Autore: LINDABELL
Durante la recente conferenza Devcon, Justin Drake, membro chiave della Ethereum Foundation, ha presentato la proposta Beam Chain, che prevede di aggiornare il livello di consenso di Ethereum utilizzando le tecnologie zkSNARK e zkVM per migliorare la scalabilità, la sicurezza e l'efficienza della rete. Questa visione ha nuovamente attirato l'attenzione sull'importanza di zkVM. Come macchina virtuale a conoscenza zero generica, zkVM è in grado di gestire calcoli complessi in modo più flessibile ed efficiente, liberandosi dalla dipendenza dalla logica dei contratti intelligenti tradizionali.
Sotto la spinta di questa tendenza, progetti come RISC Zero, Succinct e Cysic sono visti come partecipanti chiave nell'innovazione di questo settore. Tra questi, RISC Zero, grazie alla sua zkVM basata sull'architettura RISC-V, ha sviluppato una serie di strumenti open source come Zeth, Kailua e Bonsai, che non solo migliorano le prestazioni di verifica dei blocchi e dei Rollup, ma forniscono anche supporto tecnologico per l'aggiornamento ZK di Ethereum.
Matrice di prodotti dell'ecosistema RISC zkVM: dalla tecnologia core alle applicazioni sceniche
RISC Zero è un'implementazione di zkVM basata sull'architettura dell'insieme di istruzioni RISC-V, fungendo da piattaforma di calcolo a conoscenza zero generica che supporta vari linguaggi di programmazione mainstream, come Rust e C++, e può eseguire quasi qualsiasi compito di calcolo. Rispetto ad altre piattaforme tecnologiche a conoscenza zero, i validatori e i verificatori di RISC Zero sono completamente open source, consentendo agli sviluppatori di generare e verificare prove localmente. Inoltre, il validatore di RISC Zero è compatibile con vari piattaforme, adattandosi a diversi ecosistemi blockchain e semplificando il processo di sviluppo delle applicazioni decentralizzate.
Nel giugno di quest'anno, RISC Zero ha lanciato zkVM 1.0. zkVM 1.0 non solo supporta diversi linguaggi e compiti di calcolo complessi, ma utilizza anche la tecnologia delle continuations per suddividere calcoli di grandi dimensioni in segmenti più piccoli, realizzando calcoli e verifiche parallele efficienti. Secondo la roadmap, RISC Zero prevede di migliorare le prestazioni e i costi di zkVM di venti volte entro la fine del 2024, con contenuti ottimizzati che includono il completo trasferimento del processo di prova sulle GPU (già completato all'80%), l'introduzione di nuovi design di circuiti RISC-V v2 e ottimizzazioni specifiche per circuiti ricorsivi. Inoltre, RISC Zero sta integrando una serie di moduli di accelerazione per algoritmi come RSA, Keccak, ECDSA, al fine di migliorare le prestazioni in compiti relativi a Ethereum e operazioni crittografiche.
Attorno alle capacità fondamentali di zkVM, RISC Zero ha sviluppato anche una serie di strumenti e prodotti open source. Ad esempio, attraverso la rete Bonsai, i servizi di prova consentono agli sviluppatori di generare prove a conoscenza zero senza hardware dedicato; mediante lo strumento Steel è possibile trasferire calcoli EVM complessi a un ambiente off-chain, mantenendo i risultati verificabili e riducendo i costi di esecuzione on-chain; e Blobstream Zero, collegando il livello di disponibilità dei dati di Celestia, offre maggiori possibilità per la condivisione e la verifica dei dati nell'ecosistema blockchain modulare.
Zeth: prova che l'intero blocco di Ethereum è stato costruito correttamente
Zeth è un validatore di blocchi a conoscenza zero open source sviluppato da RISC Zero sulla base della sua tecnologia zkVM, in grado di verificare la validità dei blocchi di Ethereum tramite prove a conoscenza zero, senza dipendere da validatori tradizionali o comitati di sincronizzazione. RISC Zero definisce Zeth come zkEVM di Tipo-0, completamente compatibile con il protocollo Ethereum e, attraverso il riutilizzo del codice, migliora l'efficienza dello sviluppo.
