Articolo di: LINDABELL
Durante la recente conferenza Devcon, Justin Drake, un membro chiave della Ethereum Foundation, ha presentato la proposta Beam Chain, con l'intenzione di aggiornare il layer di consenso di Ethereum utilizzando la tecnologia zkSNARK e zkVM, per migliorare la scalabilità, la sicurezza e l'efficienza della rete. Questa visione ha anche riportato l'attenzione sull'importanza di zkVM. Come macchina virtuale a conoscenza zero generica, zkVM può gestire calcoli complessi in modo più flessibile ed efficiente, liberandosi dalla dipendenza dalla logica dei contratti intelligenti tradizionali.
Sotto l'impulso di questa tendenza, progetti come RISC Zero, Succinct e Cysic sono visti come importanti attori nell'innovazione di questo campo. Tra questi, RISC Zero ha sviluppato una serie di strumenti open source come Zeth, Kailua e Bonsai, basati sulla zkVM RISC-V, migliorando non solo le prestazioni della verifica dei blocchi e dei Rollup, ma fornendo anche supporto tecnologico per l'upgrade ZK di Ethereum.
Matrice di prodotti ecologici RISC zkVM: dalla tecnologia di base alle applicazioni sceniche
RISC Zero è un'implementazione zkVM basata sull'architettura dell'insieme di istruzioni RISC-V; come piattaforma di calcolo a conoscenza zero generica, supporta vari linguaggi di programmazione mainstream, come Rust e C++, e può eseguire quasi qualsiasi compito computazionale. Rispetto ad altre piattaforme tecnologiche a conoscenza zero, i provatori e i verificatori di RISC Zero sono completamente open source, e gli sviluppatori possono generare e verificare le prove localmente. Inoltre, il verificatore di RISC Zero è compatibile con varie piattaforme, in grado di adattarsi a diverse ecologie blockchain, semplificando il processo di sviluppo delle applicazioni decentralizzate.
A giugno di quest'anno, RISC Zero ha rilasciato zkVM 1.0. zkVM 1.0 non solo supporta vari linguaggi e compiti computazionali complessi, ma utilizza anche la tecnologia delle continuazioni per suddividere il calcolo su larga scala in segmenti più piccoli, realizzando calcoli e verifiche parallele efficienti. Secondo la roadmap, RISC Zero prevede di raggiungere un miglioramento delle prestazioni e dei costi del 20 volte entro la fine del 2024; le ottimizzazioni includeranno il completo trasferimento del processo di prova su GPU (già completato all'80%), l'introduzione di nuovi 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, per migliorare le prestazioni delle operazioni crittografiche e dei compiti correlati a Ethereum.
Attorno alle capacità fondamentali di zkVM, RISC Zero ha anche sviluppato 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; con lo strumento Steel è possibile trasferire calcoli EVM complessi in un ambiente off-chain, mantenendo i risultati verificabili, riducendo i costi di esecuzione on-chain; mentre Blobstream Zero, tramite il ponte con il layer 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 di Ethereum è stato costruito correttamente
Zeth è un validatore di blocchi a zero conoscenza open source sviluppato da RISC Zero sulla base della sua tecnologia zkVM, che può verificare la validità dei blocchi di Ethereum tramite prove a conoscenza zero, senza fare affidamento su validatori tradizionali o comitati di sincronizzazione. RISC Zero definisce Zeth come Type-0 zkEVM, completamente compatibile con il protocollo Ethereum e, attraverso il riutilizzo del codice, migliora l'efficienza dello sviluppo.
Vitalik Buterin, co-fondatore di Ethereum, ha suddiviso gli zkEVM in quattro tipi nell'articolo 'Different types of zk-EVMs'; Tipo-1 punta a un'equivalenza completa e senza compromessi con Ethereum; Tipo-2 si impegna a essere completamente equivalente all'EVM, ma non completamente equivalente a Ethereum; Tipo-3 è praticamente equivalente all'EVM; Tipo-4 è completamente incompatibile con Ethereum.
