Source de la réimpression de l'article : ChainFeeds
Auteur : LINDABELL
Lors de la récente conférence Devcon, Justin Drake, membre clé de la fondation Ethereum, a proposé le projet Beam Chain, visant à mettre à niveau la couche de consensus Ethereum via les technologies zkSNARK et zkVM pour améliorer l'évolutivité, la sécurité et l'efficacité du réseau. Cette vision a également mis en lumière l'importance du zkVM.
Sous l'impulsion de cette tendance, des projets tels que RISC Zero, Succinct et Cysic sont considérés comme des acteurs clés dans l'innovation de ce domaine. 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 la validation des blocs et les performances des Rollup, mais fournissant également un soutien technique pour la mise à niveau de l'Ethereum vers le ZK.
Matrice de produits écologiques RISC zkVM : des technologies centrales aux applications de scène
RISC Zero est une implémentation de zkVM basée sur l'architecture de jeu d'instructions RISC-V. En tant que plateforme de calcul de connaissance nulle polyvalente, elle prend en charge plusieurs langages de programmation populaires comme Rust et C++, pouvant exécuter presque toutes les tâches de calcul. Contrairement à d'autres plateformes de technologie de connaissance nulle, les prouveurs et les validateurs de RISC Zero sont entièrement open source, permettant aux développeurs de générer et valider des preuves localement. De plus, le validateur de RISC Zero est compatible avec plusieurs plateformes, pouvant s'adapter à différents écosystèmes de blockchain, simplifiant ainsi le processus de développement d'applications décentralisées.
En juin de cette année, RISC Zero a publié zkVM 1.0. zkVM 1.0 prend en charge non seulement plusieurs langages et tâches de calcul complexes, mais utilise également la technologie des continuations pour diviser les calculs à grande échelle en plusieurs petites sections, réalisant 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 de zkVM d'ici la fin de 2024, avec des optimisations comprenant le transfert complet du processus de preuve vers le GPU (déjà 80 % achevé), l'introduction de nouveaux conceptions de circuits RISC-V v2, et des optimisations spécifiques pour les circuits récursifs. En outre, RISC Zero intègre une série de modules d'accélération pour des algorithmes tels que RSA, Keccak, ECDSA, afin d'améliorer les performances des tâches liées à Ethereum et des opérations cryptographiques.
Autour des capacités centrales du zkVM, RISC Zero a également développé une série d'outils et de produits open source. Par exemple, grâce au service de preuve de Bonsai, les développeurs peuvent générer des preuves de connaissance nulle sans matériel spécialisé ; avec l'outil Steel, ils peuvent transférer des calculs EVM complexes vers un environnement hors chaîne tout en maintenant la vérifiabilité des résultats, réduisant ainsi les coûts d'exécution sur la chaîne ; et Blobstream Zero, en reliant la couche de disponibilité des données de Celestia, offre davantage de possibilités pour le partage et la validation des données au sein de l'écosystème de blockchain modulaire.
Zeth : prouve que l'ensemble du bloc Ethereum a été correctement construit
Zeth est un prouveur de blocs Ethereum à connaissance nulle open source développé par RISC Zero sur la base de sa technologie zkVM, capable de valider l'efficacité des blocs Ethereum sans se fier à des validateurs traditionnels ou à des 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.
Vitalik Buterin, co-fondateur d'Ethereum, a classé les zkEVM en quatre types dans son article intitulé "Différents types de zk-EVMs", où le Type-1 vise une équivalence totale et sans compromis avec Ethereum ; le Type-2 s'engage à être complètement équivalent à l'EVM, mais pas totalement équivalent à Ethereum ; le Type-3 est presque équivalent à l'EVM ; le Type-4 est totalement incompatible avec Ethereum.
Grâce à la haute performance 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 fonctionnalité de « continuation », étendre des clusters GPU, portant la vitesse entre 4,7 MHz et 6,3 MHz. Cette optimisation des performances a également réduit le coût de génération de la preuve. Selon les tests, pour un bloc contenant 182 transactions, le coût de génération de la preuve n'était que de 21,72 dollars, soit un coût d'environ 0,11 dollar par transaction.
