Fonte dell'articolo: ChainFeeds
Autore: LINDABELL
Durante la recente conferenza Devcon, Justin Drake, un membro chiave della Ethereum Foundation, ha presentato la proposta Beam Chain, pianificando di aggiornare il livello di consenso di Ethereum attraverso 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 generalizzata, zkVM può gestire calcoli complessi in modo più flessibile ed efficiente, liberandosi dalla dipendenza dalla logica contrattuale tradizionale.
Sotto la spinta di questa tendenza, progetti come RISC Zero, Succinct e Cysic sono visti come importanti attori nel promuovere l'innovazione in questo campo. RISC Zero ha sviluppato una serie di strumenti open source come Zeth, Kailua e Bonsai basati su zkVM, migliorando non solo le prestazioni della verifica dei blocchi e dei Rollup, ma fornendo anche supporto tecnologico per l'aggiornamento ZK di Ethereum.
Matrice di prodotti dell'ecosistema RISC zkVM: dalla tecnologia di base alle applicazioni scenari
RISC Zero è un'implementazione zkVM basata sull'architettura del set di istruzioni RISC-V. Come piattaforma di calcolo a conoscenza zero generica, supporta diversi linguaggi di programmazione mainstream, come Rust e C++, ed è in grado di eseguire quasi qualsiasi attività di calcolo. Rispetto ad altre piattaforme di tecnologia 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 verificatore di RISC Zero è compatibile con diverse piattaforme, semplificando il processo di sviluppo delle applicazioni decentralizzate.
Nel mese di giugno di quest'anno, RISC Zero ha rilasciato zkVM 1.0. zkVM 1.0 supporta non solo diversi linguaggi e compiti di calcolo complessi, ma utilizza anche la tecnologia delle Continuations per suddividere calcoli su larga scala in segmenti più piccoli, consentendo calcoli e verifiche paralleli efficienti. Secondo la roadmap, RISC Zero prevede di ottenere un miglioramento delle prestazioni e dei costi di 20 volte entro la fine del 2024, con ottimizzazioni che includono il trasferimento completo del processo di prova su GPU (completato all'80%), l'introduzione di un nuovo design di circuito 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, per migliorare le prestazioni delle operazioni crittografiche e delle attività correlate a Ethereum.
Attorno alle capacità chiave di zkVM, RISC Zero ha sviluppato una serie di strumenti e prodotti open source. Ad esempio, attraverso la rete Bonsai, il servizio di prova consente agli sviluppatori di generare prove a conoscenza zero senza hardware dedicato; lo strumento Steel consente di trasferire calcoli EVM complessi in un ambiente off-chain, mantenendo i risultati verificabili, riducendo i costi di esecuzione on-chain; mentre Blobstream Zero, collegando il livello di disponibilità dei dati di Celestia, offre ulteriori possibilità per la condivisione e la verifica dei dati nell'ecosistema blockchain modulare.
Zeth: prova che l'intero blocco Ethereum è stato costruito correttamente
Zeth è un proof-of-concept open source per Ethereum sviluppato da RISC Zero sulla base della sua tecnologia zkVM, in grado di verificare l'efficacia dei blocchi di Ethereum tramite prove a conoscenza zero, senza dover fare affidamento su validatori tradizionali o comitati di sincronizzazione. RISC Zero definisce Zeth come un zkEVM di Tipo-0, completamente compatibile con il protocollo di Ethereum e, grazie al riutilizzo del codice, migliora l'efficienza dello sviluppo.
Il co-fondatore di Ethereum, Vitalik Buterin, nell'articolo 'Different types of zk-EVMs', ha suddiviso gli zkEVM in quattro categorie, in cui il Tipo-1 cerca di essere completamente ed intransigentemente equivalente a Ethereum; il Tipo-2 si impegna ad essere completamente equivalente all'EVM, ma non completamente equivalente a Ethereum; il Tipo-3 è quasi equivalente all'EVM; il Tipo-4 è completamente incompatibile con Ethereum.
Grazie all'alta performance di RISC Zero zkVM, Zeth è in grado di completare la verifica dei blocchi 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 funzionalità di 'continuations', estende il cluster GPU, aumentando la velocità tra 4,7 MHz e 6,3 MHz. Questo miglioramento delle performance ha anche ridotto i costi di generazione delle prove. Secondo i test, per un blocco contenente 182 transazioni, il costo di generazione della prova è stato di soli 21,72 dollari, con un costo per transazione di circa 0,11 dollari.
