Autor: LINDABELL
La cea mai recentă conferință Devcon, membrul central al Fundației Ethereum, Justin Drake, a propus propunerea Beam Chain, planificând să actualizeze stratul de consens Ethereum prin tehnologiile zkSNARK și zkVM, pentru a îmbunătăți scalabilitatea, securitatea și eficiența rețelei. Această viziune a readus în atenție importanța zkVM. Ca o mașină virtuală generală zero-știință, zkVM poate gestiona calcule complexe într-un mod mai flexibil și eficient, scăpând de dependența de logica tradițională a contractelor inteligente.
Sub impulsul acestei tendințe, proiectele precum RISC Zero, Succinct și Cysic sunt considerate participanți importanți în promovarea inovației în acest domeniu. Printre acestea, RISC Zero, bazându-se pe zkVM bazată pe arhitectura RISC-V, a dezvoltat o serie de instrumente open-source, precum Zeth, Kailua și Bonsai, care nu doar că îmbunătățesc performanța validării blocurilor și a Rollup-urilor, ci oferă și suport tehnic pentru actualizarea ZK a Ethereum.
Matricea de produse ecologice RISC zkVM: de la tehnologia de bază la aplicațiile de scenă
RISC Zero este o implementare zkVM bazată pe arhitectura setului de instrucțiuni RISC-V, care, ca o platformă de calcul zero-știință generală, suportă mai multe limbaje de programare populare, cum ar fi Rust și C++, putând rula aproape orice sarcină de calcul. Spre deosebire de alte platforme de tehnologie zero-știință, validatorii și dovezitorii RISC Zero sunt complet open-source, iar dezvoltatorii pot genera și valida dovezi local. În plus, validatorul RISC Zero este compatibil cu mai multe platforme, capabil să se adapteze la diferite ecosisteme blockchain, simplificând procesul de dezvoltare al aplicațiilor descentralizate.
În luna iunie a acestui an, RISC Zero a lansat zkVM 1.0. zkVM 1.0 nu doar că suportă mai multe limbaje și sarcini de calcul complexe, ci utilizează tehnologia Continuations pentru a împărți calculele mari în segmente mai mici, realizând calcul și validare eficientă în paralel. Conform foii de parcurs, RISC Zero planifică să realizeze o îmbunătățire de 20 de ori a performanței și costurilor zkVM până la sfârșitul anului 2024, optimizările incluzând migrarea completă a procesului de dovadă către GPU (finalizat în proporție de 80%), introducerea unui nou tip de design al circuitului RISC-V v2 și optimizări specifice pentru circuitele recursive. De asemenea, RISC Zero integrează o serie de module de accelerare pentru algoritmi precum RSA, Keccak, ECDSA, pentru a îmbunătăți performanța sarcinilor legate de Ethereum și a operațiunilor criptografice.
În jurul capacităților sale de bază zkVM, RISC Zero a dezvoltat, de asemenea, o serie de instrumente și produse open-source. De exemplu, prin rețeaua Bonsai, dezvoltatorii pot genera dovezi zero-știință fără a necesita hardware dedicat; prin instrumentul Steel, pot transfera calculele complexe EVM în medii off-chain, menținând în același timp rezultatele verificabile și reducând costurile de execuție on-chain; iar Blobstream Zero, prin conectarea la stratul de disponibilitate a datelor Celestia, oferă mai multe posibilități pentru partajarea și validarea datelor în ecosistemul modular al blockchain-ului.
Zeth: dovedește că întreg blocul Ethereum a fost construit corect
Zeth este un validatoare open-source de blocuri zero-știință Ethereum dezvoltat de RISC Zero pe baza tehnologiei sale zkVM, care poate valida validitatea blocurilor Ethereum prin dovezi zero-știință, fără a depinde de validatorii tradiționali sau de comitetele de sincronizare. RISC Zero definește Zeth ca fiind Type-0 zkEVM, complet compatibil cu protocolul Ethereum și, prin reutilizarea codului, îmbunătățește eficiența dezvoltării.
Co-fondatorul Ethereum, Vitalik Buterin, a împărțit zkEVM în patru tipuri în articolul său „Tipuri diferite de zk-EVM-uri”, dintre care Tipul-1 își propune să fie complet și fără compromisuri echivalent cu Ethereum; Tipul-2 se străduiește să fie complet echivalent cu EVM, dar nu complet echivalent cu Ethereum; Tipul-3 este practic echivalent cu EVM; Tipul-4 nu este compatibil cu Ethereum.
