Autor: LINDABELL
En la reciente conferencia Devcon, Justin Drake, miembro clave de la Fundación Ethereum, presentó la propuesta Beam Chain, que planea actualizar la capa de consenso de Ethereum utilizando tecnologías zkSNARK y zkVM para mejorar la escalabilidad, la seguridad y la eficiencia de la red. Esta visión también ha vuelto a poner de relieve la importancia de zkVM. Como una máquina virtual de conocimiento cero de propósito general, zkVM puede manejar cálculos complejos de manera más flexible y eficiente, liberándose 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 promoción de la innovación en este campo. Entre ellos, RISC Zero, basado en la arquitectura RISC-V, ha desarrollado una serie de herramientas de código abierto como Zeth, Kailua y Bonsai, que no solo mejoran el rendimiento de la validación de bloques y Rollup, sino que también proporcionan soporte técnico para la actualización de ZK de Ethereum.
Matriz de productos del ecosistema RISC zkVM: desde tecnología central hasta aplicaciones en escenarios
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 de propósito general, soporta varios lenguajes de programación populares, como Rust y C++, permitiendo prácticamente cualquier tarea de computación. A diferencia de otras plataformas de tecnología de conocimiento cero, los probadores y verificadores de RISC Zero son completamente de código abierto, lo que permite a los desarrolladores generar y verificar pruebas localmente. Además, el verificador de RISC Zero es compatible con múltiples plataformas, adaptándose a diferentes ecosistemas de blockchain 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 múltiples lenguajes y tareas de cálculo complejas, sino que también utiliza la tecnología de Continuations para dividir cálculos a gran escala en segmentos más pequeños, logrando cálculos y verificaciones paralelas eficientes. Según la hoja de ruta, RISC Zero planea lograr un aumento de 20 veces en el rendimiento y costo de zkVM para finales de 2024, con optimizaciones que incluyen la migración completa del proceso de prueba a GPU (ya completado en un 80%), la introducción de un nuevo diseño de circuitos 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 de tareas relacionadas con Ethereum y operaciones criptográficas.
En torno a 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 Bonsai, los desarrolladores pueden generar pruebas de conocimiento cero sin necesidad de hardware especializado; con la herramienta Steel, pueden trasladar cálculos complejos de EVM a un entorno fuera de la cadena, manteniendo la verificabilidad de los resultados y reduciendo los costos de ejecución en la cadena; mientras que Blobstream Zero, a través del puente de la capa de disponibilidad de datos de Celestia, ofrece más posibilidades para el intercambio y verificación de datos dentro del ecosistema de blockchain modular.
Zeth: prueba de que todo el bloque de Ethereum ha sido construido correctamente
Zeth es un verificador de bloques de conocimiento cero de Ethereum de código abierto desarrollado por RISC Zero, que puede validar la validez de los bloques de Ethereum a través de pruebas de conocimiento cero, sin depender de verificadores tradicionales o comités de sincronización. RISC Zero define a Zeth como Type-0 zkEVM, completamente compatible con el protocolo de Ethereum y mejorando la eficiencia de desarrollo a través de la reutilización de código.
El cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin, en su artículo "Diferentes tipos de zk-EVMs", clasificó a los zkEVM en cuatro tipos, donde el Tipo-1 busca ser completamente equivalente y sin compromisos a Ethereum; el Tipo-2 se esfuerza por ser completamente equivalente a EVM, pero no completamente equivalente a Ethereum; el Tipo-3 es casi igual a EVM; y el Tipo-4 no es compatible en absoluto con Ethereum.
Gracias al alto rendimiento de RISC Zero zkVM, Zeth puede completar la verificación de bloques de Ethereum en minutos. Los datos de las pruebas muestran que Zeth puede generar pruebas de bloques a una velocidad de 1.1 MHz y, mediante la característica de "continuaciones", puede escalar clústeres de GPU, aumentando la velocidad a entre 4.7 MHz y 6.3 MHz. Esta optimización de rendimiento también reduce el costo de generación de pruebas. Según las pruebas, el costo de generación de pruebas de un bloque que contiene 182 transacciones es de solo 21.72 dólares, con un costo aproximado de 0.11 dólares por transacción.
