Escrito por: LINDABELL

En la reciente conferencia Devcon, Justin Drake, miembro central de la Fundación Ethereum, presentó la propuesta de Beam Chain, que planea actualizar la capa de consenso de Ethereum mediante zkSNARK y tecnología zkVM, para mejorar la escalabilidad, la seguridad y la eficiencia de la red. Esta visión ha vuelto a poner de relieve la importancia de zkVM. Como una máquina virtual de conocimiento cero universal, zkVM puede manejar cálculos complejos de manera más flexible y eficiente, al tiempo que se libera de la dependencia de la lógica de contratos inteligentes tradicionales.

Impulsados por esta tendencia, proyectos como RISC Zero, Succinct y Cysic son vistos como participantes clave en la innovación en este campo. Entre ellos, RISC Zero, con su zkVM basado en la arquitectura RISC-V, ha desarrollado herramientas de código abierto como Zeth, Kailua y Bonsai, que no solo mejoran el rendimiento de la verificación de bloques y Rollup, sino que también proporcionan apoyo técnico para la actualización de ZK de Ethereum.

Matriz de productos del ecosistema RISC zkVM: desde tecnología central hasta aplicaciones de escenario

RISC Zero es una implementación de zkVM basada en la arquitectura de conjunto de instrucciones RISC-V, y como una plataforma de computación de conocimiento cero universal, soporta varios lenguajes de programación populares como Rust y C++, pudiendo ejecutar casi cualquier tarea computacional. En comparación con otras plataformas de tecnología de conocimiento cero, los probadores y validadores de RISC Zero son completamente de código abierto, permitiendo a los desarrolladores generar y verificar pruebas localmente. Además, el validador de RISC Zero es compatible con múltiples plataformas, adaptándose a diferentes ecosistemas de blockchains y simplificando el proceso de desarrollo de aplicaciones descentralizadas.

En junio de este año, RISC Zero lanzó zkVM 1.0. zkVM 1.0 no solo soporta varios lenguajes y tareas de cálculo complejas, sino que también utiliza la tecnología de continuaciones para dividir cálculos a gran escala en múltiples segmentos, logrando una verificación y cálculo paralelo eficientes. Según la hoja de ruta, RISC Zero planea lograr una mejora del rendimiento y costo de 20 veces en zkVM antes de finales de 2024, optimizando contenido como la migración completa del proceso de prueba a GPU (80% completado), la introducción de un nuevo diseño de circuito RISC-V v2, y optimizaciones específicas para circuitos recursivos. Al mismo tiempo, RISC Zero está integrando una serie de módulos de aceleración para algoritmos como RSA, Keccak y ECDSA, para mejorar el rendimiento en tareas relacionadas con Ethereum y operaciones criptográficas.

Alrededor de las capacidades centrales de zkVM, RISC Zero también ha desarrollado una serie de herramientas y productos de código abierto. Por ejemplo, a través de la red de Bonsai, los desarrolladores pueden generar pruebas de conocimiento cero sin hardware especializado; mediante la herramienta Steel, pueden trasladar cálculos complejos de EVM a un entorno fuera de la cadena, manteniendo los resultados verificables y reduciendo los costos de ejecución en la cadena; y Blobstream Zero, al conectar la capa de disponibilidad de datos de Celestia, ofrece más posibilidades para el intercambio y verificación de datos dentro del ecosistema de blockchains modulares.

Zeth: prueba que todo el bloque de Ethereum está correctamente construido

Zeth es un verificador de bloques de Ethereum de conocimiento cero de código abierto desarrollado por RISC Zero basado en su tecnología zkVM, que puede validar la validez de bloques de Ethereum a través de pruebas de conocimiento cero, sin depender de validadores tradicionales o comités de sincronización. RISC Zero define a Zeth como un zkEVM de Tipo-0, que es completamente compatible con el protocolo de Ethereum y, a través de la reutilización de código, logra mejorar la eficiencia del desarrollo.

El cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin, en su artículo 'Diferentes tipos de zk-EVMs', clasificó los zkEVM en cuatro tipos, donde el Tipo-1 busca una equivalencia completa y sin compromisos con Ethereum; el Tipo-2 se esfuerza por ser completamente equivalente al EVM, pero no totalmente equivalente a Ethereum; el Tipo-3 es casi equivalente al EVM; y el Tipo-4 es completamente incompatible con Ethereum.

Gracias al alto rendimiento de RISC Zero zkVM, Zeth puede completar la verificación de bloques de Ethereum en minutos. Los datos de prueba muestran que Zeth puede generar pruebas de bloque a una velocidad de 1.1 MHz y, mediante la característica de 'continuaciones', expandir el clúster de GPU, aumentando la velocidad a entre 4.7 MHz y 6.3 MHz. Esta optimización del rendimiento también reduce el costo de generación de pruebas. Según las pruebas, el costo de generar pruebas para un bloque que contiene 182 transacciones es solo de 21.72 dólares, aproximadamente 0.11 dólares por transacción.

Al mismo tiempo, durante el desarrollo de Zeth, el equipo de RISC Zero aprovechó plenamente los componentes del ecosistema Rust, como revm, ethers y alloy, lo que permite a los desarrolladores implementar rápidamente funciones de prueba de bloques y aplicarlas a diferentes escenarios. Este diseño proporciona más flexibilidad a los desarrolladores, permitiéndoles ajustar la lógica de construcción de bloques según sea necesario y adaptarse a futuras propuestas de mejora de Ethereum.

A nivel de aplicación, Zeth ofrece soluciones eficientes para zk Rollup, clientes ligeros y puentes entre cadenas. La construcción de zk Rollup y zkEVM tradicionales requiere una cantidad considerable de tiempo y recursos, lo que desanima a equipos pequeños. Zeth, basado en la arquitectura modular de zkVM, permite a los desarrolladores personalizar fácilmente la lógica de verificación de bloques. Por ejemplo:

  • zk Rollup: Zeth puede implementar pruebas de bloque rápidamente, lo que puede acortar el ciclo de desarrollo de ZK Rollup y reducir la inversión de capital.

  • Cliente ligero: verifica la validez de los bloques sin necesidad de reconstruirlos, reduciendo los costos operativos.

  • Puente entre cadenas: Zeth puede validar la corrección de datos entre cadenas sin revelar información sensible en la cadena, lo que reduce la dependencia de terceros y disminuye el riesgo de ataques entre cadenas.

En mayo de este año, Zeth logró expandirse para soportar la extracción de datos de bloques de Optimism desde la red principal de Ethereum, generando ZKP para verificar la corrección de los bloques, además de soportar verificaciones en la cadena. Esto significa que, gracias a Zeth, Optimism puede validar transacciones de manera más eficiente y resolver disputas de transacciones.

Bonsai: permite a los desarrolladores generar pruebas sin utilizar su propio hardware

Bonsai es un servicio de prueba remota diseñado específicamente para aplicaciones zkVM, que permite a los desarrolladores generar pruebas sin necesidad de utilizar su propio hardware, resolviendo así el conflicto entre la limitación de recursos de cálculo en la cadena y los altos costos. A través de Bonsai, los desarrolladores solo necesitan definir la aplicación zkVM que necesitan ejecutar y los datos de entrada; Bonsai puede ejecutar el cálculo en segundo plano y generar la prueba de conocimiento cero correspondiente. Todo este proceso no requiere que los desarrolladores implementen dispositivos de hardware adicionales. Al mismo tiempo, Bonsai utiliza un gran número de clústeres de GPU, soportando el procesamiento paralelo de múltiples tareas de cálculo. Además, Bonsai proporciona API y SDK de fácil uso, lo que permite a los desarrolladores integrarlo fácilmente en sistemas existentes, reduciendo aún más la dificultad de desarrollo.