Il co-fondatore di Ethereum, Vitalik Buterin, ha suddiviso gli zkEVM in quattro categorie nell'articolo 'Different types of zk-EVMs', in cui la Type-1 mira a essere completamente e senza compromessi equivalente a Ethereum; la Type-2 si impegna a essere completamente equivalente all'EVM, ma non completamente equivalente a Ethereum; la Type-3 è praticamente equivalente all'EVM; e la Type-4 è completamente incompatibile con Ethereum.
Grazie all'elevata performance di RISC Zero zkVM, Zeth è in grado di completare la verifica dei blocchi di Ethereum in pochi minuti. I dati dei test mostrano che Zeth può generare prove di blocco a una velocità di 1.1 MHz, e attraverso la caratteristica di «continuations» estende i cluster GPU, aumentando la velocità a un intervallo di 4.7 MHz a 6.3 MHz. Questa ottimizzazione delle prestazioni ha anche ridotto i costi di generazione delle prove. Secondo i test, un blocco contenente 182 transazioni ha avuto un costo di generazione della prova di soli 21.72 dollari, con un costo per transazione di circa 0.11 dollari.
Inoltre, durante lo sviluppo di Zeth, il team di RISC Zero ha sfruttato appieno i componenti dell'ecosistema Rust, come revm, ethers e alloy, consentendo agli sviluppatori di implementare rapidamente la funzionalità di prova dei blocchi e applicarla a diversi scenari. Questo design offre maggiore flessibilità agli sviluppatori, consentendo loro di adattare la logica di costruzione dei blocchi in base alle necessità e di adattarsi alle future proposte di miglioramento di Ethereum.
A livello applicativo, Zeth fornisce soluzioni efficienti per zk Rollup, client leggeri e ponti cross-chain. La costruzione di zk Rollup tradizionale e zkEVM richiede ingenti quantità di tempo e fondi, rendendo difficile per i piccoli team. Tuttavia, Zeth, basato su un'architettura zkVM modulare, consente agli sviluppatori di personalizzare facilmente la logica di verifica dei blocchi. Ad esempio:
zk Rollup: Zeth è in grado di realizzare rapidamente la prova dei blocchi, riducendo il ciclo di sviluppo del ZK Rollup e abbassando gli investimenti finanziari.
Client leggeri: verifica la validità dei blocchi senza ricostruirli, riducendo i costi operativi.
Ponte cross-chain: Zeth può verificare la correttezza dei dati cross-chain senza rivelare informazioni sensibili sulla chain, riducendo la dipendenza dalla fiducia nei terzi e abbassando il rischio di attacchi cross-chain.
Nel maggio di quest'anno, Zeth ha ampliato con successo il supporto per l'estrazione dei dati dei blocchi di Optimism dalla rete principale di Ethereum e per la generazione di prove ZKP per la correttezza dei blocchi, supportando anche la verifica on-chain. In altre parole, con Zeth, Optimism può verificare le transazioni in modo più efficiente e risolvere le controversie sulle transazioni.
Bonsai: consente agli sviluppatori di generare prove senza utilizzare il proprio hardware
Bonsai è un servizio di prova remota progettato specificamente per le applicazioni zkVM, che consente agli sviluppatori di generare prove senza utilizzare il proprio hardware, risolvendo così il conflitto tra risorse di calcolo limitate e costi elevati on-chain. Attraverso Bonsai, gli sviluppatori devono solo definire l'applicazione zkVM da eseguire e i dati di input; Bonsai può quindi eseguire calcoli in background e generare le prove a conoscenza zero corrispondenti. Questo processo non richiede affatto che gli sviluppatori distribuiscano ulteriori dispositivi hardware. Inoltre, Bonsai sfrutta un gran numero di cluster GPU per supportare l'elaborazione parallela di più compiti di calcolo. Infine, Bonsai offre API e interfacce SDK semplici e facili da usare, consentendo agli sviluppatori di integrare facilmente il servizio nei loro sistemi esistenti, riducendo ulteriormente la difficoltà di sviluppo.