De plus, au cours du développement de Zeth, l'équipe de RISC Zero a tiré parti des composants de l'écosystème Rust, tels que revm, ethers et alloy, permettant aux développeurs de mettre rapidement en œuvre la fonctionnalité de preuve de blocs et de l'appliquer à différents scénarios. Ce design offre plus de flexibilité aux développeurs, leur permettant d'ajuster la logique de construction de blocs selon leurs besoins et de s'adapter aux futures propositions d'amélioration d'Ethereum.
Au niveau des applications, Zeth propose 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 beaucoup de temps et d'argent, ce qui décourage les petites équipes. Cependant, Zeth, basé sur l'architecture zkVM modulaire, permet aux développeurs de personnaliser facilement la logique de validation des blocs. Par exemple :
zk Rollup : Zeth peut rapidement générer des preuves de blocs, ce qui peut réduire le cycle de développement des zk Rollup et diminuer les investissements financiers.
Client léger : permet de vérifier la validité des blocs sans reconstruire les blocs, réduisant ainsi les coûts d'exploitation.
Pont inter-chaînes : Zeth peut vérifier la validité des données inter-chaînes via ZKP sans divulguer d'informations sensibles sur la chaîne, ce qui réduit la dépendance à des tiers et diminue 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 bloc Optimism à partir de la chaîne principale Ethereum, et à générer des preuves ZKP pour valider la validité des blocs, tout en prenant également en charge la validation sur la chaîne. En d'autres termes, grâce à Zeth, Optimism peut valider les transactions de manière plus efficace 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 conçu spécialement pour les applications zkVM, permettant aux développeurs de générer des preuves sans utiliser leur propre matériel, résolvant ainsi le conflit entre les ressources de calcul limitées sur la 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, et Bonsai peut effectuer les calculs en arrière-plan et générer la preuve de connaissance nulle correspondante. Ce processus ne nécessite absolument pas que les développeurs déploient des équipements matériels supplémentaires. De plus, Bonsai utilise un grand nombre de clusters GPU, supportant le traitement parallélisé de plusieurs tâches de calcul. En outre, Bonsai propose une API et une interface 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, qui combine l'authentification OAuth2.0 et la 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 entrer l'adresse e-mail Google de Bob et le montant du transfert via Bonsai Pay. Bob peut ensuite se connecter à Bonsai Pay, entrer son adresse e-mail et compléter la vérification d'identité de son compte Google. Bonsai Pay utilisera OAuth 2.0 pour générer un jeton d'autorisation, prouvant que Bob est bien le titulaire de cette adresse e-mail. Ensuite, Bonsai Pay appelle le service de preuve Bonsai pour générer une preuve de connaissance nulle, prouvant que le compte Google de Bob est lié à l'adresse de son portefeuille. Une fois la preuve validée par le contrat intelligent, les fonds sont débloqués et transférés à l'adresse de portefeuille de Bob.
Tout au long du processus, Bonsai Pay a validé, grâce à la technologie ZKP, le fait que "le compte Google de Bob est lié à l'adresse de son portefeuille", tout en évitant de divulguer des informations spécifiques sur le compte Google.
Une autre application importante de Bonsai est le coprocesseur ZK Bonsai. Il utilise la technologie des preuves de connaissance nulle pour transférer des tâches de calcul complexes de la chaîne vers l'extérieur, tout en générant des preuves immuables pour garantir l'exactitude des résultats. De plus, le déploiement du coprocesseur Bonsai est très simple : les développeurs n'ont qu'à écrire une application zkVM pour traiter la logique et à appeler Bonsai via un contrat Solidity simple pour exécuter les calculs et vérifier les résultats. Pendant tout le processus, le service de preuve Bonsai est responsable de la génération des preuves de connaissance nulle pour les calculs hors chaîne, ces preuves pouvant être validées sur la chaîne.