Basado en este servicio de prueba remota, RISC Zero lanzó la herramienta de código abierto Bonsai Pay, que combina autenticación de OAuth2.0 y tecnología ZKP, permitiendo a los usuarios enviar o recibir tokens en la red de Ethereum a través de sus cuentas de Google. Por ejemplo, cuando Alice quiere transferir fondos a Bob, puede ingresar el correo electrónico de Google de Bob y la cantidad de la transferencia a través de Bonsai Pay. Luego, Bob puede iniciar sesión en Bonsai Pay, ingresar su dirección de correo electrónico y completar la verificación de su cuenta de Google. Bonsai Pay generará un token de autorización utilizando OAuth 2.0, demostrando que Bob es efectivamente el titular de esa dirección de correo electrónico. Luego, Bonsai Pay llama al servicio de prueba de Bonsai, generando una prueba de conocimiento cero que demuestra que la cuenta de Google de Bob está asociada con su dirección de billetera. Una vez que el contrato inteligente verifica la prueba, se desbloquearán los fondos y se transferirán a la dirección de la billetera de Bob.

Durante todo el proceso, Bonsai Pay validó, a través de la tecnología ZKP, el hecho de que 'la cuenta de Google de Bob está asociada con su dirección de billetera', evitando al mismo tiempo la divulgación de cualquier información específica sobre la cuenta de Google.

Otra importante aplicación de Bonsai es el coprocesador ZK de Bonsai (ZK Co-processor). A través de la tecnología de pruebas de conocimiento cero, traslada tareas de cálculo complejas de la cadena a la ejecución fuera de la cadena, generando pruebas inmutables para asegurar la corrección de los resultados. Al mismo tiempo, la implementación del coprocesador Bonsai es muy sencilla; los desarrolladores solo necesitan escribir una aplicación zkVM para manejar la lógica y, mediante un sencillo contrato de Solidity, llamar a Bonsai para ejecutar cálculos y verificar resultados. Durante todo el proceso, el servicio de prueba de Bonsai se encarga de generar las pruebas de conocimiento cero de los cálculos realizados fuera de la cadena, las cuales pueden ser verificadas en la cadena.

El coprocesador ZK de Bonsai es adecuado para aplicaciones en la cadena que requieren alto rendimiento y bajo costo. Por ejemplo, en la gobernanza de DAO, puede trasladar cálculos complejos de votación a la ejecución fuera de la cadena, reduciendo significativamente los costos de Gas en la cadena. Bonsai DAO Governor redujo el costo de Gas por voto en más del 50%, mejorando efectivamente la eficiencia de la gobernanza y reduciendo la barrera de participación.

Boundless: capa de computación verificable

En la arquitectura de blockchain tradicional, para asegurar la validez de las transacciones, todos los nodos necesitan ejecutar de forma repetida todos los cálculos de cada transacción. Este modo de 're-ejecución global', aunque garantiza la seguridad y la consistencia, también conlleva costos computacionales extremadamente altos. Para resolver este problema, RISC Zero lanzó Boundless, permitiendo que un solo nodo complete el cálculo y genere una prueba de conocimiento cero verificable, de modo que otros nodos solo necesiten verificar la prueba para confirmar el resultado, sin necesidad de repetir el cálculo.

Boundless simplifica el proceso de verificación mediante la técnica de combinación recursiva. Combina múltiples pruebas de conocimiento cero pequeñas en una prueba total, permitiendo que el validador solo deba verificar una prueba total, en lugar de verificar todas las pruebas de cada etapa una por una. Para optimizar aún más la eficiencia en la generación de pruebas de conocimiento cero, Boundless incorpora circuitos de aceleración criptográfica dedicados, optimizando la eficiencia de tareas comunes como cálculos de hash y verificación de firmas digitales.

