Fonte do artigo: ChainFeeds
Autor: LINDABELL
Na recente conferência Devcon, Justin Drake, um membro central da Ethereum Foundation, propôs a proposta Beam Chain, planejando atualizar a camada de consenso do Ethereum por meio das 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 genérica, o zkVM pode lidar com cálculos complexos de forma mais flexível e eficiente, ao mesmo tempo em que se desvincula da lógica tradicional de contratos inteligentes.
Impulsionados por essa tendência, projetos como RISC Zero, Succinct e Cysic são vistos como participantes importantes na promoção de inovações nesse campo. Entre eles, o 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 melhoraram a validação de blocos e o desempenho do Rollup, mas também forneceram suporte técnico para a atualização ZK do Ethereum.
Matriz de produtos do ecossistema RISC zkVM: da tecnologia central às aplicações de cenário
O RISC Zero é uma implementação zkVM baseada na arquitetura de conjunto de instruções RISC-V, servindo como uma plataforma de computação de conhecimento zero genérica que suporta várias linguagens de programação populares, como Rust e C++, podendo executar praticamente qualquer tarefa computacional. Comparado a outras plataformas de tecnologia de conhecimento zero, os provadores e verificadores do RISC Zero são totalmente de código aberto, permitindo que os desenvolvedores gerem e verifiquem provas localmente. Além disso, os verificadores do RISC Zero são compatíveis com várias plataformas, adaptando-se a diferentes ecossistemas de blockchain, simplificando o processo de desenvolvimento de aplicações descentralizadas.
Em junho deste ano, o RISC Zero lançou o zkVM 1.0. O zkVM 1.0 não apenas suporta várias linguagens e tarefas de cálculo complexas, mas também utiliza a tecnologia de Continuações para dividir cálculos em larga escala em múltiplos pequenos segmentos, permitindo computação e verificação paralelas eficientes. De acordo com o roteiro, o 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 completa do processo de prova para GPU (já 80% concluído), introdução de um novo design de circuito RISC-V v2, e otimizações específicas para circuitos recursivos, entre outros. Além disso, o RISC Zero está integrando uma série de módulos de aceleração para algoritmos como RSA, Keccak e ECDSA, para melhorar o desempenho de tarefas relacionadas ao Ethereum e operações criptográficas.
Em torno da capacidade central do zkVM, o RISC Zero também desenvolveu uma série de ferramentas e produtos de código aberto. Por exemplo, por meio da rede Bonsai, os desenvolvedores podem gerar provas de conhecimento zero sem hardware dedicado; com a ferramenta Steel, cálculos complexos do EVM podem ser transferidos para um ambiente fora da cadeia, garantindo que os resultados sejam verificáveis e reduzindo os custos de execução na cadeia; e o Blobstream Zero, ao conectar a camada de disponibilidade de dados da Celestia, oferece mais possibilidades para compartilhamento e verificação de dados no ecossistema de blockchain modular.
Zeth: Prova de que todo o bloco do Ethereum foi construído corretamente
Zeth é um provedor de prova de bloco de conhecimento zero para o Ethereum, desenvolvido pela RISC Zero com base em sua tecnologia zkVM, que pode validar a validade de um bloco do Ethereum por meio de provas de conhecimento zero, sem depender de validadores tradicionais ou comitês de sincronização. O RISC Zero definiu o Zeth como um zkEVM do Tipo-0, que é totalmente compatível com o protocolo Ethereum e, ao mesmo tempo, melhora a eficiência de desenvolvimento por meio da reutilização de código.
O cofundador do Ethereum, Vitalik Buterin, dividiu os zkEVM em quatro tipos em seu artigo "Diferentes tipos de zk-EVMs", onde o Tipo-1 busca ser totalmente e implacavelmente equivalente ao Ethereum; o Tipo-2 se dedica a ser completamente equivalente ao EVM, mas não completamente equivalente ao Ethereum; o Tipo-3 é quase equivalente ao EVM; e o Tipo-4 é totalmente incompatível com o Ethereum.
Graças ao alto desempenho do RISC Zero zkVM, o Zeth pode concluir a validação de blocos do Ethereum em poucos minutos. Dados de teste mostram que o Zeth pode gerar provas de bloco a uma velocidade de 1,1 MHz e, por meio da característica de "continuações", expandir clusters de GPU, aumentando a velocidade para entre 4,7 MHz e 6,3 MHz. Essa otimização de desempenho também reduziu os custos de geração de provas. De acordo com os testes, uma prova para um bloco contendo 182 transações teve um custo de geração de apenas 21,72 dólares, com um custo por transação de cerca de 0,11 dólares.
