Penulis: LINDABELL
Pada konferensi Devcon baru-baru ini, anggota inti dari Ethereum Foundation, Justin Drake, mengajukan proposal Beam Chain, berencana untuk meningkatkan lapisan konsensus Ethereum melalui teknologi zkSNARK dan zkVM, untuk meningkatkan skalabilitas, keamanan, dan efisiensi jaringan. Visi ini juga membuat pentingnya zkVM kembali diperhatikan. Sebagai mesin virtual zero-knowledge yang umum, zkVM dapat menangani perhitungan kompleks dengan cara yang lebih fleksibel dan efisien, sambil terbebas dari ketergantungan pada logika kontrak pintar tradisional.
Di bawah dorongan tren ini, proyek seperti RISC Zero, Succinct, dan Cysic dianggap sebagai peserta penting yang mendorong inovasi di bidang ini. Di antaranya, RISC Zero, berdasarkan arsitektur RISC-V, telah mengembangkan serangkaian alat open-source seperti Zeth, Kailua, dan Bonsai, yang tidak hanya meningkatkan kinerja verifikasi blok dan Rollup, tetapi juga menyediakan dukungan teknis untuk peningkatan ZK Ethereum.
Matriks produk ekosistem RISC zkVM: Dari teknologi inti hingga aplikasi skenario
RISC Zero adalah implementasi zkVM berdasarkan arsitektur set instruksi RISC-V, sebagai platform komputasi zero-knowledge umum, mendukung berbagai bahasa pemrograman utama seperti Rust dan C++, yang hampir dapat menjalankan tugas komputasi apa pun. Dibandingkan dengan platform teknologi zero-knowledge lainnya, pembuktian RISC Zero dan validator sepenuhnya open-source, memungkinkan pengembang untuk menghasilkan dan memverifikasi bukti secara lokal. Selain itu, validator RISC Zero kompatibel dengan berbagai platform, mampu beradaptasi dengan berbagai ekosistem blockchain, menyederhanakan proses pengembangan aplikasi terdesentralisasi.
Pada bulan Juni tahun ini, RISC Zero merilis zkVM 1.0. zkVM 1.0 tidak hanya mendukung berbagai bahasa dan tugas komputasi kompleks, tetapi juga memanfaatkan teknologi Continuations untuk membagi komputasi besar menjadi beberapa bagian kecil, mencapai komputasi paralel dan verifikasi yang efisien. Sesuai dengan peta jalan, RISC Zero berencana untuk mencapai peningkatan kinerja dan biaya zkVM sebesar 20 kali sebelum akhir tahun 2024, dengan pengoptimalan termasuk memindahkan proses bukti sepenuhnya ke GPU (sudah 80% selesai), memperkenalkan desain sirkuit RISC-V v2 baru, serta optimasi khusus untuk sirkuit rekursif. Saat ini, RISC Zero juga sedang mengintegrasikan serangkaian modul akselerasi untuk algoritma seperti RSA, Keccak, ECDSA, untuk meningkatkan kinerja tugas terkait Ethereum dan operasi kriptografi.
Mengelilingi kemampuan inti zkVM, RISC Zero juga mengembangkan serangkaian alat dan produk open-source. Misalnya, melalui jaringan Bonsai untuk layanan pembuktian, pengembang dapat menghasilkan bukti zero-knowledge tanpa memerlukan perangkat keras khusus; melalui alat Steel, perhitungan EVM yang kompleks dapat dialihkan ke lingkungan off-chain, sambil tetap menjaga hasilnya dapat diverifikasi, sehingga mengurangi biaya eksekusi on-chain; sementara Blobstream Zero, dengan menjembatani lapisan ketersediaan data Celestia, menawarkan lebih banyak kemungkinan untuk berbagi dan memverifikasi data dalam ekosistem blockchain modular.
Zeth: Membuktikan bahwa seluruh blok Ethereum dibangun dengan benar
Zeth adalah pembuktian blok zero-knowledge Ethereum open-source yang dikembangkan oleh RISC Zero berdasarkan teknologi zkVM, dapat memverifikasi validitas blok Ethereum melalui bukti zero-knowledge, tanpa bergantung pada validator tradisional atau komite sinkronisasi. RISC Zero mendefinisikan Zeth sebagai Type-0 zkEVM, yang sepenuhnya kompatibel dengan protokol Ethereum dan melalui pemanfaatan kembali kode, meningkatkan efisiensi pengembangan.
