Auteur : LINDABELL
Lors de la récente conférence Devcon, Justin Drake, membre clé de la Fondation Ethereum, a proposé une mise à niveau de la couche de consensus d'Ethereum via les technologies zkSNARK et zkVM pour améliorer la scalabilité, la sécurité et l'efficacité du réseau. Cette vision a également ravivé l'importance du zkVM. En tant que machine virtuelle à divulgation nulle de connaissance universelle, le zkVM peut traiter des calculs complexes de manière plus flexible et efficace, tout en se libérant de la dépendance à la logique des contrats intelligents traditionnels.
Sous l'impulsion de cette tendance, des projets tels que RISC Zero, Succinct et Cysic sont considérés comme des participants clés à l'innovation dans ce domaine. Parmi eux, RISC Zero, grâce à son zkVM basé sur l'architecture RISC-V, a développé une série d'outils open source tels que Zeth, Kailua et Bonsai, améliorant non seulement les performances de validation des blocs et des Rollup, mais fournissant également un soutien technique pour la mise à niveau ZK d'Ethereum.
Matrice de produits de l'écosystème RISC zkVM : de la technologie de base aux applications pratiques
RISC Zero est une implémentation zkVM basée sur l'architecture d'instruction RISC-V, agissant comme une plateforme de calcul à divulgation nulle de connaissance universelle, supportant plusieurs langages de programmation populaires, comme Rust et C++, et pouvant exécuter presque n'importe quelle tâche de calcul. Comparé à d'autres plateformes de technologies à divulgation nulle de connaissance, les prouveurs et validateurs de RISC Zero sont entièrement open source, permettant aux développeurs de générer et de valider des preuves localement. De plus, le validateur de RISC Zero est compatible avec plusieurs plateformes, s'adaptant à différents écosystèmes blockchain, simplifiant ainsi le processus de développement d'applications décentralisées.
En juin de cette année, RISC Zero a publié le zkVM 1.0. Le zkVM 1.0 prend en charge plusieurs langages et tâches de calcul complexes, tout en utilisant la technologie des continuations pour diviser les calculs massifs en plusieurs segments, permettant un calcul et une validation parallèles efficaces. Selon la feuille de route, RISC Zero prévoit d'atteindre une amélioration de 20 fois des performances et des coûts du zkVM d'ici fin 2024, notamment en migrant complètement le processus de preuve vers le GPU (80 % déjà réalisé), en introduisant un nouveau design de circuit RISC-V v2 et en optimisant spécifiquement les circuits récursifs. De plus, RISC Zero intègre une série de modules d'accélération pour des algorithmes tels que RSA, Keccak, ECDSA, afin d'améliorer les performances des tâches et opérations cryptographiques liées à Ethereum.
Autour des capacités centrales de zkVM, RISC Zero a également développé une série d'outils et de produits open source. Par exemple, via le réseau Bonsai, les développeurs peuvent générer des preuves à divulgation nulle de connaissance sans matériel spécialisé ; grâce à l'outil Steel, des calculs EVM complexes peuvent être transférés pour s'exécuter dans un environnement hors chaîne tout en maintenant les résultats vérifiables, réduisant ainsi les coûts d'exécution sur chaîne ; Blobstream Zero, quant à lui, élargit les possibilités de partage et de validation des données dans l'écosystème blockchain modulaire en reliant la couche de disponibilité des données de Celestia.
Zeth : prouver que l'ensemble du bloc Ethereum a été correctement construit
Zeth est un prouveur de blocs à divulgation nulle de connaissance open source développé par RISC Zero basé sur sa technologie zkVM, capable de valider l'intégrité des blocs Ethereum sans dépendre de validateurs traditionnels ou de comités de synchronisation. RISC Zero définit Zeth comme un zkEVM de type 0, entièrement compatible avec le protocole Ethereum, tout en améliorant l'efficacité du développement grâce à la réutilisation du code.