Ao mesmo tempo, durante o desenvolvimento do Zeth, a equipe do RISC Zero aproveitou plenamente os componentes do ecossistema Rust, como revm, ethers e alloy, permitindo que os desenvolvedores implementem rapidamente a funcionalidade de prova de bloco e a apliquem a diferentes cenários. Esse design proporciona mais flexibilidade aos desenvolvedores, permitindo que ajustem a lógica de construção de blocos conforme necessário e se adaptem a propostas de melhoria do Ethereum no futuro.
No nível da aplicação, o Zeth fornece soluções eficientes para zk Rollup, clientes leves e pontes cross-chain. A construção tradicional de zk Rollup e zkEVM exige um grande investimento de tempo e recursos, o que desencoraja equipes menores. O Zeth, com sua arquitetura zkVM modular, permite que os desenvolvedores personalizem facilmente a lógica de validação de blocos. Por exemplo:
zk Rollup: O Zeth pode rapidamente realizar a prova de blocos, encurtando o ciclo de desenvolvimento do ZK Rollup e reduzindo o investimento financeiro.
Cliente leve: Verifica a validade dos blocos sem a necessidade de reconstruí-los, reduzindo os custos operacionais.
Ponte cross-chain: O Zeth pode verificar a correção dos dados cross-chain por meio de ZKP sem vazar informações sensíveis da cadeia, reduzindo a dependência de terceiros e diminuindo o risco de ataques cross-chain.
Em maio deste ano, Zeth conseguiu se expandir para suportar a extração de dados de bloco do Optimism a partir da mainnet do Ethereum e gerar ZKP para validar a correção do bloco, além de suportar a verificação na cadeia. Em outras palavras, com a ajuda do Zeth, o Optimism pode validar transações de forma mais eficiente e resolver disputas de transação.
Bonsai: Permite que desenvolvedores gerem provas sem usar seu próprio hardware
Bonsai é um serviço de prova remota projetado especificamente para aplicativos zkVM, permitindo que os desenvolvedores gerem provas sem usar seu próprio hardware, resolvendo assim o dilema entre recursos computacionais limitados na cadeia e altos custos. Com o Bonsai, os desenvolvedores apenas precisam definir o aplicativo zkVM a ser executado e os dados de entrada, e o Bonsai pode realizar cálculos em segundo plano e gerar a prova de conhecimento zero correspondente. Todo esse processo não requer que os desenvolvedores implementem hardware adicional. Além disso, o Bonsai utiliza uma grande quantidade de clusters de GPU, suportando o processamento paralelo de várias tarefas de cálculo. Além disso, o Bonsai oferece uma API e SDK simples e fáceis de usar, permitindo que os desenvolvedores integrem rapidamente ao sistema existente, reduzindo ainda mais a dificuldade de desenvolvimento.
Com base nesse serviço de prova remota, o RISC Zero lançou a ferramenta de código aberto Bonsai Pay, que combina autenticação de identidade OAuth2.0 com tecnologia ZKP, permitindo que os usuários enviem ou recebam tokens na rede Ethereum usando a conta do Google. Por exemplo, quando Alice deseja transferir fundos para Bob, ela pode inserir o e-mail do Google de Bob e o valor da transferência no Bonsai Pay. Bob pode então acessar o Bonsai Pay, inserir o endereço de e-mail e concluir a verificação de identidade da conta do Google. O Bonsai Pay usará o 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, gerando uma prova de conhecimento zero, que demonstra que a conta do Google de Bob está associada ao endereço de sua 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 validou, por meio da tecnologia ZKP, o fato de que "a conta do Google de Bob está associada ao endereço de sua carteira", evitando a divulgação de qualquer informação específica da conta do Google.
Outra aplicação importante do Bonsai é o processador zk Bonsai (ZK Co-processor). Ele transferiu tarefas de cálculo complexas da cadeia para fora da cadeia por meio da tecnologia de prova de conhecimento zero, gerando provas imutáveis para garantir a correção dos resultados. Além disso, a implementação do 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 contrato Solidity simples, executando cálculos e verificando resultados. Durante todo o processo, o serviço de prova Bonsai é responsável por gerar a prova de conhecimento zero da computação fora da cadeia, que pode ser verificada na cadeia.