Nel frattempo, 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 secondo 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 tradizionali zk Rollup e zkEVM richiede ingenti risorse di tempo e denaro, rendendo difficile l'accesso per i piccoli team. Zeth, basato sull'architettura zkVM modulare, consente agli sviluppatori di personalizzare facilmente la logica di verifica dei blocchi. Ad esempio:
zk Rollup: Zeth è in grado di generare rapidamente prove di blocco, riducendo il ciclo di sviluppo di zk Rollup e abbattendo i costi.
Client leggero: verifica la validità del blocco senza dover ricostruire il blocco, riducendo i costi operativi.
Ponte cross-chain: Zeth può verificare la correttezza dei dati cross-chain tramite ZKP senza rivelare informazioni sensibili sulla blockchain, riducendo la dipendenza dalla fiducia nei terzi e diminuendo il rischio di attacchi cross-chain.
Nel maggio di quest'anno, Zeth ha successivamente ampliato il supporto per l'estrazione dei dati dei blocchi di Optimism dalla rete principale di Ethereum, generando ZKP per verificare la correttezza dei blocchi e supportando la verifica on-chain. In altre parole, con Zeth, Optimism può verificare le transazioni in modo più efficiente, risolvendo le controversie sulle transazioni.
Bonsai: consente agli sviluppatori di generare prove senza utilizzare l'hardware locale
Bonsai è un servizio di prova remota progettato specificamente per le applicazioni zkVM, che consente agli sviluppatori di generare prove senza utilizzare l'hardware locale, risolvendo così il conflitto tra risorse di calcolo limitate on-chain e costi elevati. Attraverso Bonsai, gli sviluppatori devono solo definire l'applicazione zkVM da eseguire e i dati di input, mentre Bonsai esegue i calcoli in background e genera le relative prove a conoscenza zero. Questo processo non richiede affatto l'implementazione di dispositivi hardware aggiuntivi da parte degli sviluppatori. Inoltre, Bonsai utilizza un ampio cluster di GPU, supportando l'elaborazione parallela di più compiti di calcolo. Inoltre, Bonsai offre API e interfacce SDK semplici e facili da usare, consentendo agli sviluppatori di integrarle facilmente nei sistemi esistenti, riducendo ulteriormente la difficoltà di sviluppo.
Basato 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 l'account Google. Ad esempio, quando Alice desidera trasferire fondi a Bob, può inserire l'email Google di Bob e l'importo del trasferimento tramite Bonsai Pay. Bob può quindi accedere a Bonsai Pay, inserire l'indirizzo email e completare l'autenticazione dell'account Google. 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 Bonsai, generando una prova a conoscenza zero che dimostra che l'account Google di Bob è associato all'indirizzo del portafoglio. Dopo che lo smart contract ha verificato la prova, sbloccherà i fondi e li trasferirà all'indirizzo del portafoglio di Bob.
Durante l'intero processo, Bonsai Pay ha verificato tramite tecnologia ZKP il fatto che 'l'account Google di Bob è associato all'indirizzo del portafoglio', evitando di rivelare qualsiasi informazione specifica dell'account Google.
Un'altra importante applicazione di Bonsai è il co-processore ZK Bonsai (ZK Co-processor). Attraverso la tecnologia delle prove a conoscenza zero, sposta compiti di calcolo complessi dall'on-chain all'off-chain e genera prove inalterabili per garantire la correttezza dei risultati. Inoltre, la distribuzione del co-processore Bonsai è semplice; gli sviluppatori devono solo scrivere un'applicazione zkVM per gestire la logica e chiamare Bonsai tramite un contratto Solidity semplice per eseguire calcoli e verificare i risultati. Durante tutto il processo, il servizio di prova Bonsai è responsabile della generazione delle prove a conoscenza zero per i calcoli off-chain, che possono essere verificate on-chain.