Además, los desarrolladores que usan Boundless no necesitan comprender a fondo la tecnología de conocimiento cero; solo necesitan escribir aplicaciones en un lenguaje de programación familiar (como Rust o Solidity). Actualmente, Boundless está disponible para acceso gratuito para desarrolladores. No necesitan migrar sistemas existentes ni actualizar contratos de verificación para aprovechar los servicios de prueba que ofrece Boundless, permitiéndoles construir y desplegar aplicaciones de conocimiento cero de forma rápida en cualquier blockchain.

Blobstream Zero: puente entre cadenas de zkVM que simplifica la validación de datos entre cadenas

Blobstream Zero es un puente entre cadenas basado en zkVM lanzado en colaboración entre RISC Zero y Celestia, diseñado para conectar sin problemas la capa de disponibilidad de datos de Celestia con el ecosistema de blockchains modulares existente. Al compartir y verificar los datos en Celestia, Blobstream Zero permite una transmisión y verificación de datos más conveniente entre cadenas.

Como producto público completamente de código abierto, Blobstream Zero permite que cualquier proyecto o desarrollador ejecute una instancia local y genere pruebas de conocimiento cero. Además, Blobstream Zero puede apoyar a los procesadores ZK. Los procesadores ZK son esencialmente herramientas de computación fuera de la cadena, por lo que requieren datos confiables para realizar cálculos. Blobstream Zero puede obtener datos de blockchains como Celestia y puede demostrar que los datos transmitidos son confiables mediante la generación de pruebas ZK.

Steel: nueva paradigma de contratos inteligentes con ejecución fuera de la cadena y verificación en la cadena

Steel es una herramienta de código abierto lanzada por RISC Zero, que utiliza la tecnología zkVM para realizar la ejecución de contratos inteligentes verificables fuera de la cadena. A través de Steel, los desarrolladores pueden trasladar operaciones de EVM de la cadena a la ejecución fuera de la cadena, generando al mismo tiempo pruebas de conocimiento cero, asegurando la veracidad y verificabilidad de los resultados de los cálculos.

Los contratos inteligentes tradicionales necesitan ejecutar toda la lógica en la cadena, lo que no solo resulta en altos costos de Gas, sino que también limita el desarrollo de aplicaciones complejas. El mecanismo de computación fuera de la cadena y verificación en la cadena de Steel resuelve este problema. Por ejemplo, en un contrato inteligente simple, se evalúa si el saldo ERC20 de una cuenta es mayor que 1 e incrementa una variable de contador. El método tradicional requiere ejecutar completamente la lógica en la cadena, mientras que Steel completa el cálculo fuera de la cadena y genera una prueba de conocimiento cero, y en la cadena solo se necesita verificar la prueba, sin necesidad de ejecutar de nuevo la lógica del contrato.

Actualmente, RISC Zero ha lanzado Steel 1.0, y ya hay socios que han utilizado esta herramienta para desarrollar aplicaciones. Por ejemplo, en una llamada de contrato que maneja aproximadamente 400,000 operaciones SLOAD, mediante Steel se trasladó el cálculo a la ejecución fuera de la cadena, y luego se verificó la prueba de conocimiento cero generada en la cadena. El costo de generación de pruebas fue de menos de 10 dólares, y el costo de verificación en la cadena fue inferior a 300,000 Gas.

Kailua: solución híbrida ZK que impulsa la innovación en la arquitectura Rollup

Tras el lanzamiento de Zeth, RISC Zero presentó Kailua, que ofrece una solución híbrida de Rollup optimista. Los Rollups optimistas tradicionales requieren generalmente un período de desafío de 7 días, lo que resulta en una lentitud en la finalización de las transacciones, mientras que los Rollups ZK pueden lograr finalización rápida, pero el costo de generar pruebas de conocimiento cero de forma continua es demasiado alto. Kailua combina las ventajas de ambos, logrando un equilibrio entre costo y eficiencia mediante una arquitectura híbrida. Como una extensión del marco Optimism Kona, Kailua no solo soporta la ejecución sin modificaciones de Kona en zkVM, sino que también introduce un innovador mecanismo de resolución de disputas, reduciendo los requisitos de participación y disminuyendo la latencia de finalización, mejorando así la eficiencia y la usabilidad del sistema.

