Escrito por: 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 mediante tecnología zkSNARK y zkVM, para mejorar la escalabilidad, seguridad y eficiencia de la red. Esta visión también ha vuelto a centrar la atención en la importancia de zkVM. Como una máquina virtual de conocimiento cero genérica, zkVM puede manejar cálculos complejos de manera más flexible y eficiente, al tiempo que se desvincula de la lógica de contratos inteligentes tradicionales.

Impulsados por esta tendencia, proyectos como RISC Zero, Succinct y Cysic son vistos como importantes participantes en la innovación en este campo. Entre ellos, 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 han mejorado el rendimiento de la validación de bloques y Rollup, sino que también han proporcionado soporte técnico para la actualización de ZK en Ethereum.

Matriz de productos del ecosistema RISC zkVM: desde tecnologías centrales hasta aplicaciones prácticas

RISC Zero es una implementación de zkVM basada en la arquitectura del conjunto de instrucciones RISC-V. Como una plataforma de cálculo de conocimiento cero genérica, admite varios lenguajes de programación populares, como Rust y C++, y puede ejecutar prácticamente cualquier tarea computacional. En comparación con 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 validador 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 admite múltiples lenguajes y tareas computacionales complejas, sino que también utiliza la técnica de Continuations para dividir cálculos a gran escala en segmentos más pequeños, logrando cálculos paralelos y verificaciones 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, incluyendo la migración completa del proceso de prueba a GPU (completado en un 80%), 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 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; mediante la herramienta Steel, se pueden trasladar cálculos EVM complejos a un entorno fuera de la cadena, manteniendo la verificación de resultados y reduciendo los costos de ejecución en cadena; y Blobstream Zero, mediante el puente de la capa de disponibilidad de datos de Celestia, proporciona más posibilidades para el intercambio y verificación de datos en el ecosistema de blockchain modular.

Zeth: Prueba de que todo el bloque de Ethereum se ha construido correctamente

Zeth es un probador de bloque de conocimiento cero de Ethereum de código abierto desarrollado por RISC Zero basado en su tecnología zkVM, 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 Zeth como un zkEVM de Tipo-0, que es completamente compatible con el protocolo de Ethereum y mejora la eficiencia de desarrollo mediante la reutilización del código.

Vitalik Buterin, cofundador de Ethereum, clasificó los zkEVM en cuatro tipos en su artículo "Diferentes tipos de zk-EVMs", donde el Tipo-1 busca ser completamente equivalente a Ethereum sin compromisos; el Tipo-2 se esfuerza por ser completamente equivalente a EVM, pero no del todo equivalente a Ethereum; el Tipo-3 es casi equivalente a 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 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 ha reducido el costo de generación de pruebas. Según las pruebas, el costo de generación de una prueba para un bloque que contiene 182 transacciones fue de solo 21.72 dólares, con un costo por transacción de aproximadamente 0.11 dólares.

Al mismo tiempo, en 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 funcionalidad de prueba de bloques y aplicarla en 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.

En el ámbito de las aplicaciones, Zeth ofrece soluciones eficientes para zk Rollup, clientes ligeros y puentes entre cadenas. La construcción de zk Rollup y zkEVM tradicionales requiere mucho tiempo y recursos, lo que desalienta 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 pruebas de bloques rápidamente, lo que puede acortar el ciclo de desarrollo de ZK Rollup y reducir la inversión de capital.

  • Cliente ligero: Verifica la validez del bloque sin necesidad de reconstruir el bloque, reduciendo costos operativos.

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

En mayo de este año, Zeth se expandió con éxito 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, con Zeth, Optimism puede verificar transacciones de manera más eficiente y resolver disputas sobre transacciones.

Bonsai: Permite a los desarrolladores generar pruebas sin necesidad de usar 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 usar su propio hardware, resolviendo así la contradicción entre la limitada capacidad de recursos de cómputo en cadena y el alto costo. A través de Bonsai, los desarrolladores solo necesitan definir la aplicación zkVM que necesitan ejecutar y los datos de entrada, y Bonsai puede ejecutar los cálculos en segundo plano y generar la correspondiente prueba de conocimiento cero. Este proceso no requiere que los desarrolladores implementen dispositivos de hardware adicionales. Al mismo tiempo, Bonsai utiliza un gran número de clústeres de GPU, lo que permite el procesamiento paralelo de múltiples tareas computacionales. Además, Bonsai ofrece una API y SDK simples y fáciles de usar, lo que facilita a los desarrolladores su integración en los sistemas existentes, reduciendo aún más la dificultad de desarrollo.

