Texto de: LINDABELL
Na recente conferência Devcon, Justin Drake, membro central da fundação Ethereum, apresentou a proposta Beam Chain, planejando atualizar a camada de consenso do Ethereum com tecnologias zkSNARK e zkVM para melhorar a escalabilidade, segurança e eficiência da rede. Essa visão também trouxe novamente a atenção para a importância do zkVM. Como uma máquina virtual de conhecimento zero universal, o zkVM pode lidar com cálculos complexos de maneira mais flexível e eficiente, ao mesmo tempo que se desvincula da dependência da lógica tradicional de contratos inteligentes.
Impulsionados por essa tendência, projetos como RISC Zero, Succinct e Cysic são vistos como participantes importantes na promoção da inovação neste campo. A RISC Zero, com seu zkVM baseado na arquitetura RISC-V, desenvolveu uma série de ferramentas de código aberto como Zeth, Kailua e Bonsai, que não apenas melhoram o desempenho da verificação de blocos e Rollup, mas também fornecem suporte técnico para a atualização ZK do Ethereum.
Matriz de produtos ecossistêmicos RISC zkVM: da tecnologia central às aplicações de cenário
A RISC Zero é uma implementação de zkVM baseada na arquitetura do conjunto de instruções RISC-V. Como uma plataforma de computação de conhecimento zero universal, suporta várias linguagens de programação populares, como Rust e C++, podendo executar praticamente qualquer tarefa de computação. Em comparação com outras plataformas de tecnologia de conhecimento zero, os provadores e validadores da RISC Zero são totalmente de código aberto, permitindo que os desenvolvedores gerem e verifiquem provas localmente. Além disso, o validador da RISC Zero é compatível com várias plataformas, adaptando-se a diferentes ecossistemas de blockchain e simplificando o processo de desenvolvimento de aplicativos descentralizados.
Em junho deste ano, a RISC Zero lançou o zkVM 1.0. O zkVM 1.0 não apenas suporta várias linguagens e tarefas de computação complexas, mas também utiliza a tecnologia de continuações para dividir cálculos em larga escala em múltiplas pequenas partes, permitindo cálculos e verificações paralelas eficientes. De acordo com o roadmap, a RISC Zero planeja alcançar um aumento de 20 vezes no desempenho e custo do zkVM até o final de 2024, com otimizações incluindo a migração total do processo de prova para GPU (já concluído em 80%), a introdução de um novo design de circuito RISC-V v2, e otimizações específicas para circuitos recursivos. Ao mesmo tempo, a RISC Zero está integrando uma série de módulos de aceleração para algoritmos como RSA, Keccak e ECDSA, com o objetivo de melhorar o desempenho em tarefas relacionadas ao Ethereum e operações criptográficas.
Em torno das capacidades centrais do zkVM, a RISC Zero também desenvolveu uma série de ferramentas e produtos de código aberto. Por exemplo, através da rede Bonsai, os desenvolvedores podem gerar provas de conhecimento zero sem a necessidade de hardware dedicado; através da ferramenta Steel, é possível transferir cálculos complexos de EVM para serem executados em um ambiente off-chain, mantendo os resultados verificáveis e reduzindo os custos de execução on-chain; enquanto o Blobstream Zero, ao conectar-se à camada de disponibilidade de dados da Celestia, oferece mais possibilidades para compartilhamento e verificação de dados no ecossistema modular de blockchain.
Zeth: prova de que todo bloco Ethereum foi construído corretamente
O Zeth é um provador de blocos de conhecimento zero para Ethereum, desenvolvido pela RISC Zero com base em sua tecnologia zkVM, que pode verificar a validade dos blocos Ethereum através de provas de conhecimento zero, sem depender de validadores tradicionais ou comitês de sincronização. A RISC Zero definiu o Zeth como um zkEVM do Tipo-0, totalmente compatível com o protocolo Ethereum e, através da reutilização de código, melhorou a eficiência do desenvolvimento.
O co-fundador da Ethereum, Vitalik Buterin, em seu artigo 'Diferentes tipos de zk-EVMs', classificou os zkEVMs em quatro tipos, onde o Tipo-1 busca ser completamente e irredutivelmente equivalente ao Ethereum; Tipo-2 se dedica a ser completamente equivalente ao EVM, mas não totalmente equivalente ao Ethereum; Tipo-3 é quase equivalente ao EVM; e Tipo-4 é completamente incompatível com o Ethereum.
Graças ao alto desempenho do RISC Zero zkVM, o Zeth é capaz de concluir a verificação de blocos na Ethereum em minutos. Dados de teste mostram que o Zeth pode gerar provas de blocos a uma velocidade de 1,1 MHz e, através do recurso de 'continuações', expandir clusters de GPU, aumentando a velocidade para entre 4,7 MHz e 6,3 MHz. Essa otimização de desempenho também reduz os custos de geração de provas. De acordo com os testes, o custo de geração de provas para um bloco que contém 182 transações é de apenas 21,72 dólares, com um custo de cerca de 0,11 dólares por transação.
