Fuente del artículo: ChainFeeds
Autor: LINDABELL
En la reciente conferencia Devcon, el miembro clave de la Fundación Ethereum, Justin Drake, presentó la propuesta Beam Chain, que planea actualizar la capa de consenso de Ethereum mediante tecnologías zkSNARK y zkVM para mejorar la escalabilidad, seguridad y eficiencia de la red. Esta visión también ha vuelto a poner de relieve la importancia de zkVM. Como una máquina virtual de conocimiento cero general, 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 se consideran importantes participantes en la innovación del campo. RISC Zero, con su zkVM basado en la arquitectura RISC-V, ha desarrollado una serie de herramientas de código abierto como Zeth, Kailua y Bonsai, que no solo mejoran la verificación de bloques y el rendimiento de Rollup, sino que también brindan apoyo técnico para la actualización ZK de Ethereum.
Matriz de productos del ecosistema RISC zkVM: desde tecnología central hasta aplicaciones de escenario
RISC Zero es una implementación zkVM basada en la arquitectura de conjunto de instrucciones RISC-V, y como una plataforma de cálculo de conocimiento cero general, admite varios lenguajes de programación populares, como Rust y C++, y puede ejecutar casi cualquier tarea de cálculo. En comparación con otras plataformas de tecnología de conocimiento cero, los probadores y verificadores de RISC Zero son completamente de código abierto, permitiendo a los desarrolladores generar y verificar pruebas localmente. Además, los verificadores de RISC Zero son compatibles con múltiples plataformas, lo que permite adaptarse a diferentes ecosistemas de blockchains y simplifica el proceso de desarrollo de aplicaciones descentralizadas.
En junio de este año, RISC Zero lanzó zkVM 1.0. zkVM 1.0 no solo admite múltiples lenguajes y tareas de cálculo complejas, sino que también utiliza tecnología de Continuations para dividir cálculos a gran escala en múltiples segmentos, logrando cálculos y verificaciones paralelas eficientes. Según la hoja de ruta, RISC Zero planea lograr una mejora de 20 veces en el rendimiento y costo de zkVM antes de finales de 2024, optimizando aspectos como la migración completa del proceso de generación de pruebas a GPU (ya completado en un 80%), la introducción de un nuevo diseño de circuito RISC-V v2, y optimizaciones específicas para circuitos recursivos, entre otros. Al mismo tiempo, RISC Zero está integrando una serie de módulos de aceleración para algoritmos como RSA, Keccak, ECDSA, etc., para mejorar el rendimiento de las tareas y operaciones criptográficas relacionadas con Ethereum.
Alrededor de la capacidad central 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; a través de la herramienta Steel, se pueden trasladar cálculos EVM complejos a un entorno fuera de la cadena, manteniendo los resultados verificables y reduciendo los costos de ejecución en la cadena; mientras que Blobstream Zero, al conectar la capa de disponibilidad de datos de Celestia, ofrece más posibilidades para el intercambio y verificación de datos en el ecosistema de blockchains modulares.
Zeth: prueba de que todo el bloque de Ethereum se construyó correctamente
Zeth es un verificador de bloques de Ethereum de conocimiento cero de código abierto desarrollado por RISC Zero, que puede verificar la validez de los 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 mejora la eficiencia de desarrollo a través de la reutilización de código.
El cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin, clasificó en su artículo "Diferentes tipos de zk-EVMs" los zkEVM en cuatro tipos, donde el Tipo-1 busca ser completamente y sin compromisos equivalente a Ethereum; el Tipo-2 se dedica a ser completamente equivalente a EVM, pero no completamente equivalente a Ethereum; el Tipo-3 es casi equivalente a EVM; y el Tipo-4 es completamente incompatible con Ethereum.
Gracias a la alta 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 bloques a una velocidad de 1.1 MHz y, mediante la característica de "continuaciones", expande clústeres de GPU, aumentando la velocidad a entre 4.7 MHz y 6.3 MHz. Esta optimización de rendimiento también ha reducido el costo de generación de pruebas. Según las pruebas, un bloque que contiene 182 transacciones tiene un costo de generación de prueba de solo 21.72 dólares, costando aproximadamente 0.11 dólares por transacción.
Al mismo tiempo, durante el proceso de desarrollo de Zeth, el equipo de RISC Zero aprovechó al máximo los componentes del ecosistema Rust, como revm, ethers y alloy, lo que permite a los desarrolladores implementar rápidamente la función de verificación de bloques y aplicarla en diferentes escenarios. Este diseño ofrece 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.
En el nivel de aplicación, Zeth proporciona soluciones eficientes para zk Rollup, clientes ligeros y puentes entre cadenas. La construcción de zk Rollup tradicional y zkEVM requiere una gran cantidad de tiempo y dinero, lo que desanima a equipos pequeños. Sin embargo, Zeth, basado en la arquitectura zkVM modular, permite a los desarrolladores personalizar fácilmente la lógica de verificación de bloques. Por ejemplo:
zk Rollup: Zeth puede implementar rápidamente la verificación de bloques, acortando el ciclo de desarrollo de ZK Rollup y reduciendo la inversión de capital.