Il co-processore ZK Bonsai è adatto per applicazioni on-chain che richiedono elevate prestazioni e costi contenuti. Ad esempio, nella governance DAO, può trasferire calcoli di voto complessi all'off-chain, riducendo significativamente i costi di Gas on-chain. Il Bonsai DAO Governor ha ridotto il costo di Gas per voto di oltre il 50%, migliorando l'efficienza della governance e abbattendo le barriere all'ingresso.
Boundless: livello di calcolo verificabile
Nell'architettura delle blockchain tradizionali, per garantire la validità delle transazioni, tutti i nodi devono rieseguire tutti i calcoli di ogni transazione. Questo modello di 'ri-esecuzione globale', sebbene garantisca sicurezza e coerenza, comporta anche costi di calcolo estremamente elevati. Per risolvere questo problema, RISC Zero ha lanciato Boundless, consentendo a un singolo nodo di completare il calcolo e generare una prova a conoscenza zero verificabile, consentendo agli altri nodi di confermare il risultato senza dover rieseguire il calcolo.
Boundless semplifica il processo di verifica attraverso la tecnologia 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 tutte le prove di fase singolarmente. Per ottimizzare ulteriormente l'efficienza della generazione delle prove a conoscenza zero, Boundless integra 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 utilizzano Boundless non devono avere una profonda conoscenza della tecnologia a conoscenza zero; possono semplicemente scrivere applicazioni utilizzando linguaggi di programmazione familiari (come Rust o Solidity). Attualmente, Boundless è aperto agli sviluppatori per l'accesso gratuito. Gli sviluppatori non devono migrare i sistemi esistenti o aggiornare i contratti di verifica per utilizzare i servizi di prova forniti da Boundless, possono costruire e implementare rapidamente applicazioni a conoscenza zero su qualsiasi blockchain.
Blobstream Zero: un ponte cross-chain zkVM che semplifica la verifica dei dati cross-chain
Blobstream Zero è un ponte cross-chain basato su zkVM lanciato da RISC Zero in collaborazione con Celestia, progettato per collegare senza soluzione di continuità il livello di disponibilità dei dati di Celestia all'ecosistema blockchain modulare esistente. Condividendo e verificando i dati su Celestia, Blobstream Zero consente un trasferimento e una verifica dei dati più agevoli tra le blockchain.
Come prodotto pubblico completamente open source, Blobstream Zero consente a qualsiasi progetto o sviluppatore di eseguire un'istanza locale e generare prove a conoscenza zero. Inoltre, Blobstream Zero può anche fornire supporto ai co-processori ZK. I co-processori ZK sono essenzialmente uno strumento di calcolo off-chain, quindi richiedono dati affidabili per eseguire i calcoli. Blobstream Zero può ottenere dati da blockchain come Celestia e può dimostrare che i dati trasmessi sono affidabili generando prove ZK.
Steel: un nuovo paradigma di smart contract per l'esecuzione off-chain e la verifica on-chain
Steel è uno strumento open source lanciato da RISC Zero, che utilizza la tecnologia zkVM per eseguire smart contract verificabili off-chain. Attraverso Steel, gli sviluppatori possono spostare le operazioni EVM dall'esecuzione on-chain a quella off-chain, generando nel contempo prove a conoscenza zero per garantire la veridicità e la verificabilità dei risultati del calcolo.
Gli smart contract tradizionali devono eseguire completamente tutta la logica on-chain, il che comporta costi di Gas elevati e limita lo sviluppo di applicazioni complesse. Tuttavia, il meccanismo di calcolo off-chain e verifica on-chain di Steel risolve questo problema. Ad esempio, in un semplice smart contract, si verifica se il saldo ERC20 di un determinato conto è maggiore di 1 e si incrementa una variabile contatore. I metodi tradizionali richiedono l'esecuzione completa della logica on-chain, mentre Steel completa il calcolo off-chain e genera una prova a conoscenza zero, richiedendo solo la verifica della prova on-chain, senza dover rieseguire la logica contrattuale.