Pendiri bersama Ethereum, Vitalik Buterin, dalam artikel 'Different types of zk-EVMs' membagi zkEVM menjadi empat kategori, di mana Tipe-1 berusaha untuk sepenuhnya dan tanpa kompromi setara dengan Ethereum; Tipe-2 berkomitmen untuk setara sepenuhnya dengan EVM, tetapi tidak sepenuhnya setara dengan Ethereum; Tipe-3 hampir setara dengan EVM; Tipe-4 sama sekali tidak kompatibel dengan Ethereum.
Berkat kinerja tinggi RISC Zero zkVM, Zeth dapat menyelesaikan verifikasi blok Ethereum dalam beberapa menit. Data pengujian menunjukkan bahwa Zeth dapat menghasilkan bukti blok dengan kecepatan 1.1 MHz dan memperluas kluster GPU melalui fitur 'lanjutkan (continuations)', meningkatkan kecepatan menjadi 4.7 MHz hingga 6.3 MHz. Optimasi kinerja ini juga mengurangi biaya pembuatan bukti. Menurut pengujian, biaya pembuatan bukti untuk blok yang berisi 182 transaksi hanya sebesar 21.72 dolar, dengan biaya per transaksi sekitar 0.11 dolar.
Sementara itu, dalam pengembangan Zeth, tim RISC Zero memanfaatkan sepenuhnya komponen ekosistem Rust, seperti revm, ethers, dan alloy, sehingga pengembang dapat dengan cepat menerapkan fungsi bukti blok dan mengaplikasikannya dalam berbagai skenario. Desain ini memberikan lebih banyak fleksibilitas kepada pengembang, memungkinkan mereka untuk menyesuaikan logika pembangunan blok sesuai kebutuhan dan beradaptasi dengan proposal perbaikan Ethereum di masa depan.
Di tingkat aplikasi, Zeth menyediakan solusi yang efisien untuk zk Rollup, klien ringan, dan jembatan lintas rantai. Pembangunan zk Rollup tradisional dan zkEVM memerlukan banyak waktu dan uang, membuat tim kecil kesulitan. Zeth, yang didasarkan pada arsitektur zkVM modular, memungkinkan pengembang untuk dengan mudah menyesuaikan logika verifikasi blok. Misalnya:
zk Rollup: Zeth dapat dengan cepat menghasilkan bukti blok, yang dapat memperpendek siklus pengembangan ZK Rollup dan mengurangi investasi dana.
Klien ringan: Memverifikasi validitas blok tanpa perlu membangun ulang blok, mengurangi biaya operasional.
Jembatan lintas rantai: Zeth dapat memverifikasi keakuratan data lintas rantai tanpa mengungkapkan informasi sensitif di rantai menggunakan ZKP, yang mengurangi ketergantungan pada pihak ketiga dan mengurangi risiko serangan lintas rantai.
Pada bulan Mei tahun ini, Zeth berhasil memperluas dukungan untuk mengekstrak data blok Optimism dari jaringan utama Ethereum, dan menghasilkan ZKP untuk memverifikasi keakuratan blok, serta mendukung verifikasi on-chain. Dengan kata lain, berkat Zeth, Optimism dapat memverifikasi transaksi dengan lebih efisien dan menyelesaikan sengketa transaksi.
Bonsai: Memungkinkan pengembang untuk menghasilkan bukti tanpa menggunakan perangkat keras mereka sendiri
Bonsai adalah layanan bukti jarak jauh yang dirancang khusus untuk aplikasi zkVM, memungkinkan pengembang untuk menghasilkan bukti tanpa menggunakan perangkat keras mereka sendiri, sehingga menyelesaikan konflik antara sumber daya komputasi terbatas di on-chain dan biaya tinggi. Melalui Bonsai, pengembang hanya perlu mendefinisikan aplikasi zkVM yang perlu dijalankan dan data input, Bonsai dapat menjalankan perhitungan di latar belakang dan menghasilkan bukti zero-knowledge yang sesuai. Proses ini sepenuhnya tidak memerlukan pengembang untuk menerapkan perangkat keras tambahan. Selain itu, Bonsai memanfaatkan sejumlah besar kluster GPU, mendukung pemrosesan paralel dari banyak tugas komputasi. Selain itu, Bonsai juga menyediakan antarmuka API dan SDK yang mudah digunakan, memungkinkan pengembang untuk dengan mudah mengintegrasikannya ke dalam sistem yang ada, lebih lanjut mengurangi kesulitan pengembangan.