O processador ZK Bonsai é adequado para aplicações na cadeia que exigem alto desempenho e baixo custo. Por exemplo, na governança de DAOs, ele pode transferir cálculos de votação complexos para fora da cadeia, reduzindo significativamente os custos de Gas na cadeia. O Bonsai DAO Governor reduziu os custos de Gas por voto em mais de 50% por meio do coprocessador, melhorando efetivamente a eficiência da governança e diminuindo a barreira de participação.
Boundless: Camada de computação verificável
Na arquitetura tradicional de blockchain, para garantir a validade das transações, todos os nós precisam repetir todos os cálculos de cada transação. Esse modelo de "reexecução global", embora garanta segurança e consistência, também traz custos computacionais extremamente altos. Para resolver esse problema, o RISC Zero lançou o Boundless, permitindo que um único nó complete o cálculo e gere uma prova de conhecimento zero verificável, com outros nós precisando apenas verificar essa prova para confirmar o resultado, sem a necessidade de reexecutar cálculos.
Boundless simplificou o processo de verificação por meio de tecnologia de combinação recursiva. Ele combina várias pequenas provas de conhecimento zero em uma prova geral, permitindo que os verificadores verifiquem apenas uma prova total, em vez de validar todas as provas de cada fase uma por uma. Para otimizar ainda mais a eficiência da geração de provas de conhecimento zero, o Boundless incorpora circuitos de aceleração criptográfica dedicados, otimizando a eficiência de tarefas comuns como cálculo de hash e verificação de assinatura digital.
Além disso, os desenvolvedores que utilizam o Boundless não precisam ter um conhecimento profundo da tecnologia de conhecimento zero, basta escrever aplicações em uma linguagem de programação familiar (como Rust ou Solidity). Atualmente, o Boundless está aberto ao acesso gratuito para os desenvolvedores. Os desenvolvedores podem aproveitar os serviços de prova oferecidos pelo Boundless para construir e implantar rapidamente aplicações de conhecimento zero em qualquer blockchain sem a necessidade de migrar sistemas existentes ou atualizar contratos de verificação.
Blobstream Zero: Uma ponte cross-chain zkVM que simplifica a validação de dados cross-chain
O Blobstream Zero é uma ponte cross-chain baseada em zkVM lançada em colaboração entre RISC Zero e Celestia, destinada a conectar de forma transparente a camada de disponibilidade de dados da Celestia ao ecossistema de blockchain modular existente. Ao compartilhar e validar dados na Celestia, o Blobstream Zero possibilita uma transmissão e verificação de dados mais conveniente entre as cadeias.
Como um produto público totalmente 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 oferecer suporte a processadores zk. Os processadores zk são essencialmente uma ferramenta de computação fora da cadeia e, portanto, precisam de dados confiáveis para executar cálculos. O Blobstream Zero pode obter dados de blockchains como Celestia e pode provar, gerando provas zk, que os dados transmitidos são confiáveis.
Steel: Um novo paradigma de contrato inteligente com execução fora da cadeia e verificação na cadeia
Steel é uma ferramenta de código aberto lançada pelo RISC Zero, que utiliza tecnologia zkVM para realizar a execução verificável de contratos inteligentes fora da cadeia. Com o Steel, os desenvolvedores podem transferir operações EVM da execução na cadeia para fora da cadeia, enquanto geram provas de conhecimento zero, garantindo a veracidade e verificabilidade dos resultados dos cálculos.
Contratos inteligentes tradicionais precisam executar toda a lógica completamente na cadeia, o que não apenas resulta em altos custos de Gas, mas também limita o desenvolvimento de aplicativos complexos. O mecanismo de computação fora da cadeia e verificação na cadeia do Steel resolve esse problema. Por exemplo, em um contrato inteligente simples, determinar se o saldo ERC20 de uma conta é maior que 1 e incrementar uma variável contadora. O método tradicional precisa executar a lógica completamente na cadeia, enquanto o Steel realiza os cálculos fora da cadeia e gera provas de conhecimento zero, sendo necessário apenas validar a prova na cadeia, sem a necessidade de repetir a execução da lógica do contrato.
Atualmente, o RISC Zero lançou o Steel 1.0, e já há parceiros que utilizaram a ferramenta para desenvolver aplicativos. Por exemplo, em uma chamada de contrato que processa cerca de 400.000 operações SLOAD, a computação foi transferida para a execução fora da cadeia por meio do Steel, e a prova de conhecimento zero gerada foi verificada na cadeia. O custo de geração da prova foi de menos de 10 dólares, e o custo de verificação na cadeia foi inferior a 300.000 Gas.