Le co-fondateur d'Ethereum, Vitalik Buterin, dans son article "Différents types de zk-EVMs", a classé les zkEVM en quatre catégories, où le Type-1 s'efforce d'être totalement et sans compromis équivalent à Ethereum ; le Type-2 vise à être complètement équivalent à l'EVM, mais pas entièrement équivalent à Ethereum ; le Type-3 est presque équivalent à l'EVM ; le Type-4 est totalement incompatible avec Ethereum.
Grâce aux performances élevées du zkVM de RISC Zero, Zeth peut valider des blocs Ethereum en quelques minutes. Les données de test montrent que Zeth peut générer des preuves de blocs à une vitesse de 1,1 MHz, et en utilisant la fonction de « continuations », étendre le cluster GPU, augmentant la vitesse à 4,7 MHz à 6,3 MHz. Cette optimisation des performances réduit également le coût de génération des preuves. Selon les tests, une preuve générée pour un bloc contenant 182 transactions n'a coûté que 21,72 dollars, soit environ 0,11 dollar par transaction.
En parallèle, lors du développement de Zeth, l'équipe de RISC Zero a tiré parti des composants de l'écosystème Rust, comme revm, ethers et alloy, permettant ainsi aux développeurs de rapidement mettre en œuvre des fonctionnalités de preuve de blocs et de les appliquer dans différents scénarios. Cette conception offre plus de flexibilité aux développeurs pour ajuster la logique de construction des blocs selon les besoins et adapter les futures propositions d'amélioration d'Ethereum.
Au niveau des applications, Zeth fournit des solutions efficaces pour les zk Rollup, les clients légers et les ponts inter-chaînes. La construction de zk Rollup traditionnels et de zkEVM nécessite un investissement important en temps et en fonds, ce qui dissuade les petites équipes. Zeth, basé sur une architecture zkVM modulaire, permet aux développeurs de personnaliser facilement la logique de validation des blocs. Par exemple :
zk Rollup : Zeth peut rapidement réaliser des preuves de blocs, réduisant le cycle de développement des zk Rollup et les investissements financiers.
Client léger : valider l'intégrité des blocs sans avoir à reconstruire les blocs, réduisant ainsi les coûts d'exploitation.
Pont inter-chaînes : Zeth peut vérifier l'exactitude des données inter-chaînes sans divulguer d'informations sensibles sur la chaîne, réduisant ainsi la dépendance à l'égard des tiers et minimisant le risque d'attaques inter-chaînes.
En mai de cette année, Zeth a réussi à s'étendre pour prendre en charge l'extraction des données de blocs Optimism à partir de la chaîne principale d'Ethereum et générer des preuves ZKP pour valider l'exactitude des blocs, ainsi que pour effectuer des validations sur chaîne. Cela signifie qu'avec Zeth, Optimism peut valider les transactions plus efficacement et résoudre les litiges transactionnels.
Bonsai : permet aux développeurs de générer des preuves sans utiliser leur propre matériel
Bonsai est un service de preuve à distance spécifiquement conçu pour les applications zkVM, permettant aux développeurs de générer des preuves sans utiliser leur propre matériel, résolvant ainsi la contradiction entre les ressources de calcul limitées sur chaîne et les coûts élevés. Grâce à Bonsai, les développeurs n'ont qu'à définir l'application zkVM à exécuter et les données d'entrée, Bonsai exécutant les calculs en arrière-plan et générant les preuves à divulgation nulle de connaissance correspondantes. Ce processus ne nécessite pas que les développeurs déploient des équipements matériels supplémentaires. De plus, Bonsai utilise un grand nombre de clusters GPU, soutenant le traitement parallèle de plusieurs tâches de calcul. En outre, Bonsai fournit des API et des interfaces SDK simples et faciles à utiliser, permettant aux développeurs de les intégrer facilement dans leurs systèmes existants, réduisant ainsi la difficulté de développement.
