der Schüler überprüft.
Die technischen Vorteile von Jolt
Die technischen Prinzipien von Jolt sind vereinfacht gesagt sehr komplex. Im Entwicklungsprozess von Blockchain-Netzwerken ist zkVM eine Schlüsseltechnologie, die die Skalierbarkeit von Blockchain-Netzwerken verbessert und wirksame Beweise liefern und gleichzeitig den Datenschutz gewährleisten kann. In seiner Keynote-Rede beim jüngsten Hong Kong Web3 Carnival ging Vitalik ausführlich auf die zkSNARK-Technologie ein. „Das Finden von ZKSNARKS ist im Hinblick auf den Datenschutz sehr nützlich und auch im Hinblick auf die Skalierbarkeit sehr nützlich“, sagte Vitalik.
Der Nachweis der Geschwindigkeit und des Rechenaufwands der Erzeugung war jedoch schon immer eine große Herausforderung für die praktische Umsetzung der zkSNARK-Technologie und stand in den letzten Jahren auch im Fokus der Forschung in Wissenschaft und Industrie. Bei herkömmlichen zkSNARK-Schemata wie Pinocchio und Groth16 kann der Nachweis einer komplexeren Berechnungslogik mehrere Stunden oder sogar Tage dauern und erfordert eine große Menge an Arbeitsspeicher und Speicherressourcen. Dieser Leistungsengpass schränkt die Anwendung von zkSNARK in vielen praktischen Szenarien erheblich ein.
Und wenn Sie eine groß angelegte Anwendung der Blockchain ermöglichen möchten, um eine Echtzeitüberprüfung zu erreichen. Die Verbesserung der Leistung von zkSNARK ist ein sehr wichtiger Schritt.
Insbesondere umfasst der Prozess der Beweisgenerierung von zkSNARK komplexe kryptografische Algorithmen wie elliptische Kurvenpaarung, Polynominterpolation usw. Diese Vorgänge verbrauchen viele Rechenressourcen. Insbesondere wenn der Umfang der zu beweisenden Rechenschaltung groß ist, wird die rechnerische Komplexität der Beweiserstellung exponentiell zunehmen.
Laut a16z Crypto ist die anfängliche Jolt-Implementierung auf der CPU etwa 6-mal schneller als RISC Zero und 2-mal schneller als das kürzlich veröffentlichte SP1, wobei Jolt in den kommenden Wochen voraussichtlich etwa 1,5-mal schneller sein wird.
Die aktuelle Geschwindigkeit von Jolt ist mehr als doppelt so hoch wie die der bestehenden zkVM, es gibt jedoch noch viel Raum für Optimierung.
Jolt nutzt auch bestimmte algebraische Eigenschaften von Polynomen geschickt aus, um ein effizienteres Polynom-Commitment-Schema zu erreichen. Dies reduziert die Beweisgröße und die Überprüfungszeit weiter.
Mögliche Änderungen, die Jolt mit sich bringen wird
Aus technischer Sicht verwendet Jolt eine Reihe von Optimierungsmethoden, wie z. B. kompakteres Schaltungsdesign, effizientere Pipelines, ausreichendere Parallelisierung usw., um die Rechenleistung der Hardware zu maximieren.
Angenommen, Sie sind ein Web3-Entwickler, der ein On-Chain-Pokerspiel auf Ethereum bereitstellen möchte. Dieses Spiel erfordert das Mischen, Austeilen, Vergleichen von Kartengrößen usw. in der Kette. Jeder Vorgang erfordert zkVM-Schaltkreise, um Datenschutz und Überprüfbarkeit zu gewährleisten.
Wenn Sie eine vorhandene zkVM-Lösung wie ZoKrates oder Bellman verwenden, kann der Aufbau einer solchen Schaltung Stunden oder sogar Tage dauern. Da die aktuelle zkVM-Leistung noch relativ gering ist, erfordert die Erstellung wissensfreier Beweise für komplexe Schaltkreise große Rechenressourcen und Zeitaufwand. Dies bedeutet, dass Entwicklungs- und Testzyklen sehr lang sein können.
Und wenn Sie Jolt zum Aufbau derselben Schaltung verwenden, ändert sich die Situation erheblich. Tests des Jolt-Teams zufolge ist die aktuelle Jolt-Implementierung bei der Erstellung von Beweisen bereits zwei- bis fünfmal schneller als die Mainstream-zkVM-Lösung. Das heißt, wenn die Erstellung eines Nachweises ursprünglich 10 Stunden gedauert hat, dauert es jetzt möglicherweise nur noch 2–5 Stunden.
Im Allgemeinen bedeutet die zwei- bis fünffache Leistungssteigerung durch Jolt, dass die Benutzerfreundlichkeit und Benutzerfreundlichkeit der zkVM-Technologie erheblich verbessert wurde. Dies wird den Schwellenwert für Web3-Entwickler erheblich senken, den Anwendungsentwicklungszyklus verkürzen und den Endbenutzern ein besseres Erlebnis bieten. Längerfristig wird erwartet, dass Jolt die großflächige Anwendung der zkVM-Technologie beschleunigen und mehr Datenschutz und überprüfbare Rechenfunktionen ermöglichen wird, von denen jeder Web3-Benutzer profitieren wird.
Natürlich befindet sich Jolt noch in einem frühen Entwicklungsstadium und die 2- bis 5-fache Leistungssteigerung ist erst der Anfang. Durch die kontinuierliche iterative Optimierung der Jolt-Technologie wird die Leistung von zkVM weitere Durchbrüche erzielen und letztendlich den Weg für die groß angelegte Anwendung von Web3 ebnen.