Le coprocesseur ZK Bonsai est adapté aux applications sur la chaîne nécessitant des performances élevées et des coûts bas. Par exemple, dans la gouvernance DAO, il peut transférer des calculs de vote complexes hors chaîne, réduisant considérablement les frais de gaz sur la chaîne. Le gouverneur Bonsai DAO a réduit le coût de gaz par vote de plus de 50 %, améliorant efficacement l'efficacité de la gouvernance et abaissant le seuil de participation.
Boundless : couche de calcul vérifiable
Dans l'architecture traditionnelle de blockchain, pour garantir la validité des transactions, tous les nœuds doivent réexécuter tous les calculs de chaque transaction. Ce modèle de « réexécution globale » garantit certes la sécurité et la cohérence, mais engendre également des coûts de calcul extrêmement élevés. Pour résoudre ce problème, RISC Zero a lancé Boundless, permettant à un seul nœud de réaliser des calculs, puis de générer une preuve de connaissance nulle vérifiable, les autres nœuds n'ayant qu'à valider cette preuve pour confirmer le résultat, sans avoir à réexécuter les calculs.
Boundless simplifie le processus de validation grâce à la technologie de combinaison récursive. Il fusionne plusieurs petites preuves de connaissance nulle en une preuve globale, permettant aux validateurs de ne vérifier qu'une seule preuve totale, sans avoir à vérifier chaque preuve d'étape. Pour optimiser davantage l'efficacité de génération des preuves de connaissance nulle, Boundless intègre des circuits d'accélération cryptographique dédiés, optimisant l'efficacité des tâches courantes telles que le calcul de hachage et la validation de signatures numériques.
De plus, les développeurs utilisant Boundless n'ont pas besoin de maîtriser en profondeur la technologie des preuves de connaissance nulle, ils peuvent simplement écrire des programmes dans des langages de programmation familiers (comme Rust ou Solidity). Actuellement, Boundless est accessible gratuitement aux développeurs. Ils n'ont pas besoin de migrer leurs systèmes existants ou de mettre à jour les contrats de validation, ils peuvent utiliser les services de preuve fournis par Boundless pour construire et déployer rapidement des applications de connaissance nulle sur n'importe quelle blockchain.
Blobstream Zero : pont inter-chaînes zkVM simplifiant la validation des données inter-chaînes
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 de blockchain modulaire existant. En partageant et en validant les données sur Celestia, Blobstream Zero réalise 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 une instance locale et de générer des preuves de connaissance nulle. De plus, Blobstream Zero peut également fournir un soutien pour les coprocesseurs ZK. Les coprocesseurs ZK sont essentiellement des outils de calcul hors chaîne, nécessitant donc des données fiables pour exécuter les calculs. Blobstream Zero peut récupérer des données de blockchains comme Celestia et peut prouver que les données transférées sont fiables en générant des preuves ZK.
Steel : un nouveau paradigme de contrat intelligent avec exécution hors chaîne et validation sur chaîne
Steel est un outil open source lancé par RISC Zero, utilisant la technologie zkVM pour réaliser l'exécution de contrats intelligents vérifiables hors chaîne. Avec Steel, les développeurs peuvent transférer les opérations EVM de l'exécution sur la chaîne vers l'exécution hors chaîne, tout en générant des preuves de connaissance nulle pour garantir l'authenticité et la vérifiabilité des résultats.
Les contrats intelligents traditionnels doivent exécuter toute la logique sur la 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 de compteur. Les méthodes traditionnelles nécessitent d'exécuter la logique en entier sur la chaîne, tandis que Steel effectue le calcul hors chaîne et génère une preuve de connaissance nulle, la chaîne n'ayant qu'à valider la preuve, sans avoir à réexécuter la logique du contrat.
Actuellement, RISC Zero a publié Steel 1.0, et des partenaires ont déjà utilisé cet outil pour développer des applications. Par exemple, dans un appel de contrat traitant environ 400 000 opérations SLOAD, Steel a transféré le calcul à une exécution hors chaîne, puis a validé la preuve de connaissance nulle générée sur la chaîne. Le coût de génération de la preuve était de moins de 10 dollars, et le coût de validation sur la chaîne était inférieur à 300 000 gaz.