Cliente ligero: verifica la validez de los bloques sin reconstruirlos, reduciendo los costos de operación.
Puente entre cadenas: Zeth puede verificar la corrección de datos entre cadenas a través de ZKP sin filtrar 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, y generar ZKP para verificar la corrección de los bloques, además de permitir la verificación en cadena. Es decir, gracias a Zeth, Optimism puede verificar 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 utilizar su propio hardware, resolviendo así el conflicto 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 necesitan ejecutar y los datos de entrada, y Bonsai puede realizar los cálculos en segundo plano y generar la correspondiente prueba de conocimiento cero. Este proceso no requiere que los desarrolladores implementen hardware adicional. Al mismo tiempo, Bonsai aprovecha una gran cantidad de clústeres de GPU, lo que permite procesar múltiples tareas de cálculo en paralelo. Además, Bonsai ofrece una API y un SDK sencillos y fáciles de usar, lo que permite a los desarrolladores integrarlo fácilmente en sus 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 la autenticación OAuth2.0 y la 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 la dirección de correo electrónico de Google de Bob y el monto 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 identidad de su cuenta de Google. Bonsai Pay generará un token de autorización utilizando OAuth 2.0, demostrando que Bob es el verdadero propietario de esa dirección de correo electrónico. Posteriormente, Bonsai Pay invoca el servicio de prueba Bonsai y genera una prueba de conocimiento cero que demuestra que la cuenta de Google de Bob está asociada con su dirección de billetera. Después de que el contrato inteligente verifique la prueba, desbloqueará los fondos y los transferirá a la dirección de la billetera de Bob.
Durante todo el proceso, Bonsai Pay verificó 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 al mismo tiempo revelar cualquier información específica sobre la cuenta de Google.
Otra aplicación importante de Bonsai es el coprocesador ZK de Bonsai (ZK Co-processor). Utiliza tecnología de pruebas de conocimiento cero para trasladar tareas de cálculo complejas de la cadena a fuera de la cadena, generando pruebas inmutables para garantizar la corrección de los resultados. Al mismo tiempo, el despliegue del coprocesador Bonsai es muy sencillo; los desarrolladores solo necesitan escribir una aplicación zkVM para manejar la lógica y usar un sencillo contrato Solidity para llamar a Bonsai, ejecutar cálculos y verificar resultados. Durante todo el proceso, el servicio de prueba Bonsai es responsable de generar pruebas de conocimiento cero de cálculos 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 de votación complejos fuera de la cadena, reduciendo significativamente los costos de Gas en la cadena. Bonsai DAO Governor reduce el costo de Gas por voto en más del 50%, mejorando eficazmente la eficiencia de la gobernanza y reduciendo el umbral de participación.
Boundless: capa de computación verificable
En la arquitectura de blockchain tradicional, para asegurar la validez de las transacciones, todos los nodos deben volver a ejecutar todos los cálculos de cada transacción. Este modo de "re-ejecución global" puede garantizar la seguridad y consistencia, pero también implica costos computacionales extremadamente altos. Para resolver este problema, RISC Zero lanzó Boundless, que permite a un solo nodo completar cálculos y generar una prueba de conocimiento cero verificable, de modo que otros nodos solo necesiten verificar esa prueba para confirmar el resultado, sin necesidad de volver a ejecutar los cálculos.
Boundless simplifica el proceso de verificación mediante tecnología de combinación recursiva. Combina múltiples pruebas de conocimiento cero pequeñas en una prueba global, de modo que el verificador solo necesita 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 integra circuitos de aceleración criptográfica dedicados, optimizando la eficiencia de tareas comunes como cálculos de hash y verificación de firmas digitales.
Además, los desarrolladores que utilizan Boundless no necesitan tener un profundo conocimiento de la tecnología de conocimiento cero; solo necesitan escribir aplicaciones en un lenguaje de programación familiar (como Rust o Solidity). Actualmente, Boundless está abierto para acceso gratuito a los desarrolladores. Los desarrolladores pueden utilizar los servicios de prueba proporcionados por Boundless para construir y desplegar aplicaciones de conocimiento cero rápidamente en cualquier blockchain, sin necesidad de migrar sistemas existentes o actualizar contratos de verificación.
Blobstream Zero: puente entre cadenas de zkVM que simplifica la verificación 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. A través de compartir y verificar los datos en Celestia, Blobstream Zero facilita la transmisión y verificación de datos entre cadenas.
Como un 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 también puede proporcionar soporte para los coprocesadores ZK. Los coprocesadores ZK son esencialmente herramientas de cálculo fuera de la cadena, por lo que requieren datos confiables para llevar a cabo los cálculos. Blobstream Zero puede obtener datos de blockchains como Celestia y puede generar pruebas ZK para demostrar que los datos transmitidos son confiables.
Steel: un nuevo 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 tecnología zkVM para lograr la ejecución de contratos inteligentes verificables fuera de la cadena. A través de Steel, los desarrolladores pueden trasladar operaciones EVM de la cadena a la ejecución fuera de la cadena, al mismo tiempo que generan pruebas de conocimiento cero, garantizando la veracidad y verificabilidad de los resultados de cálculo.