Grazie all'alta performance della zkVM di RISC Zero, 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, grazie alla caratteristica di 'continuazioni', estendere il cluster di GPU, aumentando la velocità a 4,7 MHz fino a 6,3 MHz. Questa ottimizzazione delle prestazioni ha anche ridotto i costi di generazione delle prove. Secondo i test, il costo di generazione di una prova per un blocco contenente 182 transazioni è stato di soli 21,72 dollari, con un costo per transazione di circa 0,11 dollari.
Nel frattempo, nel processo di 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 funzionalità di prova di blocco e di applicarle a diversi scenari. Questo design offre maggiore flessibilità agli sviluppatori, consentendo loro di adattare la logica di costruzione dei blocchi secondo le 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 tradizionale di zk Rollup e zkEVM richiede un enorme investimento di tempo e denaro, scoraggiando i piccoli team. Zeth, grazie alla sua architettura zkVM modulare, consente agli sviluppatori di personalizzare facilmente la logica di verifica dei blocchi. Ad esempio:
zk Rollup: Zeth è in grado di completare rapidamente la prova del blocco, riducendo il ciclo di sviluppo del ZK Rollup e abbassando gli investimenti.
Client leggeri: consente di verificare la validità dei blocchi senza dover ricostruire i blocchi, riducendo i costi operativi.
Ponte cross-chain: Zeth può verificare la correttezza dei dati cross-chain senza rivelare informazioni sensibili on-chain tramite ZKP, riducendo la dipendenza da terzi e il rischio di attacchi cross-chain.
A maggio di quest'anno, Zeth è stato esteso con successo per supportare l'estrazione dei dati del blocco Optimism dalla mainnet di Ethereum e generare ZKP per verificare la correttezza del blocco, supportando anche la verifica on-chain. Ciò significa che, grazie a 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 applicazioni zkVM, consentendo agli sviluppatori di generare prove senza utilizzare il proprio hardware, risolvendo così il conflitto tra risorse computazionali limitate on-chain e costi elevati. Con Bonsai, gli sviluppatori devono solo definire l'applicazione zkVM da eseguire e i dati di input, e Bonsai può eseguire i calcoli in background e generare la corrispondente prova a conoscenza zero. Questo processo non richiede affatto che gli sviluppatori distribuiscano hardware aggiuntivo. Inoltre, Bonsai utilizza un ampio cluster di GPU, supportando l'elaborazione parallela di più compiti computazionali. Inoltre, Bonsai offre interfacce API e SDK semplici e facili da usare, consentendo agli sviluppatori di integrarlo 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 il proprio account Google. Ad esempio, quando Alice desidera trasferire fondi a Bob, può utilizzare Bonsai Pay per inserire l'email Google di Bob e l'importo del trasferimento. Bob può quindi accedere a Bonsai Pay, inserire il proprio indirizzo email e completare l'autenticazione dell'account Google. Bonsai Pay utilizza OAuth 2.0 per generare un token di autorizzazione, dimostrando che Bob è effettivamente il proprietario di quell'email. Successivamente, Bonsai Pay chiama 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 il contratto intelligente verifica la prova, sblocca i fondi e li trasferisce all'indirizzo del portafoglio di Bob.
Durante l'intero processo, Bonsai Pay ha verificato il fatto che 'l'account Google di Bob è associato all'indirizzo del portafoglio' tramite la tecnologia ZKP, evitando di rivelare qualsiasi informazione specifica dell'account Google.
Un'altra applicazione importante di Bonsai è il co-processore Bonsai ZK (ZK Co-processor). Trasferisce compiti di calcolo complessi da on-chain a off-chain attraverso la tecnologia delle prove a conoscenza zero, generando prove inalterabili per garantire la correttezza dei risultati. Inoltre, il deployment 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, eseguendo calcoli e verificando i risultati. Durante l'intero processo, il servizio di prova Bonsai si occupa di generare le prove a conoscenza zero dei calcoli off-chain, che possono essere verificate on-chain.