Berdasarkan layanan bukti jarak jauh ini, RISC Zero meluncurkan alat open-source Bonsai Pay, yang menggabungkan otentikasi OAuth2.0 dan teknologi ZKP, memungkinkan pengguna untuk mengirim atau menerima token di jaringan Ethereum menggunakan akun Google. Misalnya, ketika Alice ingin mentransfer dana ke Bob, Alice dapat memasukkan email Google Bob dan jumlah transfer melalui Bonsai Pay. Bob kemudian dapat masuk ke Bonsai Pay, memasukkan alamat email, dan menyelesaikan otentikasi akun Google. Bonsai Pay akan menggunakan OAuth 2.0 untuk menghasilkan token otorisasi, membuktikan bahwa Bob benar-benar pemilik email tersebut. Selanjutnya, Bonsai Pay memanggil layanan bukti Bonsai, menghasilkan bukti zero-knowledge, dan membuktikan bahwa akun Google Bob terkait dengan alamat dompet. Setelah bukti diverifikasi oleh kontrak pintar, dana akan dibuka dan ditransfer ke alamat dompet Bob.
Selama seluruh proses, Bonsai Pay memverifikasi fakta bahwa 'akun Google Bob terkait dengan alamat dompet' melalui teknologi ZKP, sekaligus menghindari pengungkapan informasi spesifik dari akun Google mana pun.
Aplikasi penting lainnya dari Bonsai adalah Bonsai ZK co-processor (ZK Co-processor). Ia menggunakan teknologi bukti zero-knowledge untuk memindahkan tugas komputasi yang kompleks dari on-chain ke off-chain, dan menghasilkan bukti yang tidak dapat diubah untuk memastikan keakuratan hasil. Selain itu, penerapan Bonsai co-processor juga sangat sederhana, pengembang hanya perlu menulis program aplikasi zkVM untuk menangani logika, dan memanggil Bonsai melalui kontrak Solidity yang sederhana, menjalankan perhitungan dan memverifikasi hasil. Selama proses ini, layanan bukti Bonsai bertanggung jawab untuk menghasilkan bukti zero-knowledge dari perhitungan off-chain, yang dapat diverifikasi di on-chain.
Bonsai ZK co-processor cocok untuk aplikasi on-chain yang memerlukan kinerja tinggi dan biaya rendah. Misalnya, dalam tata kelola DAO, ia dapat memindahkan perhitungan pemungutan suara yang kompleks ke off-chain, secara signifikan mengurangi biaya Gas di on-chain. Bonsai DAO Governor, melalui co-processor, berhasil mengurangi biaya Gas per suara lebih dari 50%, secara efektif meningkatkan efisiensi tata kelola dan mengurangi ambang partisipasi.
Boundless: Lapisan komputasi yang dapat diverifikasi
Dalam arsitektur blockchain tradisional, untuk memastikan validitas transaksi, semua node perlu melakukan semua perhitungan untuk setiap transaksi. Model 'global re-execution' ini meskipun dapat menjamin keamanan dan konsistensi, tetapi juga membawa biaya komputasi yang sangat tinggi. Untuk mengatasi masalah ini, RISC Zero meluncurkan Boundless, yang memungkinkan satu node untuk menyelesaikan perhitungan dan menghasilkan bukti zero-knowledge yang dapat diverifikasi, sehingga node lain hanya perlu memverifikasi bukti tersebut untuk mengonfirmasi hasil, tanpa perlu melakukan perhitungan berulang.
Boundless menyederhanakan proses verifikasi melalui teknologi komposisi rekursif. Ia menggabungkan beberapa bukti zero-knowledge kecil menjadi satu bukti keseluruhan, sehingga verifier hanya perlu memeriksa satu bukti total, tanpa perlu memverifikasi semua bukti dari setiap tahap satu per satu. Untuk lebih mengoptimalkan efisiensi pembuatan bukti zero-knowledge, Boundless dilengkapi dengan sirkuit akselerasi kriptografi khusus, mengoptimalkan efisiensi tugas-tugas umum seperti perhitungan hash, verifikasi tanda tangan digital, dan lainnya.
Selain itu, pengembang yang menggunakan Boundless tidak perlu memahami teknologi zero-knowledge secara mendalam, mereka hanya perlu menulis aplikasi menggunakan bahasa pemrograman yang sudah mereka kenal (seperti Rust atau Solidity). Saat ini, Boundless telah dibuka untuk akses gratis bagi pengembang. Pengembang tidak perlu memigrasi sistem yang ada atau memperbarui kontrak verifikasi, mereka dapat memanfaatkan layanan pembuktian yang disediakan oleh Boundless untuk membangun dan menerapkan aplikasi zero-knowledge dengan cepat di blockchain mana pun.