Basado en este servicio de prueba remota, RISC Zero ha lanzado la herramienta de código abierto Bonsai Pay, que combina la autenticación de identidad OAuth2.0 y la tecnología ZKP, permitiendo a los usuarios enviar o recibir tokens en la red Ethereum a través de su cuenta de Google. Por ejemplo, cuando Alice quiere transferir fondos a Bob, puede usar Bonsai Pay para ingresar el correo de Google de Bob y el monto de la transferencia. Luego, Bob puede iniciar sesión en Bonsai Pay, ingresar su dirección de correo electrónico y completar la autenticación de su cuenta de Google. Bonsai Pay generará un token de autorización utilizando OAuth 2.0 para probar que Bob es efectivamente el titular de esa dirección de correo electrónico. Posteriormente, Bonsai Pay invoca el servicio de prueba de Bonsai, generando una prueba de conocimiento cero que demuestra que la cuenta de Google de Bob está asociada a su dirección de billetera. Después de que el contrato inteligente verifica la prueba, desbloqueará los fondos y los transferirá a la dirección de la billetera de Bob.

Durante todo el proceso, Bonsai Pay verifica mediante la tecnología ZKP el hecho de que "la cuenta de Google de Bob está asociada a su dirección de billetera", evitando la divulgación de cualquier información específica de la cuenta de Google.

Otra aplicación importante de Bonsai es el coprocesador Bonsai ZK. Mediante la tecnología de pruebas de conocimiento cero, transfiere tareas computacionales complejas de la cadena a fuera de la cadena, generando pruebas inalterables para garantizar 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 mediante un simple contrato Solidity invocar a Bonsai, ejecutar cálculos y verificar resultados. Durante todo el proceso, el servicio de prueba de Bonsai se encarga de generar pruebas de conocimiento cero de los cálculos realizados fuera de la cadena, que pueden ser verificadas en la cadena.

El coprocesador Bonsai ZK 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% mediante el coprocesador, mejorando efectivamente la eficiencia de la gobernanza y reduciendo la barrera de entrada.

Boundless: Capa de cálculo verificable

En las arquitecturas de blockchain tradicionales, para garantizar la validez de las transacciones, todos los nodos deben repetir todos los cálculos de cada transacción. Este modo de "re-ejecución global" aunque garantiza la seguridad y la consistencia, también conlleva un alto costo computacional. Para abordar este problema, RISC Zero ha lanzado Boundless, que permite a un solo nodo completar el cálculo y generar una prueba de conocimiento cero verificable; los demás nodos solo necesitan verificar dicha prueba para confirmar el resultado, sin necesidad de re-ejecutar el cálculo.

Boundless simplifica el proceso de verificación mediante la técnica de combinación recursiva. Combina múltiples pruebas de conocimiento cero pequeñas en una prueba global, permitiendo que el validador verifique solo una prueba total en lugar de verificar individualmente todas las pruebas de las etapas. Para seguir optimizando la eficiencia de generación de pruebas de conocimiento cero, Boundless incluye un circuito de aceleración criptográfica dedicado que optimiza la eficiencia de tareas comunes como el cálculo de hash y la verificación de firmas digitales.

Además, los desarrolladores que utilizan Boundless no necesitan tener un profundo conocimiento de la tecnología de conocimiento cero, solo deben 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 se puede utilizar el servicio de prueba que ofrece Boundless para construir y desplegar aplicaciones de conocimiento cero rápidamente en cualquier blockchain.

Blobstream Zero: Un 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 blockchain modular existente. Al compartir y verificar los datos en Celestia, Blobstream Zero facilita la transmisión y verificación de datos entre cadenas de manera más conveniente.

Como un producto público completamente de código abierto, Blobstream Zero permite que cualquier proyecto o desarrollador ejecute instancias locales y genere pruebas de conocimiento cero. Además, Blobstream Zero también puede proporcionar soporte para el coprocesador 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: 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 la tecnología zkVM para ejecutar contratos inteligentes verificables fuera de la cadena. A través de Steel, los desarrolladores pueden trasladar operaciones EVM desde la cadena a la ejecución fuera de la cadena, generando al mismo tiempo pruebas de conocimiento cero para garantizar la autenticidad y verificabilidad de los resultados computacionales.