Basandosi su questo servizio di prova remota, RISC Zero ha lanciato lo strumento open source Bonsai Pay, che combina l'autenticazione OAuth2.0 e la tecnologia ZKP, consentendo agli utenti di inviare o ricevere token sulla rete Ethereum tramite il loro Google account. Ad esempio, quando Alice desidera trasferire fondi a Bob, può utilizzare Bonsai Pay per inserire l'email di Google di Bob e l'importo da trasferire. Bob può poi accedere a Bonsai Pay, inserire l'indirizzo email e completare la verifica dell'identità del Google account. Bonsai Pay utilizzerà OAuth 2.0 per generare un token di autorizzazione, dimostrando che Bob è effettivamente il proprietario di quell'email. Successivamente, Bonsai Pay richiama il servizio di prova di Bonsai per generare una prova a conoscenza zero, dimostrando che il Google account di Bob è collegato all'indirizzo del wallet. Dopo che il contratto intelligente verifica la prova, i fondi vengono sbloccati e trasferiti all'indirizzo wallet di Bob.
In tutto questo processo, Bonsai Pay verifica attraverso la tecnologia ZKP il fatto che 'il Google account di Bob è collegato all'indirizzo del wallet', evitando di rivelare alcuna informazione specifica sul Google account.
Un'altra importante applicazione di Bonsai è il co-processore ZK di Bonsai (ZK Co-processor). Utilizza la tecnologia delle prove a conoscenza zero per spostare compiti di calcolo complessi da on-chain a off-chain, generando prove inalterabili per garantire la correttezza dei risultati. Inoltre, la distribuzione del co-processore Bonsai è molto semplice; gli sviluppatori devono solo scrivere un'applicazione zkVM per gestire la logica e chiamare Bonsai tramite un semplice contratto Solidity per eseguire i calcoli e verificare i risultati. In tutto questo processo, il servizio di prova di Bonsai si occupa di generare prove a conoscenza zero per i calcoli off-chain, che possono essere verificate on-chain.
Il co-processore ZK di Bonsai è adatto per applicazioni on-chain che richiedono alte prestazioni e costi contenuti. Ad esempio, nella governance DAO, può spostare calcoli di voto complessi off-chain, riducendo significativamente le spese di gas on-chain. Il governatore DAO di Bonsai riduce il costo di gas per voto di oltre il 50%, migliorando efficacemente l'efficienza della governance e abbassando la soglia di partecipazione.
Boundless: livello di calcolo verificabile
Nell'architettura tradizionale delle blockchain, per garantire la validità delle transazioni, tutti i nodi devono rieseguire tutti i calcoli di ogni transazione. Questo modello di «riesecuzione globale» può garantire sicurezza e coerenza, ma comporta anche costi di calcolo estremamente elevati. Per risolvere questo problema, RISC Zero ha lanciato Boundless, che consente a un singolo nodo di generare una prova a conoscenza zero verificabile dopo aver completato il calcolo, e gli altri nodi devono solo verificare tale prova per confermare il risultato, senza dover rieseguire il calcolo.
Boundless semplifica il processo di verifica attraverso tecniche di combinazione ricorsiva. Combina più piccole prove a conoscenza zero in un'unica prova complessiva, consentendo ai verificatori di controllare solo una prova totale, senza dover verificare singolarmente tutte le prove di ogni fase. Per ottimizzare ulteriormente l'efficienza di generazione delle prove a conoscenza zero, Boundless è dotato di circuiti di accelerazione crittografica dedicati, ottimizzando l'efficienza di compiti comuni come il calcolo degli hash e la verifica delle firme digitali.
Inoltre, gli sviluppatori che usano Boundless non devono approfondire la tecnologia a conoscenza zero, ma possono semplicemente scrivere applicazioni utilizzando linguaggi di programmazione familiari (come Rust o Solidity). Attualmente, Boundless è accessibile gratuitamente agli sviluppatori. Non è necessaria la migrazione di sistemi esistenti o l'aggiornamento dei contratti di verifica; gli sviluppatori possono utilizzare i servizi di proving offerti da Boundless per costruire e distribuire rapidamente applicazioni a conoscenza zero su qualsiasi blockchain.