Além disso, durante o desenvolvimento do Zeth, a equipe da RISC Zero aproveitou amplamente os componentes do ecossistema Rust, como revm, ethers e alloy, permitindo que os desenvolvedores implementassem rapidamente a funcionalidade de prova de blocos e a aplicassem em diferentes cenários. Esse design oferece mais flexibilidade aos desenvolvedores, permitindo que ajustem a lógica de construção de blocos conforme necessário e se adaptem a propostas de melhorias futuras no Ethereum.
Em termos de aplicação, o Zeth oferece soluções eficientes para zk Rollup, clientes leves e pontes cross-chain. A construção tradicional de zk Rollup e zkEVM requer um investimento significativo de tempo e dinheiro, o que desencoraja equipes menores. O Zeth, baseado na arquitetura modular do zkVM, permite que os desenvolvedores personalizem facilmente a lógica de verificação de blocos. Por exemplo:
zk Rollup: Zeth pode implementar rapidamente provas de blocos, encurtando o ciclo de desenvolvimento do ZK Rollup e reduzindo os investimentos financeiros.
Cliente leve: verifica a validade do bloco sem a necessidade de reexecutar todos os cálculos do bloco, reduzindo assim os custos de operação.
Ponte cross-chain: O Zeth pode verificar a correção dos dados cross-chain através de ZKP, sem revelar informações sensíveis da cadeia, reduzindo a dependência de confiança em terceiros e diminuindo o risco de ataques cross-chain.
Em maio deste ano, o Zeth conseguiu expandir para suportar a extração de dados de blocos do Ethereum Mainnet e gerar ZKP para validar a correção dos blocos, além de suportar a validação on-chain. Em outras palavras, com o Zeth, o Optimism pode validar transações de forma mais eficiente e resolver disputas de transações.
Bonsai: permite que desenvolvedores gerem provas sem usar seu próprio hardware
O Bonsai é um serviço de prova remota projetado especialmente para aplicativos zkVM, permitindo que os desenvolvedores gerem provas sem usar seu próprio hardware, resolvendo assim o conflito entre a escassez de recursos de computação on-chain e os altos custos. Através do Bonsai, os desenvolvedores apenas precisam definir o aplicativo zkVM a ser executado e os dados de entrada, e o Bonsai executará os cálculos em segundo plano, gerando a prova de conhecimento zero correspondente. Todo esse processo não requer que os desenvolvedores implementem dispositivos de hardware adicionais. Além disso, o Bonsai utiliza um grande número de clusters de GPU, suportando o processamento paralelo de várias tarefas de computação. O Bonsai também oferece APIs e SDKs simples e fáceis de usar, permitindo que os desenvolvedores integrem facilmente ao sistema existente, reduzindo ainda mais a dificuldade de desenvolvimento.
Com base nesse serviço de prova remota, a RISC Zero lançou a ferramenta de código aberto Bonsai Pay, que combina autenticação OAuth2.0 e tecnologia ZKP, permitindo que os usuários enviem ou recebam tokens na rede Ethereum usando suas contas do Google. Por exemplo, quando Alice deseja transferir fundos para Bob, ela pode usar o Bonsai Pay para inserir o e-mail do Google de Bob e o valor da transferência. Bob pode então fazer login no Bonsai Pay, inserir seu endereço de e-mail e concluir a autenticação da conta do Google. O Bonsai Pay usará OAuth 2.0 para gerar um token de autorização, provando que Bob é realmente o titular daquele e-mail. Em seguida, o Bonsai Pay chama o serviço de prova Bonsai para gerar uma prova de conhecimento zero, demonstrando que a conta do Google de Bob está associada ao endereço da carteira. Após a validação da prova pelo contrato inteligente, os fundos são desbloqueados e transferidos para o endereço da carteira de Bob.
Durante todo o processo, o Bonsai Pay verificou, através da tecnologia ZKP, o fato de que 'a conta do Google de Bob está associada ao seu endereço de carteira', ao mesmo tempo em que evitou a divulgação de qualquer informação específica da conta do Google.
Outra aplicação importante do Bonsai é o co-processador ZK Bonsai (ZK Co-processor). Ele transfere tarefas de computação complexas da cadeia para fora da cadeia através da tecnologia de provas de conhecimento zero, gerando provas imutáveis para garantir a correção dos resultados. Além disso, a implementação do co-processador Bonsai é bastante simples; os desenvolvedores apenas precisam escrever um aplicativo zkVM para lidar com a lógica e chamar o Bonsai através de um simples contrato Solidity, executando os cálculos e verificando os resultados. Durante todo o processo, o serviço de provas do Bonsai é responsável por gerar as provas de conhecimento zero da computação off-chain, que podem ser verificadas on-chain.