Al mismo tiempo, durante el desarrollo de Zeth, el equipo de RISC Zero aprovechó al máximo los componentes del ecosistema Rust, como revm, ethers y alloy, permitiendo a los desarrolladores implementar rápidamente la funcionalidad de prueba de bloques y aplicarla en diferentes escenarios. Este diseño proporciona a los desarrolladores mayor flexibilidad para ajustar la lógica de construcción de bloques según sea necesario y adaptarse a futuras propuestas de mejora de Ethereum.
En el nivel de aplicación, Zeth proporciona soluciones eficientes para zk Rollup, clientes ligeros y puentes cross-chain. La construcción de zk Rollup tradicionales y zkEVM requiere una gran cantidad de tiempo y capital, desalentando a los equipos pequeños. Sin embargo, 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 realizar pruebas de bloques rápidamente, acortando el ciclo de desarrollo de zk Rollup y reduciendo la inversión de capital.
Cliente ligero: verifica la validez de los bloques sin necesidad de reconstruirlos, reduciendo costos operativos.
Puente cross-chain: Zeth puede validar la corrección de datos cross-chain a través de ZKP sin filtrar información sensible de la cadena, lo que reduce la dependencia de la confianza en terceros y disminuye el riesgo de ataques cross-chain.
En mayo de este año, Zeth logró expandirse para soportar la extracción de datos de bloques de Optimism de la red principal de Ethereum, generando ZKP para verificar la validez de los bloques, además de soportar la verificación en la cadena. Es decir, con Zeth, Optimism puede validar transacciones de manera más eficiente y resolver disputas transaccionales.
Bonsai: permite a los desarrolladores generar pruebas sin necesidad de utilizar su propio hardware
Bonsai es un servicio de pruebas remotas diseñado específicamente para aplicaciones zkVM, que permite a los desarrolladores generar pruebas sin necesidad de utilizar su propio hardware, resolviendo así la contradicción entre los recursos computacionales limitados en la cadena y los altos costos. A través de Bonsai, los desarrolladores solo necesitan definir la aplicación zkVM que desean ejecutar y los datos de entrada, y Bonsai podrá ejecutar cálculos en segundo plano y generar la prueba de conocimiento cero correspondiente. Todo este proceso no requiere que los desarrolladores implementen dispositivos de hardware adicionales. Además, Bonsai utiliza una gran cantidad de clústeres de GPU para soportar el procesamiento paralelo de múltiples tareas de cálculo. Además, Bonsai ofrece una API y SDK de uso sencillo, lo que permite a los desarrolladores integrarlo fácilmente en sus sistemas existentes, reduciendo aún más la dificultad de desarrollo.
Basado en este servicio de pruebas remotas, RISC Zero ha lanzado la herramienta de código abierto Bonsai Pay, que combina la autenticación de identidad OAuth2.0 con la tecnología ZKP, permitiendo a los usuarios enviar o recibir tokens en la red de Ethereum a través de su cuenta de Google. Por ejemplo, cuando Alice desea transferir fondos a Bob, puede utilizar Bonsai Pay para ingresar el correo electrónico de Google de Bob y la cantidad a transferir. Bob puede luego iniciar sesión en Bonsai Pay, ingresar su dirección de correo electrónico y completar la verificación de identidad de su cuenta de Google. Bonsai Pay utilizará OAuth 2.0 para generar un token de autorización que pruebe que Bob es efectivamente el titular de esa dirección de correo electrónico. Posteriormente, Bonsai Pay llama al servicio de pruebas de Bonsai, generando una prueba de conocimiento cero que demuestra que la cuenta de Google de Bob está asociada con la dirección de su billetera. Una vez que el contrato inteligente verifica la prueba, se desbloquean los fondos y se transfieren a la dirección de la billetera de Bob.
Durante todo el proceso, Bonsai Pay verifica a través de la tecnología ZKP el hecho de que "la cuenta de Google de Bob está asociada con la dirección de su billetera", evitando revelar cualquier información específica de la cuenta de Google.
Otra aplicación importante de Bonsai es el coprocesador ZK de Bonsai (ZK Co-processor). A través de la tecnología de pruebas de conocimiento cero, transfiere tareas de cálculo complejas fuera de la cadena, generando pruebas inalterables para asegurar la corrección de los resultados. Además, la implementación del coprocesador Bonsai es muy sencilla; los desarrolladores solo necesitan escribir una aplicación zkVM para manejar la lógica y llamar a Bonsai a través de un simple contrato Solidity, ejecutando cálculos y verificando resultados. Durante todo el proceso, el servicio de pruebas de Bonsai es responsable de generar las pruebas de conocimiento cero del cálculo fuera de la cadena, que pueden ser verificadas en la cadena.