Il co-processore Bonsai ZK 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 i costi del gas on-chain. Bonsai DAO Governor ha ridotto il costo del gas per ogni voto di oltre il 50%, migliorando l'efficienza della governance e abbassando la soglia di partecipazione.
Boundless: livello di calcolo verificabile
Nell'architettura blockchain tradizionale, per garantire la validità delle transazioni, tutti i nodi devono rieseguire tutti i calcoli di ogni transazione. Questo modello di 'riesecuzione globale', sebbene possa garantire sicurezza e coerenza, comporta anche costi computazionali molto elevati. Per risolvere questo problema, RISC Zero ha lanciato Boundless, che consente a un singolo nodo di completare il calcolo e generare una prova a conoscenza zero verificabile, gli altri nodi devono solo verificare quella prova per 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 una prova complessiva, consentendo ai verificatori di controllare solo una prova totale, senza dover verificare una per una tutte le prove intermedie. Per ottimizzare ulteriormente l'efficienza di generazione delle prove a conoscenza zero, Boundless include 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 approfondire la tecnologia delle prove a conoscenza zero; possono semplicemente scrivere applicazioni utilizzando linguaggi di programmazione familiari (come Rust o Solidity). Attualmente, Boundless è accessibile gratuitamente agli sviluppatori. Gli sviluppatori possono utilizzare i servizi di prova forniti da Boundless per costruire e distribuire rapidamente applicazioni a conoscenza zero su qualsiasi blockchain, senza dover migrare sistemi esistenti o aggiornare i contratti di verifica.
Blobstream Zero: il ponte cross-chain zkVM per semplificare 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 connettere senza soluzione di continuità il layer di disponibilità dei dati di Celestia all'ecosistema blockchain modulare esistente. Condividendo e verificando i dati su Celestia, Blobstream Zero ha realizzato un trasferimento e una verifica dei dati più semplici tra blockchain.
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 può supportare i co-processori ZK. I co-processori ZK sono essenzialmente strumenti di calcolo off-chain, quindi necessitano di 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 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 di contratti intelligenti verificabili off-chain. Con Steel, gli sviluppatori possono trasferire le operazioni EVM da on-chain a off-chain, generando al contempo prove a conoscenza zero per garantire la veridicità e la verificabilità dei risultati computazionali.
I contratti intelligenti tradizionali devono eseguire tutta la logica on-chain, il che non solo comporta costi di gas elevati, ma limita anche lo sviluppo di applicazioni complesse. Il meccanismo di calcolo off-chain e verifica on-chain di Steel risolve questo problema. Ad esempio, in un semplice contratto intelligente, per determinare se il saldo ERC20 di un dato account è maggiore di 1 e incrementare la 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, richiedendo solo la verifica della prova on-chain senza dover rieseguire la logica del contratto.
Attualmente, RISC Zero ha rilasciato Steel 1.0, e ci sono già partner che hanno utilizzato questo strumento per sviluppare applicazioni. Ad esempio, in una chiamata a contratto che gestisce circa 400.000 operazioni SLOAD, il calcolo è stato trasferito a esecuzione off-chain tramite Steel, seguito dalla verifica delle prove a conoscenza zero generate on-chain. Il costo di generazione della prova è stato inferiore a 10 dollari, con un costo di verifica on-chain inferiore a 300.000 gas.