Blobstream Zero: il ponte cross-chain di zkVM che semplifica la verifica dei dati cross-chain
Blobstream Zero è un ponte cross-chain basato su zkVM lanciato in collaborazione tra RISC Zero e Celestia, progettato per collegare senza soluzione di continuità il livello di disponibilità dei dati di Celestia all'ecosistema blockchain modulare esistente. Con la condivisione e la verifica dei dati su Celestia, Blobstream Zero realizza un trasferimento e una verifica dei dati più convenienti tra le chain.
Come prodotto pubblico completamente open source, Blobstream Zero consente a qualsiasi progetto o sviluppatore di eseguire istanze locali e generare prove a conoscenza zero. Inoltre, Blobstream Zero è in grado di fornire supporto per i co-processori ZK. I co-processori ZK sono essenzialmente strumenti di calcolo off-chain, quindi hanno bisogno di dati affidabili per eseguire i calcoli. Blobstream Zero può ottenere dati da blockchain come Celestia e generare prove ZK per dimostrare che i dati trasmessi sono affidabili.
Steel: nuova paradigma per i contratti intelligenti con esecuzione off-chain e verifica on-chain
Steel è uno strumento open source lanciato da RISC Zero, che utilizza la tecnologia zkVM per realizzare l'esecuzione verificabile dei contratti intelligenti off-chain. Attraverso Steel, gli sviluppatori possono spostare le operazioni EVM dall'esecuzione on-chain a off-chain, generando al contempo prove a conoscenza zero, garantendo la veridicità e la verificabilità dei risultati del calcolo.
I contratti intelligenti tradizionali devono eseguire completamente tutta la logica on-chain, il che non solo comporta costi di gas elevati, ma limita anche lo sviluppo di applicazioni complesse. La meccanica di calcolo off-chain e verifica on-chain di Steel risolve questo problema. Ad esempio, in un semplice contratto intelligente, per verificare se il saldo ERC20 di un certo account è maggiore di 1 e incrementare una variabile contatore. Il metodo tradizionale richiederebbe di eseguire completamente la logica on-chain, mentre Steel completa il calcolo off-chain e genera una prova a conoscenza zero, la quale deve solo essere verificata on-chain, senza dover rieseguire la logica del contratto.
Attualmente, RISC Zero ha rilasciato Steel 1.0, e alcuni partner sono già riusciti a utilizzare questo strumento per sviluppare applicazioni. Ad esempio, in una chiamata di contratto che gestisce circa 400.000 operazioni SLOAD, attraverso Steel sono stati trasferiti i calcoli a un'esecuzione off-chain, seguiti dalla verifica delle prove a conoscenza zero generate on-chain. Il costo di generazione della prova è stato inferiore a 10 dollari, mentre il costo di verifica on-chain è stato inferiore a 300.000 gas.
Kailua: soluzione ibrida ZK che promuove l'innovazione nell'architettura Rollup
Dopo il lancio di Zeth, RISC Zero ha introdotto Kailua, progettato per fornire una soluzione di aggiornamento ibrido ZK Rollup per Rollup ottimisti. I tradizionali Rollup ottimisti richiedono solitamente un periodo di contestazione di 7 giorni, il che porta a una lentezza nel finalizzare le transazioni, mentre i ZK Rollup possono realizzare rapidamente la finalizzazione, ma i costi per generare prove a conoscenza zero sono troppo elevati. Kailua combina i vantaggi di entrambi, realizzando un equilibrio tra costo ed efficienza attraverso un'architettura ibrida. Come estensione del framework Optimism Kona, Kailua non supporta solo Kona non modificato in zkVM, ma introduce anche un meccanismo innovativo di risoluzione delle controversie, riducendo i requisiti di staking e diminuendo il ritardo nella finalizzazione, migliorando così l'efficienza e l'usabilità del sistema.