El coprocesador ZK de Bonsai es adecuado para aplicaciones en cadena que requieren alto rendimiento y bajo costo. Por ejemplo, en la gobernanza de DAO, puede trasladar cálculos complejos de votación a un entorno fuera de la cadena, reduciendo significativamente los costos de Gas en la cadena. El Gobernador de DAO de Bonsai reduce el costo de Gas por voto en más del 50%, mejorando la eficiencia de gobernanza y reduciendo la barrera de participación.
Boundless: capa de computación verificable
En las arquitecturas de blockchain tradicionales, para asegurar la validez de las transacciones, todos los nodos deben ejecutar repetidamente todos los cálculos de cada transacción. Este modo de "re-ejecución global" garantiza la seguridad y la consistencia, pero también conlleva costos computacionales extremadamente altos. Para resolver este problema, RISC Zero lanzó Boundless, permitiendo a un solo nodo completar el cálculo y generar una prueba de conocimiento cero verificable, de modo que otros nodos solo necesiten validar dicha prueba para confirmar los resultados, sin necesidad de realizar cálculos repetidos.
Boundless simplifica el proceso de verificación a través de técnicas de combinación recursiva. Combina múltiples pruebas de conocimiento cero pequeñas en una prueba total, permitiendo a los verificadores revisar solo una prueba total en lugar de validar cada prueba de cada etapa individualmente. Para optimizar aún más la eficiencia de generación de pruebas de conocimiento cero, Boundless incorpora circuitos de aceleración criptográfica dedicados que mejoran la eficiencia de tareas comunes como el cálculo de hash y la verificación de firmas digitales.
Además, los desarrolladores que utilizan Boundless no necesitan entender a fondo la tecnología de conocimiento cero, simplemente pueden escribir aplicaciones en un lenguaje de programación familiar (como Rust o Solidity). Actualmente, Boundless está disponible para acceso gratuito a los desarrolladores. No es necesario migrar sistemas existentes o actualizar contratos de verificación, ya que pueden utilizar los servicios de prueba proporcionados por Boundless para construir y desplegar aplicaciones de conocimiento cero de manera rápida en cualquier blockchain.
Blobstream Zero: el puente cross-chain de zkVM que simplifica la verificación de datos cross-chain
Blobstream Zero es un puente cross-chain 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 blockchain modular existente. Mediante el intercambio y verificación de datos en Celestia, Blobstream Zero facilita la transferencia y verificación de datos entre cadenas.
Como producto público completamente de código abierto, Blobstream Zero permite a cualquier proyecto o desarrollador ejecutar instancias locales y generar pruebas de conocimiento cero. Además, Blobstream Zero también puede proporcionar soporte para coprocesadores ZK. El coprocesador ZK es esencialmente una herramienta de cálculo fuera de la cadena, por lo que necesita datos confiables para ejecutar cálculos. Blobstream Zero puede obtener datos de blockchains como Celestia y puede generar pruebas ZK para demostrar que los datos transmitidos son confiables.
Steel: nueva parábola 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 permitir la ejecución verificable de contratos inteligentes fuera de la cadena. A través de Steel, los desarrolladores pueden trasladar las operaciones de EVM de la cadena a la ejecución fuera de la cadena, generando pruebas de conocimiento cero para asegurar la veracidad y verificabilidad de los resultados de cálculo.
Los contratos inteligentes tradicionales necesitan ejecutar lógicamente todo 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, determinar si el saldo ERC20 de una cuenta es mayor que 1 e incrementar una variable de contador. El método tradicional requeriría ejecutar la lógica por completo en la cadena, mientras que Steel realiza el cálculo fuera de la cadena y genera una prueba de conocimiento cero, solo requiriendo la verificación de la prueba en la cadena, sin necesidad de volver a ejecutar la lógica del contrato.