Sur la base de ce service de preuve à distance, RISC Zero a lancé l'outil open source Bonsai Pay, combinant authentification OAuth2.0 et technologie ZKP, permettant aux utilisateurs d'envoyer ou de recevoir des jetons sur le réseau Ethereum via leur compte Google. Par exemple, lorsque Alice souhaite transférer des fonds à Bob, elle peut utiliser Bonsai Pay pour entrer l'adresse e-mail de Bob et le montant du transfert. Bob peut ensuite se connecter à Bonsai Pay, entrer son adresse e-mail et compléter la vérification de son identité via son compte Google. Bonsai Pay générera un jeton d'autorisation avec OAuth 2.0, prouvant que Bob est bien le titulaire de cette adresse e-mail. Ensuite, Bonsai Pay appelle le service de preuve de Bonsai, générant une preuve à divulgation nulle de connaissance, prouvant que le compte Google de Bob est associé à son adresse de portefeuille. Une fois la preuve validée par le contrat intelligent, les fonds seront débloqués et transférés à l'adresse de portefeuille de Bob.
Tout au long du processus, Bonsai Pay a vérifié le fait que "le compte Google de Bob est associé à son adresse de portefeuille" grâce à la technologie ZKP, tout en évitant de divulguer toute information spécifique sur le compte Google.
Une autre application importante de Bonsai est le coprocesseur ZK Bonsai (ZK Co-processor). Il déplace des tâches de calcul complexes de la chaîne vers l'extérieur, générant des preuves immuables pour garantir l'exactitude des résultats. De plus, le déploiement du coprocesseur Bonsai est très simple, les développeurs n'ayant qu'à rédiger un programme zkVM pour traiter la logique et appeler Bonsai via un simple contrat Solidity, exécutant les calculs et validant les résultats. Tout au long du processus, le service de preuve de Bonsai est chargé de générer les preuves à divulgation nulle de connaissance pour les calculs effectués hors chaîne, celles-ci pouvant être vérifiées sur la chaîne.
Le coprocesseur Bonsai ZK est adapté aux applications en ligne nécessitant des performances élevées et des coûts réduits. Par exemple, dans la gouvernance DAO, il peut transférer des calculs de vote complexes hors chaîne, réduisant ainsi considérablement les frais de gaz sur chaîne. Le gouverneur DAO de Bonsai réduit le coût de gaz par vote de plus de 50 % grâce au coprocesseur, améliorant ainsi l'efficacité de la gouvernance et abaissant le seuil de participation.
Boundless : couche de calcul vérifiable
Dans les architectures blockchain traditionnelles, pour assurer l'intégrité des transactions, tous les nœuds doivent exécuter à plusieurs reprises tous les calculs de chaque transaction. Ce modèle de « réexécution globale » garantit la sécurité et la cohérence, mais entraîne des coûts de calcul très élevés. Pour résoudre ce problème, RISC Zero a lancé Boundless, permettant à un seul nœud de générer une preuve vérifiable après avoir effectué les calculs, les autres nœuds n'ayant qu'à vérifier cette preuve pour valider le résultat, sans avoir à répéter les calculs.
Boundless simplifie le processus de validation grâce à une technique de combinaison récursive. Il fusionne plusieurs petites preuves à divulgation nulle de connaissance en une preuve globale, permettant aux validateurs de ne vérifier qu'une seule preuve globale, sans avoir à valider toutes les preuves de chaque étape. Pour optimiser davantage l'efficacité de génération des preuves à divulgation nulle de connaissance, Boundless intègre des circuits d'accélération cryptographique spécialisés, optimisant l'efficacité des tâches courantes telles que le calcul de hachage et la validation des signatures numériques.
De plus, les développeurs utilisant Boundless n'ont pas besoin de connaissances approfondies en technologie à divulgation nulle de connaissance, il leur suffit d'écrire des applications dans un langage de programmation familier (comme Rust ou Solidity). Actuellement, Boundless est accessible gratuitement aux développeurs. Ils peuvent profiter des services de preuve offerts par Boundless pour construire et déployer rapidement des applications à divulgation nulle de connaissance sur n'importe quelle blockchain, sans avoir à migrer leurs systèmes existants ou à mettre à jour les contrats de validation.