Kailua: Uma solução ZK híbrida que promove inovações na arquitetura Rollup
Após o lançamento do Zeth, o RISC Zero lançou o Kailua, visando fornecer uma solução de atualização híbrida de ZK Rollup para Rollups otimistas. Os Rollups otimistas tradicionais geralmente requerem um período de desafio de 7 dias, resultando em uma lentidão na finalização das transações, enquanto os ZK Rollups, embora possam alcançar a finalização rapidamente, apresentam altos custos de geração contínua de provas. O Kailua combina as vantagens de ambos, alcançando um equilíbrio entre custo e eficiência através de uma arquitetura híbrida. Como uma extensão da estrutura Optimism Kona, o Kailua não apenas suporta o Kona não modificado em execução no zkVM, mas também introduz um novo mecanismo de resolução de disputas, reduzindo os requisitos de garantia e diminuindo a latência de finalização, melhorando assim a eficiência e a usabilidade do sistema.
Na arquitetura do Kailua, o mecanismo de disputas adota um novo design. Primeiro, o mecanismo de resolução de disputas remove as restrições de tempo, permitindo que os validadores tenham tempo suficiente para gerar provas em casos de interrupções de rede e outras situações especiais, aumentando a resiliência do sistema. Mesmo em circunstâncias extremas, a arquitetura expansível do RISC Zero zkVM ainda pode completar a prova em uma hora. Além disso, a função de verificação sob demanda do Kailua permite que os desenvolvedores configurem a frequência de verificação de forma flexível, permitindo uma transição gradual para um modo de Rollup totalmente verificado a um custo mais baixo.
Diferente do ZK Rollup, o design do Kailua não requer a geração contínua de provas. Para blocos vazios de baixa frequência ou Rollups com requisitos de contratos especiais, o Kailua oferece uma opção mais econômica. Além disso, o Kailua reduz significativamente a necessidade de custos de garantia do Rollup. As quantias de garantia nos Rollups otimistas tradicionais aumentam linearmente conforme o período de finalização se prolonga, enquanto o design otimizado do Kailua fixa a necessidade de garantia, permitindo que o sistema mantenha segurança e vitalidade a um custo mais baixo, mesmo em longos períodos.
Atualmente, o Kailua está completamente aberto. 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 falhas ZK. O Kailua também suporta a simulação de propostas de falhas, ajudando os desenvolvedores a entender como os validadores podem desafiar estados incorretos por meio do zkVM, aprofundando a compreensão de seu mecanismo de resolução de disputas. No futuro, o Kailua continuará a otimizar custos e desempenho, além de expandir o suporte para mais estruturas de Rollup.
Resumo
Como mencionado acima, a matriz de produtos zkVM do RISC Zero está impulsionando o desenvolvimento da tecnologia de prova de conhecimento zero em vários campos. Zeth e Kailua se concentram na otimização da arquitetura Rollup, melhorando a eficiência da validação de blocos e a velocidade de resolução de disputas. O Bonsai fornece serviços de prova remota, reduzindo a dependência de hardware e custos operacionais, permitindo que os desenvolvedores construam aplicativos de forma mais eficiente. O Blobstream Zero, por sua vez, fornece suporte confiável para o ecossistema de blockchain modular, validando dados cross-chain de forma eficiente. Além disso, o Steel reduz os custos de Gas da execução de contratos inteligentes por meio de computação fora da cadeia e verificação na cadeia.
Claro, enquanto aprimora continuamente a matriz de produtos zkVM, o RISC Zero também está promovendo inovações nas tecnologias subjacentes do zkVM. Recentemente, o RISC Zero zkVM lançou a versão 1.2, introduzindo um novo método de pré-compilação que permite aos desenvolvedores implantar lógica de pré-compilação junto com a aplicação, sem precisar integrá-la ao próprio zkVM. Isso significa que os desenvolvedores podem adicionar nova lógica de pré-compilação sem modificar contratos de verificação na cadeia ou coordenar a configuração de provadores, e sem necessidade de bifurcar ou realizar mudanças significativas no zkVM para otimizar o desempenho. Além disso, ao definir pré-compilações por meio de aplicações, também é possível reduzir os custos de computação para geração de provas. Por exemplo, a integração da pré-compilação RSA pela Automata reduziu o ciclo de execução de 39 milhões para 217 mil, diminuindo os custos em cerca de 180 vezes.
À medida que a tecnologia zkVM continua a ser otimizada, seu potencial de desenvolvimento será progressivamente evidente em vários cenários de aplicação; no entanto, para liberar melhor esse potencial, ainda dependerá da colaboração do ecossistema e da implementação prática da tecnologia.