Los contratos inteligentes tradicionales necesitan ejecutar toda la lógica de manera completa en la cadena, lo que no solo incurre en altos costos de Gas, sino que también limita el desarrollo de aplicaciones complejas. El mecanismo de cálculo fuera de la cadena y verificación en la cadena de Steel resuelve este problema. Por ejemplo, en un contrato inteligente simple, se determina si el saldo ERC20 de una cuenta es mayor que 1 e incrementa la variable del contador. El método tradicional requiere ejecutar la lógica completamente en la cadena, mientras que Steel completa el cálculo fuera de la cadena y genera una prueba de conocimiento cero, y solo necesita verificar 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 utilizado esta herramienta para desarrollar aplicaciones. Por ejemplo, en una llamada de contrato que procesa aproximadamente 400,000 operaciones SLOAD, Steel trasladó el cálculo a la ejecución fuera de la cadena, y luego verificó la prueba de conocimiento cero generada en la cadena. El costo de generación de la prueba fue de menos de 10 dólares, y el costo de verificación en la cadena fue inferior a 300,000 Gas.
Kailua: una solución híbrida ZK que impulsa la innovación en la arquitectura de Rollup
Tras el lanzamiento de Zeth, RISC Zero presentó Kailua, que ofrece una solución de actualización híbrida para Rollup optimista. Los Rollup optimistas tradicionales normalmente requieren un período de desafío de 7 días, lo que provoca que la finalización de transacciones sea lenta, mientras que los ZK Rollup, aunque pueden lograr una finalización rápida, incurre en altos costos por la generación continua de pruebas de conocimiento cero. Kailua combina las ventajas de ambos, logrando un equilibrio entre costo y eficiencia a través de una arquitectura híbrida. Como extensión del marco Optimism Kona, Kailua no solo permite que Kona sin modificaciones se ejecute en zkVM, sino que también introduce un mecanismo innovador para resolver disputas, reduciendo los requisitos de participación y disminuyendo la latencia de finalización, mejorando así la eficiencia y disponibilidad del sistema.
En la arquitectura de Kailua, el mecanismo de disputas adopta un nuevo diseño. Primero, su mecanismo de resolución de disputas elimina las limitaciones de tiempo, permitiendo a los validadores tener tiempo suficiente para generar pruebas en caso de interrupciones en la red u otras situaciones especiales, lo que refuerza 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 la frecuencia de verificación de manera flexible, para hacer una transición gradual a un modo de Rollup completamente verificado a un costo más bajo.
A diferencia de ZK Rollup, el diseño de Kailua no requiere la generación continua de pruebas. Para bloques vacíos de baja frecuencia o Rollups con requisitos contractuales especiales, Kailua ofrece una opción más rentable. Al mismo tiempo, Kailua ha reducido significativamente la necesidad de costos de participación de Rollup. La cantidad de participación tradicional de Rollup optimista aumenta linealmente con períodos de finalización más largos, mientras que el diseño optimizado de Kailua fija la necesidad de participación, de modo que el sistema puede mantener la seguridad y la vitalidad a un costo más bajo, incluso en períodos prolongados.
Actualmente, Kailua está completamente abierto. Los desarrolladores pueden usar su herramienta de línea de comandos para desplegar una red de prueba de Optimism local y actualizar rápidamente para soportar pruebas de fallos ZK. Kailua también admite la simulación de propuestas fallidas, ayudando a los desarrolladores a entender cómo los validadores pueden desafiar estados erróneos a través de zkVM, profundizando en su mecanismo de resolución de disputas. En el futuro, Kailua también optimizará aún más los costos y el rendimiento, y se expandirá para soportar más marcos de Rollup.
Resumen
Como se puede ver en el texto anterior, 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 ofrece servicios de prueba remota, reduciendo la dependencia del hardware y los costos de operación, permitiendo a los desarrolladores construir aplicaciones de manera más eficiente. Además, Blobstream Zero proporciona un soporte confiable para el ecosistema de blockchains modular a través de la verificación eficiente de datos entre cadenas. Además, Steel reduce el costo de Gas de la ejecución de contratos inteligentes a través del modelo de cálculo fuera de la cadena y verificación en la cadena.
Por supuesto, mientras RISC Zero continúa perfeccionando la matriz de productos zkVM, también sigue 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 agregar nueva lógica de precompilación sin tener que modificar los contratos de verificación en la cadena o coordinar la configuración de los probadores, y sin necesidad de bifurcar zkVM o realizar cambios significativos para lograr optimizaciones de rendimiento. Además, al definir precompilaciones a través de aplicaciones, se puede reducir el costo de cálculo para la generación de pruebas. Por ejemplo, después de integrar RSA precompilado, Automata redujo su ciclo de ejecución de 39 millones a 217,000, reduciendo el costo en aproximadamente 180 veces.
A medida que la tecnología zkVM continúa optimizándose, su potencial de desarrollo se reflejará gradualmente en múltiples escenarios de aplicación, aunque para liberar mejor este potencial, aún se requiere depender de la colaboración ecológica y el rendimiento práctico de la implementación técnica.