Kailua : une solution hybride zk pour promouvoir l'innovation dans l'architecture Rollup
Après le lancement de Zeth, RISC Zero a lancé Kailua, visant à fournir une solution de mise à niveau hybride zk Rollup pour les Rollup optimistes. Les Rollup optimistes traditionnels nécessitent généralement une période de contestation de 7 jours, ce qui ralentit la finalité des transactions, tandis que les zk Rollup, bien qu'ils puissent réaliser une finalité rapide, engendrent des coûts trop élevés pour la génération continue de preuves de connaissance nulle. 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 prend en charge l'exécution non modifiée de Kona sur zkVM et introduit 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 adopte une nouvelle conception. Tout d'abord, son mécanisme de résolution des litiges a annulé les limitations de temps, permettant aux validateurs d'avoir suffisamment de temps pour générer des preuves en cas de coupure réseau ou d'autres situations spéciales, renforçant ainsi la résilience du système. Même dans des situations extrêmes, l'architecture évolutive de RISC Zero zkVM peut compléter la preuve en une heure. De plus, la fonction de validation à la demande de Kailua permet aux développeurs de configurer fréquemment la validation de manière flexible, permettant une transition progressive vers un mode Rollup entièrement validé à coût réduit.
Contrairement aux zk Rollup, la conception de Kailua ne nécessite pas la génération continue de preuves. Pour les blocs vides à faible fréquence ou les Rollup ayant des besoins de contrat spéciaux, Kailua propose une option plus rentable. En outre, Kailua réduit considérablement les exigences de mise en jeu des Rollup. Le montant de mise requis 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 sécurité et activité à un coût inférieur, même sur des périodes plus longues.
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 le mettre à niveau pour prendre en charge la preuve d'erreur ZK. Kailua prend également en charge la simulation de propositions d'erreur, aidant les développeurs à comprendre comment les validateurs peuvent contester des états incorrects via zkVM, leur permettant ainsi de mieux comprendre son mécanisme de résolution des litiges. À l'avenir, Kailua continuera à optimiser les coûts et les performances et à s'étendre pour prendre en charge davantage de frameworks Rollup.
Résumé
Comme mentionné ci-dessus, la matrice de produits zkVM de RISC Zero pousse la technologie des preuves de connaissance nulle à se développer 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 résolution des litiges. Bonsai fournit un service de preuve à distance, réduisant la dépendance au matériel et les coûts d'exploitation, permettant ainsi aux développeurs de construire des applications de manière plus efficace. Pendant ce temps, Blobstream Zero, en validant efficacement les données inter-chaînes, offre un soutien fiable à l'écosystème de blockchain modulaire. En outre, Steel réduit les coûts de gaz d'exécution des contrats intelligents grâce à son modèle de calcul hors chaîne et de validation sur chaîne.
Bien sûr, tout en continuant à améliorer la matrice de produits zkVM, RISC Zero pousse également l'innovation dans les technologies sous-jacentes de zkVM. Récemment, RISC Zero zkVM a publié la version 1.2, introduisant un tout nouveau moyen de précompilation, permettant aux développeurs de déployer la logique de précompilation avec leurs applications, sans avoir à l'intégrer dans le zkVM lui-même. Cela signifie que les développeurs peuvent ajouter de nouvelles logiques de précompilation sans modifier les contrats de validation sur la chaîne ou coordonner la configuration des prouveurs, sans avoir besoin de forker ou d'apporter des modifications majeures au zkVM pour atteindre des optimisations de performance. De plus, en définissant des précompilations via des applications, cela peut réduire le coût de calcul de génération de preuves. Par exemple, après l'intégration de la précompilation RSA, Automata a réduit son cycle d'exécution de 39 millions à 217 000, avec un coût abaissé 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 dépendant de la collaboration écologique et de la performance réelle des technologies mises en œuvre.
