Écrit par : LINDABELL
Lors de la récente conférence Devcon, Justin Drake, un membre clé de la Fondation Ethereum, a proposé la proposition Beam Chain, visant à mettre à niveau la couche de consensus d'Ethereum avec des technologies zkSNARK et zkVM pour améliorer l'évolutivité, la sécurité et l'efficacité du réseau. Cette vision a également renouvelé l'attention portée à l'importance de zkVM. En tant que machine virtuelle à zéro connaissance universelle, 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 acteurs clés dans l'innovation de ce domaine. RISC Zero, avec 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 Rollups, mais fournissant également un soutien technologique pour l'upgrade ZK d'Ethereum.
Matrice de produits écosystémiques RISC zkVM : des technologies fondamentales aux applications pratiques
RISC Zero est une mise en œuvre zkVM basée sur l'architecture d'ensemble d'instructions RISC-V. En tant que plateforme de calcul à zéro connaissance universelle, elle prend en charge plusieurs langages de programmation populaires, tels que Rust et C++, et peut exécuter presque n'importe quelle tâche de calcul. Contrairement à d'autres plateformes de technologie à zéro connaissance, les prouveurs et les vérificateurs de RISC Zero sont entièrement open source, ce qui permet aux développeurs de générer et de vérifier des preuves localement. De plus, le vérificateur de RISC Zero est compatible avec plusieurs plateformes, ce qui facilite l'adaptation à différents écosystèmes de blockchain et simplifie le processus de développement des applications décentralisées.
En juin de cette année, RISC Zero a publié zkVM 1.0. zkVM 1.0 prend en charge plusieurs langages et tâches de calcul complexes, et utilise la technologie des Continuations pour diviser des calculs à grande échelle en segments plus petits, réalisant ainsi un calcul et une vérification 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 la fin 2024, optimisant notamment le processus de preuve, qui sera complètement transféré aux GPU (80 % terminé), en introduisant une nouvelle conception de circuit RISC-V v2, ainsi que 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 de zkVM, RISC Zero a également développé une série d'outils et de produits open source. Par exemple, grâce au réseau Bonsai, les développeurs peuvent générer des preuves à zéro connaissance sans matériel spécialisé ; avec l'outil Steel, il est possible de transférer des calculs complexes de l'EVM à un environnement hors chaîne tout en maintenant la vérifiabilité des résultats, réduisant ainsi les coûts d'exécution en chaîne ; et Blobstream Zero, en reliant la couche de disponibilité des données de Celestia, offre plus de possibilités pour le partage et la vérification des données dans les écosystèmes de blockchain modulaires.
Zeth : prouver que tout le bloc Ethereum est construit correctement
Zeth est un prouveur de blocs Ethereum à zéro connaissance open source développé par RISC Zero sur la base de sa technologie zkVM, permettant de vérifier la validité des blocs Ethereum via des preuves à zéro connaissance, sans dépendre de vérificateurs traditionnels ou de comités de synchronisation. RISC Zero définit Zeth comme un zkEVM de Type-0, entièrement compatible avec le protocole Ethereum, tout en réalisant une amélioration de l'efficacité de développement grâce à la réutilisation du code.
Vitalik Buterin, co-fondateur d'Ethereum, a classé les zkEVM en quatre types dans son article « Différents types de zk-EVM », où le Type-1 s'efforce d'être entièrement et sans compromis équivalent à Ethereum ; le Type-2 vise à être complètement équivalent à l'EVM, mais pas entièrement à Ethereum ; le Type-3 est presque équivalent à l'EVM ; et le Type-4 est complètement incompatible avec Ethereum.
Grâce à la haute performance du RISC Zero zkVM, Zeth peut compléter la vérification 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 étendre des clusters GPU grâce à la fonctionnalité des « continuations », augmentant la vitesse à 4,7 MHz à 6,3 MHz. Cette optimisation des performances réduit également les coûts de génération de preuves. Selon les tests, le coût de génération d'une preuve pour un bloc contenant 182 transactions n'est que de 21,72 $, soit environ 0,11 $ par transaction.