Nell'architettura di Kailua, il meccanismo di controversia adotta un design completamente nuovo. Innanzitutto, il suo meccanismo di risoluzione delle controversie elimina i limiti di tempo, consentendo ai verificatori di avere tempo sufficiente per generare prove in caso di interruzioni della rete o altre situazioni speciali, migliorando così la resilienza del sistema. Anche in situazioni estreme, l'architettura scalabile di RISC Zero zkVM può completare le prove in un'ora. Inoltre, la funzione di verifica on-demand di Kailua consente agli sviluppatori di configurare in modo flessibile la frequenza di verifica, passando gradualmente a un modello Rollup completamente verificato a un costo inferiore.
A differenza dei ZK Rollup, il design di Kailua non richiede la generazione continua di prove. Per blocchi vuoti a bassa frequenza o Rollup con esigenze di contratto speciali, Kailua offre un'opzione più economica. Inoltre, Kailua ha significativamente ridotto i requisiti di staking per i Rollup. Gli importi di staking per i Rollup ottimisti tradizionali aumentano linearmente con periodi di finalizzazione più lunghi, mentre il design ottimizzato di Kailua fissa i requisiti di staking, consentendo al sistema di mantenere sicurezza e attivazione a costi più bassi anche in periodi lunghi.
Attualmente, Kailua è completamente open source. Gli sviluppatori possono utilizzare il suo strumento da riga di comando per distribuire una rete di test di Optimism localmente e aggiornare rapidamente il supporto per una rete con prove di errore ZK. Kailua supporta anche la simulazione di proposte di errore, aiutando gli sviluppatori a comprendere come i verificatori possano sfidare stati errati attraverso zkVM, approfondendo così la comprensione del meccanismo di risoluzione delle controversie. In futuro, Kailua continuerà a ottimizzare costi e prestazioni e ad espandersi per supportare più framework Rollup.
Riepilogo
Dall'analisi precedente, si può notare che la matrice di prodotti zkVM di RISC Zero sta promuovendo lo sviluppo della tecnologia delle prove a conoscenza zero in diversi settori. Zeth e Kailua si concentrano sull'ottimizzazione dell'architettura Rollup, migliorando l'efficienza della verifica dei blocchi e la velocità di risoluzione delle controversie. Bonsai offre servizi di prova remota, riducendo la dipendenza dall'hardware e i costi operativi, consentendo agli sviluppatori di costruire applicazioni in modo più efficiente. Blobstream Zero, attraverso la verifica efficiente dei dati cross-chain, fornisce un supporto affidabile all'ecosistema blockchain modulare. Inoltre, Steel riduce i costi di gas per l'esecuzione dei contratti intelligenti attraverso un modello di calcolo off-chain e verifica on-chain.
Naturalmente, mentre continua a perfezionare la matrice di prodotti zkVM, RISC Zero sta anche spingendo continuamente per l'innovazione della tecnologia sottostante zkVM. Recentemente, RISC Zero zkVM ha rilasciato la versione 1.2, introducendo un nuovo metodo di precompilazione che consente agli sviluppatori di distribuire la logica di precompilazione insieme alle applicazioni, senza doverla incorporare direttamente in zkVM stesso. Ciò significa che gli sviluppatori possono aggiungere nuova logica di precompilazione senza dover modificare i contratti di verifica on-chain o coordinare la configurazione dei validatori, né dover forkare o apportare modifiche significative a zkVM per ottenere ottimizzazioni delle prestazioni. Inoltre, tramite la definizione delle precompilazioni applicative, è possibile ridurre i costi di calcolo per la generazione delle prove. Ad esempio, l'integrazione di RSA precompilato in Automata ha ridotto il ciclo di esecuzione da 39 milioni a 217 mila, abbattendo i costi di circa 180 volte.
Con il continuo miglioramento della tecnologia zkVM, il suo potenziale di sviluppo si manifesterà progressivamente in diversi scenari applicativi; tuttavia, per liberare meglio questo potenziale, è ancora necessario fare affidamento sulla cooperazione ecologica e sul rendimento delle tecnologie implementate.