Los contratos inteligentes tradicionales necesitan ejecutar toda la lógica de manera completa 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 cálculo fuera de la cadena y verificación en la cadena de Steel resuelve este problema. Por ejemplo, en un contrato inteligente simple, para determinar si el saldo ERC20 de una cuenta es mayor que 1 e incrementar una variable 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 en la cadena solo se necesita verificar la prueba, sin necesidad de re-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 realiza 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 la prueba fue de menos de 10 dólares, y el costo de verificación en la cadena fue de menos de 300,000 Gas.

Kailua：Impulsando la innovación en la arquitectura Rollup con soluciones ZK híbridas

Tras el lanzamiento de Zeth, RISC Zero presentó Kailua, que proporciona una solución de actualización de ZK Rollup híbrido para Optimism. 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, aunque pueden lograr una finalización rápida, tienen costos demasiado altos para generar pruebas de conocimiento cero de forma continua. Kailua combina las ventajas de ambos, logrando un equilibrio entre costo y eficiencia mediante una arquitectura híbrida. Como extensión del marco Optimism Kona, Kailua no solo admite la ejecución de Kona sin modificaciones en zkVM, sino que también introduce un mecanismo innovador de resolución de disputas, reduciendo los requisitos de participación y disminuyendo la latencia en la finalización, mejorando así la eficiencia y la usabilidad del sistema.

En la arquitectura de Kailua, el mecanismo de disputas adopta un diseño completamente nuevo. Primero, su mecanismo de resolución de disputas elimina las restricciones de tiempo, permitiendo a los validadores tener tiempo suficiente para generar pruebas en caso de interrupciones de red u otras situaciones especiales, mejorando así la resiliencia del sistema. Incluso en situaciones extremas, la arquitectura escalable de RISC Zero zkVM puede completar la prueba en menos de una hora. Además, la función de verificación a demanda de Kailua permite a los desarrolladores configurar la frecuencia de verificación de manera flexible, facilitando una transición gradual hacia un modo de Rollup completamente verificado a un costo más bajo.

A diferencia de los ZK Rollups, el diseño de Kailua no requiere la generación continua de pruebas. Para bloques vacíos de baja frecuencia o Rollups con necesidades de contratos especiales, Kailua ofrece una opción más rentable. Al mismo tiempo, Kailua también reduce significativamente los requisitos de costo de participación de los Rollups. La cantidad de participación de los 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 seguridad y actividad a un costo más bajo, incluso en períodos prolongados.

Actualmente, Kailua es completamente de código abierto. Los desarrolladores pueden utilizar su herramienta de línea de comandos para desplegar una red de prueba local de Optimism y actualizar rápidamente para soportar la prueba de fallos ZK. Kailua también admite la simulación de propuestas de fallos, ayudando a los desarrolladores a entender cómo los validadores desafían estados erróneos mediante zkVM, permitiendo una comprensión más profunda de 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 ha mencionado 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 centran en la optimización de la arquitectura Rollup, mejorando la eficiencia de la validación de bloques y la velocidad de resolución de disputas. Bonsai proporciona servicios de prueba remota, disminuyendo la dependencia de hardware y los costos operativos, permitiendo a los desarrolladores construir aplicaciones de manera más eficiente. Por otro lado, Blobstream Zero facilita la verificación de datos entre cadenas de manera efectiva, brindando soporte confiable al ecosistema de blockchain modular. Además, Steel reduce los costos de Gas en la ejecución de contratos inteligentes a través de su modelo de cálculo fuera de la cadena y verificación en la cadena.

Por supuesto, mientras mejora continuamente la matriz de productos zkVM, RISC Zero también sigue impulsando la innovación en la tecnología subyacente de zkVM. Recientemente, RISC Zero zkVM lanzó la versión 1.2, que introduce un nuevo método de precompilación que permite a los desarrolladores desplegar la lógica de precompilación junto con las aplicaciones sin necesidad de estar integradas en el zkVM en sí. Esto significa que los desarrolladores pueden agregar nuevas lógicas de precompilación sin modificar contratos de verificación en la cadena o coordinar la configuración de los probadores, y sin necesidad de bifurcar el zkVM o realizar cambios importantes para lograr optimizaciones de rendimiento. Además, al definir precompilaciones a través de aplicaciones, también se puede reducir el costo computacional de generación de pruebas. Por ejemplo, después de integrar la precompilación RSA, Automata redujo su ciclo de ejecución de 39 millones a 217,000, reduciendo el costo aproximadamente 180 veces.

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