Actualmente, RISC Zero ha lanzado Steel 1.0 y ya hay socios que han aprovechado esta herramienta para desarrollar aplicaciones. Por ejemplo, en una llamada de contrato que maneja aproximadamente 400,000 operaciones SLOAD, Steel trasladó el cálculo a la ejecución fuera de la cadena, verificando posteriormente la prueba de conocimiento cero generada en la cadena. El costo de generación de pruebas fue de menos de 10 dólares, con un costo de verificación en la cadena inferior a 300,000 Gas.
Kailua: solución híbrida de ZK que impulsa la innovación en la arquitectura Rollup
Tras el lanzamiento de Zeth, RISC Zero presentó Kailua, que proporciona una solución de actualización híbrida para Rollup optimista. Los Rollups optimistas tradicionales suelen requerir un período de desafío de 7 días, lo que ralentiza la finalización de las transacciones, mientras que los zk Rollups pueden lograr una finalización rápida, pero los costos de generación de pruebas de conocimiento cero son demasiado altos. Kailua combina las ventajas de ambos, logrando un balance entre costo y eficiencia mediante una arquitectura híbrida. Como extensión del marco Optimism Kona, Kailua no solo soporta la ejecución de Kona sin modificaciones en zkVM, sino que 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 presenta un diseño completamente nuevo. Primero, su mecanismo de resolución de disputas elimina las limitaciones de tiempo, permitiendo a los verificadores tener tiempo suficiente 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 puede completar pruebas en menos de una hora. Además, la función de verificación bajo demanda de Kailua permite a los desarrolladores configurar de manera flexible la frecuencia de verificación, facilitando una transición gradual al modo Rollup de verificación completa a un costo inferior.
A diferencia de zk Rollup, el diseño de Kailua no requiere la generación continua de pruebas. Para Rollups con baja frecuencia de bloques vacíos o requisitos de contratos especiales, Kailua ofrece una opción más rentable. Al mismo tiempo, Kailua también ha reducido significativamente los requisitos de participación de Rollup. La cantidad de participación en Rollups optimistas tradicionales aumenta linealmente con períodos de finalización más largos, mientras que el diseño optimizado de Kailua fija los requisitos de participación, permitiendo que el sistema mantenga la seguridad y la actividad a un costo inferior 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 prueba de fallos ZK. Kailua también soporta la simulación de propuestas de fallos, ayudando a los desarrolladores a comprender cómo los verificadores desafían estados erróneos a través de zkVM, profundizando así en la comprensión de su mecanismo de resolución de disputas. En el futuro, Kailua también optimizará aún más los costos y el rendimiento, y se expandirá para admitir más marcos de Rollup.
Resumen
Como se mencionó anteriormente, 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 enfocan en la optimización de la arquitectura Rollup, mejorando la eficiencia de validación de bloques y la velocidad de resolución de disputas. Bonsai ofrece servicios de pruebas remotas, reduciendo la dependencia de hardware y los costos operativos, lo que permite a los desarrolladores construir aplicaciones de manera más eficiente. Por otro lado, Blobstream Zero proporciona un soporte confiable para el ecosistema de blockchain modular mediante la verificación eficiente de datos cross-chain. Además, Steel reduce el costo de Gas de ejecución de contratos inteligentes a través de un modelo de computación fuera de la cadena y verificación en la cadena.
Por supuesto, mientras continúan perfeccionando la matriz de productos zkVM, RISC Zero también está impulsando la innovación en la tecnología subyacente de zkVM. Recientemente, RISC Zero zkVM lanzó la versión 1.2, introduciendo un nuevo método de precompilación que permite a los desarrolladores desplegar la lógica de precompilación junto con la aplicación, sin necesidad de integrarla en zkVM. Esto significa que los desarrolladores pueden añadir nueva lógica de precompilación sin modificar los contratos de verificación en la cadena o coordinar la configuración de los probadores, ni bifurcar o hacer cambios significativos en zkVM para lograr optimizaciones de rendimiento. Además, al definir precompilaciones mediante aplicaciones, se pueden reducir los costos de computación para la generación de pruebas. Por ejemplo, Automata, después de integrar la precompilación RSA, redujo su ciclo de ejecución de 39 millones a 217 mil, con un costo reducido en aproximadamente 180 veces.
A medida que la tecnología zkVM se optimiza, su potencial de desarrollo se irá manifestando gradualmente en múltiples escenarios de aplicación, aunque para liberar mejor este potencial, aún dependerá de la colaboración en el ecosistema y el rendimiento práctico de la implementación técnica.