Parallèlement, lors du développement de Zeth, l'équipe de RISC Zero a pleinement tiré parti des composants de l'écosystème Rust, tels que revm, ethers et alloy, permettant aux développeurs de réaliser rapidement des fonctions de preuve de blocs et de les appliquer à différents scénarios. Cette conception offre plus de flexibilité aux développeurs pour ajuster la logique de construction des blocs selon leurs besoins et s'adapter aux futures propositions d'amélioration d'Ethereum.
Sur le plan applicatif, Zeth fournit des solutions efficaces pour les zk Rollup, les clients légers et les ponts inter-chaînes. La construction traditionnelle des zk Rollup et zkEVM nécessite beaucoup de temps et d'argent, ce qui décourage les petites équipes. En revanche, 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, ce qui peut raccourcir le cycle de développement de ZK Rollup et réduire les investissements financiers.
Client léger : vérifiez la validité des blocs sans reconstruire les blocs, ce qui réduit 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, réduisant ainsi la dépendance à la confiance envers les tiers et diminuant les risques 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 du réseau principal Ethereum et générer des ZKP pour vérifier la validité des blocs, tout en prenant également en charge la vérification en chaîne. Cela signifie qu'avec Zeth, Optimism peut vérifier les transactions de manière plus efficace et résoudre les litiges de transaction.
Bonsai : permet aux développeurs de générer des preuves sans utiliser leur propre matériel
Bonsai est un service de preuve à distance spécialement conçu pour les applications zkVM, permettant aux développeurs de générer des preuves sans utiliser leur propre matériel, résolvant ainsi le dilemme entre les ressources de calcul limitées en chaîne et les coûts élevés. Grâce à Bonsai, les développeurs doivent simplement définir l'application zkVM à exécuter et les données d'entrée, et Bonsai peut exécuter les calculs en arrière-plan et générer les preuves à zéro 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, supportant le traitement parallèle de plusieurs tâches de calcul. En outre, Bonsai propose une API et une interface SDK simples et conviviales, permettant aux développeurs de les intégrer facilement dans leurs systèmes existants, réduisant encore 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 tokens 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 email Google de Bob et le montant du transfert. Bob peut ensuite se connecter à Bonsai Pay, entrer son adresse email et compléter l'authentification de son compte Google. Bonsai Pay utilisera OAuth 2.0 pour générer un token d'autorisation, prouvant que Bob est bien le titulaire de cette adresse email. Ensuite, Bonsai Pay appelle le service de preuve Bonsai pour générer une preuve à zéro connaissance, prouvant que le compte Google de Bob est associé à l'adresse de son portefeuille. Le contrat intelligent, après vérification de la preuve, débloquera les fonds et les transférera à l'adresse du portefeuille de Bob.
Tout au long du processus, Bonsai Pay a vérifié, grâce à la technologie ZKP, le fait que « le compte Google de Bob est associé à l'adresse de son portefeuille », tout en évitant la divulgation de toute information spécifique sur le compte Google.
Une autre application importante de Bonsai est le coprocesseur Bonsai ZK (ZK Co-processor). Il utilise la technologie des preuves à zéro connaissance pour transférer des tâches de calcul complexes hors chaîne et générer des preuves infalsifiables 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 appeler Bonsai via un simple contrat Solidity, exécutant les calculs et vérifiant les résultats. Tout au long du processus, le service de preuve Bonsai est responsable de la génération des preuves à zéro connaissance pour le calcul hors chaîne, qui peuvent être vérifiées sur la chaîne.
Le coprocesseur Bonsai ZK est adapté aux applications en chaîne nécessitant de hautes performances 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 gas en chaîne. Le gouverneur DAO Bonsai a réduit le coût en gas par vote de plus de 50 %, améliorant ainsi l'efficacité de la gouvernance et abaissant le seuil de participation.