Blobstream Zero : un pont inter-chaînes pour la validation simplifiée des données inter-chaînes du zkVM
Blobstream Zero est un pont inter-chaînes basé sur zkVM, lancé en collaboration entre RISC Zero et Celestia, visant à connecter de manière transparente la couche de disponibilité des données de Celestia à l'écosystème blockchain modulaire existant. En partageant et en validant les données sur Celestia, Blobstream Zero permet un transfert et une validation des données entre chaînes plus pratiques.
En tant que produit public entièrement open source, Blobstream Zero permet à tout projet ou développeur de faire fonctionner des instances locales et de générer des preuves à divulgation nulle de connaissance. En outre, Blobstream Zero peut également fournir un soutien aux coprocesseurs ZK. Les coprocesseurs ZK sont essentiellement des outils de calcul hors chaîne, nécessitant des données fiables pour effectuer des calculs. Blobstream Zero peut obtenir des données de blockchains comme Celestia et peut prouver que les données transmises sont fiables en générant des preuves ZK.
Steel : nouvelle paradigme de contrats intelligents avec exécution hors chaîne et validation sur chaîne
Steel est un outil open source lancé par RISC Zero, utilisant la technologie zkVM pour réaliser des exécutions de contrats intelligents vérifiables hors chaîne. Grâce à Steel, les développeurs peuvent transférer les opérations EVM de la chaîne vers l'exécution hors chaîne, tout en générant des preuves à divulgation nulle de connaissance, garantissant l'authenticité et la vérifiabilité des résultats de calcul.
Les contrats intelligents traditionnels nécessitent l'exécution complète de toute la logique sur chaîne, ce qui entraîne non seulement des coûts de gaz élevés, mais limite également le développement d'applications complexes. Le mécanisme de calcul hors chaîne et de validation sur chaîne de Steel résout ce problème. Par exemple, dans un contrat intelligent simple, déterminer si le solde ERC20 d'un compte est supérieur à 1 et incrémenter une variable compteur. La méthode traditionnelle nécessite une exécution complète de la logique sur chaîne, tandis que Steel effectue les calculs hors chaîne et génère une preuve à divulgation nulle de connaissance, la validation sur chaîne n'ayant qu'à vérifier la preuve, sans répéter l'exécution de la logique du contrat.
Actuellement, RISC Zero a publié Steel 1.0, et plusieurs partenaires ont déjà utilisé cet outil pour développer des applications. Par exemple, pour un appel de contrat traitant environ 400 000 opérations SLOAD, Steel a transféré les calculs vers l'exécution hors chaîne, puis validé les preuves à divulgation nulle de connaissance générées sur la chaîne. Le coût de génération de la preuve est inférieur à 10 dollars, et le coût de validation sur la chaîne est inférieur à 300 000 gaz.
Kailua : une solution hybride ZK pour favoriser l'innovation architecturale des Rollup
Après le lancement de Zeth, RISC Zero a lancé Kailua, visant à fournir une solution de mise à niveau hybride pour les Rollup optimistes. Les Rollup optimistes traditionnels nécessitent généralement une période de contestation de 7 jours, ce qui entraîne une lenteur dans la finalité des transactions, tandis que les zk Rollup peuvent réaliser la finalité rapidement, mais le coût de génération continue de preuves à divulgation nulle de connaissance est trop élevé. Kailua combine les avantages des deux, réalisant un équilibre entre coût et efficacité grâce à une architecture hybride. En tant qu'extension du cadre Optimism Kona, Kailua permet non seulement l'exécution de Kona non modifiée sur le zkVM, mais introduit également un mécanisme de résolution des litiges innovant, réduisant les exigences de mise et diminuant les délais de finalité, améliorant ainsi l'efficacité et l'utilisabilité du système.