Attualmente, RISC Zero ha rilasciato Steel 1.0 e diversi partner hanno già utilizzato questo strumento per sviluppare applicazioni. Ad esempio, in una chiamata di contratto che gestisce circa 400.000 operazioni SLOAD, tramite Steel si è trasferito il calcolo all'esecuzione off-chain, successivamente verificando la prova a conoscenza zero generata 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: una soluzione ibrida di zk per promuovere l'innovazione dell'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 generalmente un periodo di sfida di 7 giorni, il che porta a una finalità delle transazioni più lenta, mentre gli zk Rollup, sebbene possano raggiungere rapidamente la finalità, hanno costi di generazione di prove a conoscenza zero troppo elevati. Kailua combina i vantaggi di entrambi, raggiungendo un equilibrio tra costi ed efficienza tramite un'architettura ibrida. Come estensione del framework Optimism Kona, Kailua non solo supporta il funzionamento di Kona non modificato su zkVM, ma introduce anche un meccanismo innovativo di risoluzione delle controversie, riducendo i requisiti di staking e diminuendo i ritardi di finalità, migliorando così l'efficienza e l'usabilità del sistema.
Nell'architettura di Kailua, il meccanismo di risoluzione delle controversie adotta un design completamente nuovo. Prima di tutto, il suo meccanismo di risoluzione delle controversie elimina il limite di tempo, consentendo ai validatori di avere tempo sufficiente per generare prove in caso di interruzioni di rete o altre situazioni speciali, aumentando la resilienza del sistema. Anche in situazioni estreme, l'architettura espandibile di RISC Zero zkVM può completare la prova in un'ora. Inoltre, la funzionalità di verifica su richiesta di Kailua consente agli sviluppatori di configurare flessibilmente la frequenza di verifica, permettendo una transizione graduale a un modello di Rollup completamente verificato a costi inferiori.
A differenza dello ZK Rollup, il design di Kailua non richiede la generazione continua di prove. Per i Rollup a bassa frequenza di blocchi vuoti o con esigenze contrattuali speciali, Kailua offre un'opzione più conveniente. Inoltre, Kailua ha notevolmente ridotto i requisiti di staking per i Rollup. Il quantitativo di staking richiesto per i tradizionali Rollup ottimisti aumenta linearmente con periodi di finalità più lunghi, mentre il design ottimizzato di Kailua fissa i requisiti di staking, consentendo al sistema di mantenere sicurezza e vitalità a costi inferiori 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 locale di Optimism e aggiornarsi rapidamente a una rete che supporta le prove di errore ZK. Kailua supporta anche la simulazione delle proposte di errore, aiutando gli sviluppatori a comprendere come i validatori possono sfidare stati errati tramite zkVM, approfondendo così la comprensione del meccanismo di risoluzione delle controversie. In futuro, Kailua ottimizzerà ulteriormente i costi e le prestazioni e si espanderà per supportare più framework Rollup.
Riassunto
Come si può vedere dal precedente, la matrice di prodotti zkVM di RISC Zero sta spingendo 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 fornisce servizi di prova remota, riducendo la dipendenza dall'hardware e i costi operativi, consentendo agli sviluppatori di costruire applicazioni in modo più efficiente. Inoltre, Blobstream Zero fornisce un supporto affidabile all'ecosistema dei blockchain modulari tramite la verifica efficiente dei dati cross-chain. Inoltre, Steel riduce i costi di Gas per l'esecuzione degli smart contract attraverso il calcolo off-chain e la verifica on-chain.
Naturalmente, mentre RISC Zero perfeziona continuamente la matrice di prodotti zkVM, continua a promuovere l'innovazione tecnologica di base di 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 all'applicazione, senza la necessità di integrarla all'interno di zkVM stesso. Ciò significa che gli sviluppatori possono aggiungere nuova logica di precompilazione senza modificare i contratti di verifica on-chain o coordinare la configurazione dei validatori, né è necessario forchettare o apportare modifiche sostanziali a zkVM per ottenere ottimizzazioni delle prestazioni. Inoltre, definendo precompilazioni applicative, è possibile ridurre i costi di calcolo per la generazione delle prove. Ad esempio, dopo che Automata ha integrato la precompilazione RSA, il ciclo di esecuzione è stato ridotto da 39 milioni a 217.000, con una riduzione dei costi di circa 180 volte.
Con l'ottimizzazione continua della tecnologia zkVM, il suo potenziale di sviluppo verrà gradualmente realizzato in diversi scenari applicativi, ma per liberare meglio questo potenziale, è ancora necessario fare affidamento sulla collaborazione ecologica e sulle performance tecniche reali.