O co-processador ZK Bonsai é adequado para aplicações on-chain que exigem alto desempenho e baixo custo. Por exemplo, na governança de DAOs, ele pode transferir cálculos de votação complexos para off-chain, reduzindo significativamente os custos de gás on-chain. O Bonsai DAO Governor reduz o custo de gás por voto em mais de 50%, aumentando efetivamente a eficiência da governança e diminuindo a barreira de entrada.
Boundless: camada de computação verificável
Na arquitetura tradicional de blockchain, para garantir a validade das transações, todos os nós precisam reexecutar todos os cálculos de cada transação. Esse modelo de 'reexecução global', embora garanta segurança e consistência, também traz altos custos de computação. Para resolver esse problema, a RISC Zero lançou o Boundless, permitindo que um único nó complete os cálculos e gere uma prova de conhecimento zero verificável, onde outros nós apenas precisam validar essa prova para confirmar o resultado, sem a necessidade de reexecutar os cálculos.
O Boundless simplificou o processo de verificação através da tecnologia de combinação recursiva. Ele combina várias pequenas provas de conhecimento zero em uma prova única, permitindo que os validadores verifiquem apenas uma prova geral, em vez de verificar individualmente todas as provas de cada etapa. Para otimizar ainda mais a eficiência da geração de provas de conhecimento zero, o Boundless incorporou circuitos de aceleração criptográfica dedicados, otimizando a eficiência de tarefas comuns como cálculos de hash e verificações de assinatura digital.
Além disso, os desenvolvedores usando o Boundless não precisam entender profundamente a tecnologia de conhecimento zero, podendo escrever aplicativos em linguagens de programação familiares (como Rust ou Solidity). Atualmente, o Boundless está disponível para acesso gratuito aos desenvolvedores. Eles podem rapidamente construir e implantar aplicativos de conhecimento zero em qualquer blockchain sem a necessidade de migrar sistemas existentes ou atualizar contratos de verificação, aproveitando os serviços de prova fornecidos pelo Boundless.
Blobstream Zero: a ponte cross-chain zkVM que simplifica a verificação de dados cross-chain
O Blobstream Zero é uma ponte cross-chain baseada em zkVM lançada em colaboração com a RISC Zero e a Celestia, destinada a conectar de forma transparente a camada de disponibilidade de dados da Celestia ao ecossistema modular de blockchain existente. Ao compartilhar e verificar os dados na Celestia, o Blobstream Zero facilita a transmissão e verificação de dados entre cadeias.
Como um produto público completamente de código aberto, o Blobstream Zero permite que qualquer projeto ou desenvolvedor execute uma instância local e gere provas de conhecimento zero. Além disso, o Blobstream Zero também pode fornecer suporte para ZK co-processadores. Os ZK co-processadores são essencialmente ferramentas de computação off-chain, e portanto, requerem dados confiáveis para executar cálculos. O Blobstream Zero pode obter dados de blockchains como a Celestia e, ao gerar provas ZK, pode demonstrar que os dados transmitidos são confiáveis.
Steel: uma nova paradigma de contratos inteligentes com execução off-chain e verificação on-chain
O Steel é uma ferramenta open-source lançada pela RISC Zero, utilizando a tecnologia zkVM para realizar a execução verificável de contratos inteligentes off-chain. Com o Steel, os desenvolvedores podem transferir operações EVM da execução on-chain para o ambiente off-chain, enquanto geram provas de conhecimento zero, garantindo a veracidade e verificabilidade dos resultados dos cálculos.
Contratos inteligentes tradicionais precisam executar toda a lógica on-chain, resultando em altos custos de gás e limitando o desenvolvimento de aplicações complexas. O Steel resolve esse problema com sua mecânica de computação off-chain e verificação on-chain. Por exemplo, em um simples contrato inteligente que verifica se o saldo ERC20 de uma conta é maior que 1 e incrementa uma variável contador. O método tradicional exigiria a execução completa da lógica on-chain, enquanto o Steel realiza os cálculos off-chain e gera uma prova de conhecimento zero, com a verificação on-chain apenas da prova, sem a necessidade de reexecutar a lógica do contrato.
Atualmente, a RISC Zero lançou o Steel 1.0, e já há parceiros que utilizaram essa ferramenta para desenvolver aplicações. Por exemplo, em uma chamada de contrato que processa cerca de 400 mil operações SLOAD, o Steel transferiu o cálculo para execução off-chain e, em seguida, verificou a prova de conhecimento zero gerada on-chain. O custo de geração da prova foi de menos de 10 dólares, enquanto o custo de verificação on-chain foi inferior a 300 mil Gas.