Kailua: un ibrido ZK che promuove l'innovazione nell'architettura Rollup
Dopo il rilascio di Zeth, RISC Zero ha lanciato Kailua, progettato per fornire una soluzione di aggiornamento per il Rollup ottimista. I Rollup ottimisti tradizionali richiedono tipicamente un periodo di sfida di 7 giorni, che porta a una finalità delle transazioni più lenta, mentre il ZK Rollup, sebbene possa raggiungere rapidamente la finalità, ha costi troppo elevati per la generazione continua delle prove a conoscenza zero. Kailua combina i vantaggi di entrambi, realizzando un equilibrio tra costi ed efficienza attraverso un'architettura ibrida. Come estensione del framework Optimism Kona, Kailua non solo supporta il Kona non modificato in zkVM, ma introduce anche un meccanismo innovativo di risoluzione delle controversie, abbassando i requisiti di staking e riducendo i ritardi nella 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. In primo luogo, il meccanismo di risoluzione delle controversie elimina i limiti di tempo, consentendo ai validatori di avere tempo sufficiente per generare prove in caso di interruzioni di rete o altre situazioni speciali, aumentando così la resilienza del sistema. Anche in situazioni estreme, l'architettura scalabile di RISC Zero zkVM può completare la prova in un'ora. Inoltre, la funzione di verifica su richiesta di Kailua consente agli sviluppatori di configurare flessibilmente la frequenza di verifica, facilitando una transizione graduale verso un modello di Rollup completamente verificato a costi inferiori.
A differenza del ZK Rollup, il design di Kailua non richiede la generazione continua di prove. Per i Rollup con blocchi vuoti a bassa frequenza o con requisiti contrattuali speciali, Kailua offre un'opzione più conveniente. Inoltre, Kailua riduce significativamente i requisiti di staking per i Rollup. Il volume di staking richiesto per i Rollup ottimisti tradizionali aumenta linearmente con periodi di finalità più lunghi, mentre il design ottimizzato di Kailua fissa i requisiti di staking, garantendo così che il sistema possa mantenere sicurezza e attività a costi inferiori anche in lunghi periodi.
Attualmente, Kailua è completamente open source. Gli sviluppatori possono utilizzare il suo strumento da riga di comando per distribuire una rete di test Optimism locale e aggiornare rapidamente per supportare la prova di errore ZK. Kailua supporta anche la simulazione di proposte di errore, aiutando gli sviluppatori a comprendere come i validatori possano sfidare stati errati tramite zkVM, approfondendo così la comprensione dei meccanismi di risoluzione delle controversie. In futuro, Kailua ottimizzerà ulteriormente costi e prestazioni e si espanderà per supportare più framework Rollup.
Riepilogo
Come si può vedere sopra, la matrice di prodotti zkVM di RISC Zero sta promuovendo lo sviluppo della tecnologia delle prove a conoscenza zero in vari campi. Zeth e Kailua si concentrano sull'ottimizzazione dell'architettura Rollup, migliorando l'efficienza della verifica dei blocchi e la velocità della 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. Blobstream Zero fornisce un supporto affidabile per l'ecosistema blockchain modulare attraverso una verifica efficiente dei dati cross-chain. Inoltre, Steel riduce i costi di gas per l'esecuzione dei contratti intelligenti attraverso il calcolo off-chain e la verifica on-chain.
Naturalmente, mentre continua a perfezionare la matrice di prodotti zkVM, RISC Zero sta anche spingendo l'innovazione nella tecnologia di base zkVM. Recentemente, RISC Zero zkVM ha rilasciato la versione 1.2, introducendo un nuovo modo di precompilazione che consente agli sviluppatori di distribuire la logica di precompilazione insieme all'applicazione, senza doverla incorporare nel zkVM stesso. Ciò significa che gli sviluppatori possono aggiungere nuova logica di precompilazione senza dover modificare il contratto di verifica on-chain o coordinare la configurazione dei provatori, e senza dover biforcarsi o apportare modifiche significative al zkVM per ottimizzare le prestazioni. Inoltre, definendo precompilazioni tramite le applicazioni, è possibile ridurre i costi computazionali nella generazione delle prove. Ad esempio, dopo l'integrazione della precompilazione RSA, Automata ha ridotto il ciclo di esecuzione da 39 milioni a 217.000, con una riduzione dei costi di circa 180 volte.
Con il continuo miglioramento della tecnologia zkVM, il suo potenziale di sviluppo verrà gradualmente rivelato in diversi scenari applicativi; tuttavia, per liberare meglio questo potenziale, sarà comunque necessario fare affidamento sulla collaborazione ecologica e sulle prestazioni pratiche della tecnologia.