Boundless : couche de calcul vérifiable
Dans l'architecture blockchain traditionnelle, pour garantir la validité des transactions, tous les nœuds doivent exécuter tous les calculs de chaque transaction. Ce modèle de « réexécution globale » garantit la sécurité et la cohérence, mais entraîne également des coûts de calcul très élevés. Pour résoudre ce problème, RISC Zero a lancé Boundless, permettant à un seul nœud d'effectuer des calculs et de générer une preuve à zéro connaissance vérifiable, les autres nœuds n'ayant qu'à vérifier cette preuve pour confirmer le résultat, sans avoir à réexécuter les calculs.
Boundless simplifie le processus de vérification par la technologie de combinaison récursive. Elle combine plusieurs petites preuves à zéro connaissance en une preuve globale, permettant ainsi aux vérificateurs de ne vérifier qu'une seule preuve totale, sans avoir à valider individuellement toutes les preuves des étapes. Pour optimiser encore l'efficacité de la génération des preuves à zéro connaissance, Boundless intègre des circuits d'accélération cryptographique dédiés, optimisant l'efficacité des tâches courantes telles que le calcul de hachage et la vérification de signature numérique.
De plus, les développeurs utilisant Boundless n'ont pas besoin de comprendre en profondeur la technologie à zéro connaissance, ils peuvent simplement écrire des applications dans des langages de programmation familiers (comme Rust ou Solidity). Actuellement, Boundless est accessible gratuitement aux développeurs. Ceux-ci n'ont pas besoin de migrer leurs systèmes existants ou de mettre à jour leurs contrats de vérification, ils peuvent utiliser les services de preuve fournis par Boundless pour construire et déployer rapidement des applications à zéro connaissance sur n'importe quelle blockchain.
Blobstream Zero : le pont inter-chaînes zkVM simplifiant la vérification 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 en toute transparence la couche de disponibilité des données de Celestia aux écosystèmes de blockchain modulaires existants. En partageant et en vérifiant les données sur Celestia, Blobstream Zero facilite le transfert et la vérification des données entre chaînes.
En tant que produit public entièrement open source, Blobstream Zero permet à n'importe quel projet ou développeur d'exécuter des instances locales et de générer des preuves à zéro connaissance. De plus, Blobstream Zero peut également fournir un soutien aux coprocesseurs ZK. Les coprocesseurs ZK sont essentiellement des outils de calcul hors chaîne, nécessitant donc des données fiables pour exécuter leurs calculs. Blobstream Zero peut obtenir des données de blockchains telles que Celestia et peut prouver, via la génération de preuves ZK, que les données transmises sont fiables.
Steel : un nouveau paradigme de contrat intelligent avec exécution hors chaîne et vérification en 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. Grâce à Steel, les développeurs peuvent transférer les opérations de l'EVM hors chaîne tout en générant des preuves à zéro connaissance, garantissant la véracité et la vérifiabilité des résultats de calcul.
Les contrats intelligents traditionnels doivent exécuter toute la logique sur la chaîne, ce qui entraîne des coûts de gas élevés et limite le développement d'applications complexes. En revanche, le mécanisme de calcul hors chaîne et de vérification en 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 d'exécuter la logique entièrement sur la chaîne, tandis que Steel effectue les calculs hors chaîne et génère une preuve à zéro connaissance, la chaîne n'ayant qu'à vérifier la preuve sans avoir à réexécuter 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, dans un appel de contrat traitant environ 400 000 opérations SLOAD, Steel a transféré le calcul hors chaîne, puis a vérifié sur la chaîne la preuve générée. Le coût de génération de la preuve était inférieur à 10 $ et le coût de vérification en chaîne était inférieur à 300 000 gas.