En la arquitectura de Kailua, el mecanismo de disputas ha sido diseñado de manera innovadora. En primer lugar, su mecanismo de resolución de disputas elimina las limitaciones de tiempo, permitiendo que los validadores tengan suficiente tiempo para generar pruebas en caso de situaciones especiales como interrupciones de red, lo que mejora la resiliencia del sistema. Incluso en situaciones extremas, la arquitectura escalable de RISC Zero zkVM aún puede completar pruebas en una hora. Además, la función de verificación bajo demanda de Kailua permite a los desarrolladores configurar de manera flexible la frecuencia de verificación, progresando a un modelo de Rollup completamente validado a un costo más bajo.

A diferencia de ZK Rollup, el diseño de Kailua no requiere la generación continua de pruebas. Para Rollup de bloques vacíos de baja frecuencia o con requisitos de contrato especiales, Kailua ofrece una opción más rentable. Además, Kailua también reduce significativamente los requisitos de costo de participación para Rollup. La cantidad de participación en Rollup optimista tradicional aumenta linealmente con períodos de finalización más largos, mientras que el diseño optimizado de Kailua fija la demanda de participación, permitiendo que el sistema mantenga seguridad y vitalidad a un costo más bajo incluso durante períodos prolongados.

Actualmente, Kailua es completamente de código abierto. Los desarrolladores pueden utilizar su herramienta de línea de comandos para desplegar una red de pruebas local de Optimism y actualizar rápidamente para soportar redes con pruebas de falla ZK. Kailua también soporta la simulación de propuestas de fallas, ayudando a los desarrolladores a entender cómo los validadores desafían estados incorrectos a través de zkVM, lo que les permite profundizar en el mecanismo de resolución de disputas. En el futuro, Kailua también optimizará los costos y el rendimiento, y se expandirá para soportar más marcos de Rollup.

Resumen

Como se puede ver, la matriz de productos zkVM de RISC Zero está impulsando el desarrollo de la tecnología de pruebas de conocimiento cero en múltiples campos. Zeth y Kailua se centran en la optimización de la arquitectura Rollup, mejorando la eficiencia de la verificación de bloques y la velocidad de resolución de disputas. Bonsai proporciona servicios de prueba remota, reduciendo la dependencia de hardware y los costos de operación, permitiendo a los desarrolladores construir aplicaciones de manera más eficiente. Además, Blobstream Zero ofrece soporte confiable para el ecosistema de blockchains modulares mediante la verificación eficiente de datos cruzados. Steel, por su parte, reduce el costo de Gas en la ejecución de contratos inteligentes mediante un modelo de computación fuera de la cadena y verificación en la cadena.

Por supuesto, mientras RISC Zero continúa perfeccionando la matriz de productos zkVM, también está promoviendo continuamente la innovación en la tecnología subyacente de zkVM. Recientemente, RISC Zero zkVM lanzó la versión 1.2, introduciendo una nueva forma de precompilación que permite a los desarrolladores desplegar la lógica de precompilación junto con la aplicación, sin necesidad de integrarla dentro de zkVM. Esto significa que los desarrolladores pueden agregar nueva lógica de precompilación sin modificar contratos de verificación en la cadena o coordinar configuraciones de probadores, ni bifurcar o realizar cambios significativos en zkVM para lograr optimizaciones de rendimiento. Además, la definición de precompilaciones por parte de la aplicación también puede reducir los costos de cálculo para la generación de pruebas. Por ejemplo, después de integrar RSA como precompilación, Automata redujo el ciclo de ejecución de 39 millones a 217,000, reduciendo el costo en aproximadamente 180 veces.

Con la continua optimización de la tecnología zkVM, su potencial de desarrollo se irá reflejando gradualmente en múltiples escenarios de aplicación; sin embargo, para liberar mejor este potencial, aún depende de la colaboración en el ecosistema y el rendimiento práctico de la implementación tecnológica.