Kailua: uma solução híbrida ZK que impulsiona a inovação na arquitetura Rollup
Após o lançamento do Zeth, a RISC Zero lançou o Kailua, com o objetivo de fornecer uma solução híbrida de atualização para Rollup otimista. Os Rollups otimistas tradicionais geralmente requerem um período de contestação de 7 dias, resultando em uma lentidão na finalização das transações, enquanto os Rollups ZK podem rapidamente realizar a finalização, mas os custos contínuos de geração de provas de conhecimento zero são muito altos. O Kailua combina as vantagens de ambos, conseguindo equilibrar custo e eficiência. Como uma extensão da estrutura Optimism Kona, o Kailua não só suporta o Kona não modificado em execução no zkVM, mas também introduz um mecanismo inovador de resolução de disputas, reduzindo os requisitos de garantia e diminuindo a latência da finalização, melhorando assim a eficiência e a usabilidade do sistema.
Na arquitetura do Kailua, o mecanismo de disputas adotou um novo design. Primeiro, seu mecanismo de resolução de disputas elimina limites de tempo, permitindo que os validadores tenham tempo suficiente para gerar provas em situações especiais, como interrupções de rede, aumentando assim a resiliência do sistema. Mesmo em situações extremas, a arquitetura escalável da RISC Zero zkVM ainda pode concluir provas em uma hora. Além disso, a funcionalidade de verificação sob demanda do Kailua permite que os desenvolvedores configurem a frequência de verificação de forma flexível, fazendo uma transição gradual para o modo de Rollup completamente verificado a um custo mais baixo.
Diferente do ZK Rollup, o design do Kailua não requer a geração contínua de provas. Para Rollups de baixa frequência ou com necessidades de contrato especiais, o Kailua oferece uma opção mais econômica. Além disso, o Kailua também reduz significativamente os requisitos de garantia para Rollups. A quantidade de garantia necessária para Rollups otimistas tradicionais aumentaria linearmente com períodos de finalização mais longos, enquanto o design otimizado do Kailua fixa a demanda de garantia, permitindo que o sistema mantenha segurança e atividade a um custo mais baixo mesmo em longos períodos.
Atualmente, o Kailua é totalmente open-source. Os desenvolvedores podem usar sua ferramenta de linha de comando para implantar uma rede de teste Optimism local e rapidamente atualizar para uma rede que suporte provas de falha ZK. O Kailua também suporta a simulação de propostas de falha, ajudando os desenvolvedores a entender como os validadores desafiam estados errôneos através do zkVM, proporcionando uma compreensão mais profunda de seu mecanismo de resolução de disputas. No futuro, o Kailua continuará a otimizar custos e desempenho e expandirá para mais suporte a estruturas de Rollup.
Summary
Como mencionado acima, a matriz de produtos zkVM da RISC Zero está impulsionando o desenvolvimento da tecnologia de provas de conhecimento zero em vários campos. O Zeth e o Kailua se concentram na otimização da arquitetura Rollup, melhorando a eficiência da verificação de blocos e a velocidade de resolução de disputas. O Bonsai oferece serviços de prova remota, reduzindo a dependência de hardware e os custos de operação, permitindo que os desenvolvedores construam aplicativos de forma mais eficiente. O Blobstream Zero fornece suporte confiável para o ecossistema modular de blockchain através da verificação eficiente de dados cross-chain. Além disso, o Steel reduz o custo de gás na execução de contratos inteligentes por meio de um modelo de computação off-chain e verificação on-chain.
Claro, enquanto aprimora continuamente a matriz de produtos zkVM, a RISC Zero também está promovendo inovações na tecnologia subjacente do zkVM. Recentemente, a RISC Zero zkVM lançou a versão 1.2, introduzindo um novo método de pré-compilação que permite aos desenvolvedores implantar a lógica de pré-compilação juntamente com o aplicativo, sem precisar integrá-la ao próprio zkVM. Isso significa que os desenvolvedores podem adicionar nova lógica de pré-compilação sem modificar contratos de verificação on-chain ou coordenar a configuração do provador, nem bifurcar ou fazer alterações significativas no zkVM para realizar otimizações de desempenho. Além disso, a definição de pré-compilação por aplicativo também pode reduzir o custo computacional de geração de provas. Por exemplo, após integrar a pré-compilação RSA, o Automata reduziu o ciclo de execução de 39 milhões para 217 mil, diminuindo o custo em cerca de 180 vezes.
Com a contínua otimização da tecnologia zkVM, seu potencial de desenvolvimento será gradualmente demonstrado em vários cenários de aplicação, no entanto, para liberar melhor esse potencial, ainda dependerá da colaboração do ecossistema e do desempenho prático da implementação técnica.