Dans l'architecture de Kailua, le mécanisme de litige a été conçu de manière totalement nouvelle. Tout d'abord, son mécanisme de résolution des litiges supprime les limites de temps, permettant aux validateurs de disposer de suffisamment de temps pour générer des preuves en cas de situations exceptionnelles comme une interruption de réseau, renforçant ainsi la résilience du système. Même dans des situations extrêmes, l'architecture extensible du zkVM de RISC Zero peut produire des preuves en moins d'une heure. De plus, la fonction de validation à la demande de Kailua permet aux développeurs de configurer la fréquence de validation de manière flexible, facilitant la transition progressive vers un modèle Rollup entièrement validé à moindre coût.
Contrairement aux zk Rollup, la conception de Kailua ne nécessite pas de génération continue de preuves. Pour les Rollup à faible fréquence de blocs vides ou ceux ayant des besoins contractuels spécifiques, Kailua propose une option plus rentable. De plus, Kailua réduit considérablement les exigences de mise pour les Rollup. Le montant des mises pour les Rollup optimistes traditionnels augmente linéairement avec des périodes de finalité plus longues, tandis que la conception optimisée de Kailua fixe les exigences de mise, permettant au système de maintenir la sécurité et l'activité à moindre coût même pendant de longues périodes.
Actuellement, Kailua est entièrement open source. Les développeurs peuvent utiliser ses outils en ligne de commande pour déployer un réseau de test Optimism local et rapidement passer à un réseau prenant en charge les preuves de défaillance ZK. Kailua prend également en charge la simulation des propositions de défaillance, aidant les développeurs à comprendre comment les validateurs peuvent contester des états incorrects via le zkVM, approfondissant ainsi leur compréhension du mécanisme de résolution des litiges. À l'avenir, Kailua continuera à optimiser ses coûts et performances, et à s'étendre pour prendre en charge davantage de cadres Rollup.
Résumé
D'après le texte ci-dessus, il est clair que la matrice de produits zkVM de RISC Zero pousse le développement de la technologie des preuves à divulgation nulle de connaissance dans plusieurs domaines. Zeth et Kailua se concentrent sur l'optimisation de l'architecture Rollup, améliorant l'efficacité de la validation des blocs et la rapidité de la résolution des litiges. Bonsai fournit des services de preuve à distance, réduisant la dépendance au matériel et les coûts d'exploitation, permettant aux développeurs de construire des applications plus efficacement. Blobstream Zero, quant à lui, fournit un soutien fiable à l'écosystème blockchain modulaire grâce à une validation efficace des données inter-chaînes. De plus, Steel réduit le coût du gaz pour l'exécution des contrats intelligents grâce à un modèle de calcul hors chaîne et de validation sur chaîne.
Bien sûr, tout en améliorant continuellement la matrice de produits zkVM, RISC Zero continue également de faire progresser l'innovation des technologies sous-jacentes au zkVM. Récemment, RISC Zero zkVM a publié la version 1.2, introduisant une nouvelle méthode de précompilation permettant aux développeurs de déployer la logique de précompilation avec les applications, sans avoir besoin d'intégrer cela dans le zkVM lui-même. Cela signifie que les développeurs peuvent ajouter de nouvelles logiques de précompilation sans modifier les contrats de validation sur chaîne ou coordonner la configuration des prouveurs, ni forker ou apporter des modifications majeures au zkVM pour réaliser des optimisations de performances. De plus, la définition de précompilation par les applications peut également réduire les coûts de calcul de génération des preuves. Par exemple, Automata a intégré la précompilation RSA, réduisant le cycle d'exécution de 39 millions à 217 000, réduisant les coûts d'environ 180 fois.
Avec l'optimisation continue de la technologie zkVM, son potentiel de développement sera progressivement réalisé dans plusieurs scénarios d'application, mais pour libérer au mieux ce potentiel, il reste nécessaire de compter sur la coopération de l'écosystème et sur les performances réelles de mise en œuvre de la technologie.