Blobstream Zero: Jembatan lintas rantai zkVM yang menyederhanakan verifikasi data lintas rantai
Blobstream Zero adalah jembatan lintas rantai berbasis zkVM yang diluncurkan oleh RISC Zero dan Celestia, bertujuan untuk menghubungkan lapisan ketersediaan data Celestia dengan mulus ke ekosistem blockchain modular yang ada. Dengan berbagi dan memverifikasi data di Celestia, Blobstream Zero memungkinkan transfer dan verifikasi data yang lebih mudah antar rantai.
Sebagai produk publik yang sepenuhnya open-source, Blobstream Zero memungkinkan proyek atau pengembang mana pun untuk menjalankan instance lokal dan menghasilkan bukti zero-knowledge. Selain itu, Blobstream Zero juga dapat mendukung ZK co-processor. ZK co-processor pada dasarnya adalah alat komputasi off-chain, sehingga memerlukan data yang andal untuk menjalankan perhitungan. Blobstream Zero dapat mengambil data dari blockchain seperti Celestia dan dapat membuktikan bahwa data yang ditransmisikan adalah andal dengan menghasilkan bukti ZK.
Steel: Paradigma baru kontrak pintar dengan eksekusi off-chain dan verifikasi on-chain
Steel adalah alat open-source yang diluncurkan oleh RISC Zero, memanfaatkan teknologi zkVM untuk mengimplementasikan eksekusi kontrak pintar yang dapat diverifikasi off-chain. Melalui Steel, pengembang dapat memindahkan operasi EVM dari on-chain ke eksekusi off-chain, sambil menghasilkan bukti zero-knowledge, memastikan keaslian dan keterverifikasian hasil perhitungan.
Kontrak pintar tradisional perlu menjalankan semua logika secara lengkap di on-chain, yang tidak hanya memiliki biaya Gas yang tinggi, tetapi juga membatasi pengembangan aplikasi yang kompleks. Mekanisme komputasi off-chain dan verifikasi on-chain Steel menyelesaikan masalah ini. Misalnya, dalam kontrak pintar sederhana, untuk menentukan apakah saldo ERC20 dari suatu akun lebih besar dari 1, dan meningkatkan variabel penghitung. Metode tradisional memerlukan eksekusi logika secara lengkap di on-chain, sedangkan Steel menyelesaikan perhitungan di off-chain dan menghasilkan bukti zero-knowledge, hanya memerlukan verifikasi bukti di on-chain tanpa perlu mengulangi logika kontrak.
Saat ini, RISC Zero telah merilis Steel 1.0, dan beberapa mitra telah memanfaatkan alat ini untuk mengembangkan aplikasi. Misalnya, dalam pemanggilan kontrak yang menangani sekitar 400.000 operasi SLOAD, Steel memindahkan perhitungan ke eksekusi off-chain, kemudian memverifikasi bukti zero-knowledge yang dihasilkan di on-chain. Biaya pembuatan bukti kurang dari 10 dolar, dan biaya verifikasi di on-chain kurang dari 300.000 Gas.
Kailua: Solusi ZK hibrida yang mendorong inovasi arsitektur Rollup
Setelah merilis Zeth, RISC Zero meluncurkan Kailua, yang bertujuan untuk memberikan solusi upgrade campuran ZK Rollup untuk Rollup optimis. Rollup optimis tradisional biasanya memerlukan periode tantangan selama 7 hari, yang menyebabkan akhir transaksi menjadi lambat, sedangkan ZK Rollup dapat dengan cepat mencapai finalitas, tetapi biaya pembuatan bukti zero-knowledge cukup tinggi. Kailua menggabungkan kelebihan keduanya, mencapai keseimbangan antara biaya dan efisiensi melalui arsitektur campuran. Sebagai perluasan dari kerangka Optimism Kona, Kailua tidak hanya mendukung Kona yang tidak dimodifikasi untuk berjalan di zkVM, tetapi juga memperkenalkan mekanisme penyelesaian sengketa yang inovatif, mengurangi persyaratan staking dan mengurangi penundaan finalitas, sehingga meningkatkan efisiensi dan kegunaan sistem.