Kailua : une solution ZK hybride favorisant l'innovation dans l'architecture Rollup
Après le lancement de Zeth, RISC Zero a introduit 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 peuvent rapidement réaliser la finalité, mais les coûts de génération continue des preuves à zéro connaissance sont trop élevés. 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 de Kona non modifiée sur zkVM et introduit un mécanisme innovant de résolution des litiges, réduisant les exigences de mise en jeu et diminuant les délais de finalité, ce qui améliore l'efficacité et la disponibilité du système.
Dans l'architecture de Kailua, le mécanisme de contestation adopte une conception entièrement nouvelle. Tout d'abord, son mécanisme de résolution des litiges supprime les limites de temps, permettant aux vérificateurs de disposer de suffisamment de temps pour générer des preuves en cas de situations spéciales telles que des interruptions de réseau, renforçant ainsi la résilience du système. Même dans des cas extrêmes, l'architecture extensible de RISC Zero zkVM peut compléter la preuve en une heure. De plus, la fonction de vérification à la demande de Kailua permet aux développeurs de configurer la fréquence de vérification de manière flexible, facilitant une transition progressive vers un mode de Rollup entièrement vérifié 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 ayant des exigences contractuelles spéciales, Kailua offre une option plus économique. De plus, Kailua a considérablement réduit les exigences de mise en jeu pour les Rollup. La quantité de mise en jeu requise pour les Rollup optimistes traditionnels augmente de manière linéaire avec des cycles de finalité plus longs, tandis que la conception optimisée de Kailua fixe la demande de mise en jeu, permettant au système de maintenir la sécurité et l'activité à moindre coût même sur de longues périodes.
Actuellement, Kailua est entièrement open source. Les développeurs peuvent utiliser son outil en ligne de commande pour déployer un réseau de test Optimism local et passer rapidement à un réseau prenant en charge les preuves d'erreur ZK. Kailua prend également en charge la simulation de propositions d'erreur, aidant les développeurs à comprendre comment les vérificateurs peuvent contester des états incorrects via zkVM, approfondissant ainsi leur compréhension de son mécanisme de résolution des litiges. À l'avenir, Kailua optimisera encore les coûts et les performances, et s'étendra pour prendre en charge davantage de frameworks Rollup.
Résumé
Comme mentionné précédemment, la matrice de produits zkVM de RISC Zero propulse la technologie des preuves à zéro 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 résolution des litiges. Bonsai offre des services de preuve à distance, réduisant la dépendance matérielle et les coûts d'exploitation, permettant ainsi aux développeurs de construire des applications de manière plus efficace. De plus, Blobstream Zero, par une vérification efficace des données inter-chaînes, fournit un soutien fiable à l'écosystème de blockchain modulaire. En outre, Steel, par son modèle de calcul hors chaîne et de vérification en chaîne, réduit les coûts de gas des exécutions de contrats intelligents.
Bien sûr, tout en améliorant en permanence la matrice de produits zkVM, RISC Zero continue également de promouvoir l'innovation dans la technologie sous-jacente du zkVM. Récemment, RISC Zero zkVM a publié la version 1.2, introduisant un nouveau mode de précompilation, permettant aux développeurs de déployer la logique de précompilation avec l'application 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 vérification en chaîne ou coordonner la configuration des prouveurs, et sans avoir à forker ou apporter des modifications majeures au zkVM pour réaliser des optimisations de performance. De plus, en définissant des précompilations applicatives, cela peut réduire les coûts de calcul pour la génération des preuves. Par exemple, après l'intégration d'une précompilation RSA, Automata a réduit le cycle d'exécution de 39 millions à 217 000, réduisant ainsi le coût d'environ 180 fois.
Avec l'optimisation continue de la technologie zkVM, son potentiel de développement se manifestera progressivement dans plusieurs scénarios d'application, mais pour mieux libérer ce potentiel, cela dépend encore de la collaboration écosystémique et de la performance réelle de la mise en œuvre technologique.