Dalam arsitektur Kailua, mekanisme sengketa memiliki desain baru. Pertama, mekanisme penyelesaian sengketanya menghilangkan batas waktu, memungkinkan validator memiliki cukup waktu untuk menghasilkan bukti saat menghadapi situasi khusus seperti gangguan jaringan, sehingga meningkatkan ketahanan sistem. Bahkan dalam situasi ekstrem, arsitektur yang dapat diperluas dari RISC Zero zkVM masih dapat menyelesaikan bukti dalam waktu satu jam. Selain itu, fitur verifikasi sesuai permintaan Kailua memungkinkan pengembang untuk mengonfigurasi frekuensi verifikasi dengan fleksibel, secara bertahap beralih ke mode Rollup yang sepenuhnya diverifikasi dengan biaya yang lebih rendah.
Berbeda dengan ZK Rollup, desain Kailua tidak memerlukan pembuatan bukti secara terus-menerus. Untuk blok kosong dengan frekuensi rendah atau Rollup dengan kebutuhan kontrak khusus, Kailua menawarkan pilihan yang lebih hemat biaya. Selain itu, Kailua juga secara signifikan mengurangi kebutuhan biaya staking untuk Rollup. Jumlah staking untuk Rollup optimis tradisional akan meningkat secara linier dengan periode finalitas yang lebih lama, sementara desain optimasi Kailua menetapkan kebutuhan staking yang tetap, sehingga sistem dapat mempertahankan keamanan dan aktivitas dengan biaya lebih rendah bahkan dalam periode yang panjang.
Saat ini, Kailua sudah sepenuhnya open-source. Pengembang dapat menggunakan alat baris perintahnya untuk menerapkan jaringan pengujian Optimism lokal dan dengan cepat meningkatkan menjadi jaringan yang mendukung bukti kegagalan ZK. Kailua juga mendukung simulasi proposal kegagalan, membantu pengembang memahami bagaimana validator menantang status yang salah melalui zkVM, sehingga memahami mekanisme penyelesaian sengketa secara mendalam. Di masa depan, Kailua juga akan lebih mengoptimalkan biaya dan kinerja, serta memperluas dukungan untuk lebih banyak kerangka Rollup.
Ringkasan
Dari penjelasan di atas, terlihat bahwa matriks produk zkVM RISC Zero sedang mendorong perkembangan teknologi pembuktian zero-knowledge di berbagai bidang. Zeth dan Kailua berfokus pada optimasi arsitektur Rollup, meningkatkan efisiensi verifikasi blok dan kecepatan penyelesaian sengketa. Bonsai menyediakan layanan bukti jarak jauh, mengurangi ketergantungan pada perangkat keras dan biaya operasi, sehingga memungkinkan pengembang untuk membangun aplikasi dengan lebih efisien. Sementara itu, Blobstream Zero memberikan dukungan yang andal untuk ekosistem blockchain modular melalui verifikasi data lintas rantai yang efisien. Selain itu, Steel mengurangi biaya Gas untuk eksekusi kontrak pintar melalui model komputasi off-chain dan verifikasi on-chain.
Tentu saja, sementara terus menyempurnakan matriks produk zkVM, RISC Zero juga terus mendorong inovasi dalam teknologi dasar zkVM. Baru-baru ini, RISC Zero zkVM merilis versi 1.2, yang memperkenalkan cara pra-kompilasi yang sepenuhnya baru, memungkinkan pengembang untuk menerapkan logika pra-kompilasi bersama dengan aplikasi, tanpa perlu mengintegrasikannya ke dalam zkVM itu sendiri. Ini berarti pengembang dapat menambahkan logika pra-kompilasi baru tanpa mengubah kontrak verifikasi on-chain atau mengoordinasikan konfigurasi pembuktian, dan tanpa memerlukan fork atau perubahan besar pada zkVM untuk mencapai optimasi kinerja. Selain itu, melalui pra-kompilasi yang ditentukan oleh aplikasi, biaya komputasi untuk menghasilkan bukti dapat dikurangi. Misalnya, setelah Automata mengintegrasikan pra-kompilasi RSA, siklus eksekusi berkurang dari 39 juta menjadi 217 ribu, dengan biaya yang berkurang sekitar 180 kali.
Dengan terus mengoptimalkan teknologi zkVM, potensi perkembangannya akan secara bertahap terwujud dalam berbagai skenario aplikasi, tetapi untuk lebih baik melepaskan potensi ini, masih bergantung pada kolaborasi ekosistem dan kinerja implementasi teknologi yang sebenarnya.