Datorită performanței ridicate a RISC Zero zkVM, Zeth poate finaliza validarea blocurilor Ethereum în câteva minute. Datele din teste arată că Zeth poate genera dovezi de blocuri cu o viteză de 1.1 MHz și, prin caracteristica „continuări”, poate extinde clusterul GPU, sporind viteza la 4.7 MHz - 6.3 MHz. Această optimizare a performanței a redus, de asemenea, costurile de generare a dovezilor. Conform testării, costul generării dovezilor pentru un bloc care conține 182 de tranzacții este de doar 21.72 dolari, iar costul pe tranzacție este de aproximativ 0.11 dolari.
În același timp, în procesul de dezvoltare a Zeth, echipa RISC Zero a profitat pe deplin de componentele ecosistemului Rust, cum ar fi revm, ethers și alloy, permițând dezvoltatorilor să implementeze rapid funcționalitatea de dovadă a blocurilor și să o aplice în diferite scenarii. Această abordare oferă dezvoltatorilor mai multă flexibilitate, permițându-le să ajusteze logica de construire a blocurilor conform necesităților și să se adapteze la propunerile de îmbunătățire a Ethereum din viitor.
În ceea ce privește aplicațiile, Zeth oferă soluții eficiente pentru zk Rollup, clienți ușori și punți cross-chain. Construirea zk Rollup-urilor tradiționale și zkEVM necesită timp și fonduri considerabile, descurajând echipele mici. Zeth, bazat pe arhitectura modulară zkVM, permite dezvoltatorilor să personalizaze cu ușurință logica de validare a blocurilor. De exemplu:
zk Rollup: Zeth poate realiza rapid dovada blocului, scurtând astfel ciclul de dezvoltare al ZK Rollup și reducând investițiile necesare.
Client ușor: nu este necesară reconstruirea blocului pentru a valida validitatea acestuia, reducând costurile de operare.
Punte cross-chain: Zeth poate valida corectitudinea datelor între lanțuri prin ZKP fără a dezvălui informații sensibile de pe lanț, reducând astfel dependența de încrederea în terți și riscul atacurilor între lanțuri.
În luna mai a acestui an, Zeth a reușit să se extindă pentru a sprijini extragerea de date de bloc Optimism din rețeaua principală Ethereum și generarea ZKP pentru validarea corectitudinii blocurilor, sprijinind de asemenea validarea pe lanț. Cu alte cuvinte, cu ajutorul Zeth, Optimism poate valida tranzacțiile mai eficient, rezolvând disputele de tranzacții.
Bonsai: permite dezvoltatorilor să genereze dovezi fără a folosi hardware propriu
Bonsai este un serviciu de dovadă la distanță proiectat special pentru aplicațiile zkVM, permițând dezvoltatorilor să genereze dovezi fără a utiliza hardware propriu, astfel rezolvând conflictul dintre resursele de calcul limitate și costurile ridicate de pe lanț. Prin Bonsai, dezvoltatorii trebuie doar să definească aplicația zkVM care trebuie executată și datele de intrare, iar Bonsai va rula calculul în fundal, generând dovezile zero-știință corespunzătoare. Acest proces nu necesită dezvoltatorilor să desfășoare echipamente hardware suplimentare. În plus, Bonsai folosește un număr mare de clustere GPU, sprijinind procesarea paralelă a mai multor sarcini de calcul. În plus, Bonsai oferă o API și interfețe SDK simple și ușor de utilizat, permițând dezvoltatorilor să le integreze cu ușurință în sistemele existente, reducând în continuare dificultatea dezvoltării.
Pe baza acestui serviciu de dovadă de la distanță, RISC Zero a lansat instrumentul open-source Bonsai Pay, combinând autentificarea identității OAuth2.0 și tehnologia ZKP, permițând utilizatorilor să trimită sau să primească token-uri pe rețeaua Ethereum prin intermediul contului Google. De exemplu, când Alice dorește să transfere fonduri lui Bob, ea poate utiliza Bonsai Pay pentru a introduce adresa de e-mail Google a lui Bob și suma de transferat. Bob poate apoi să se conecteze la Bonsai Pay, introducând adresa de e-mail și finalizând autentificarea identității cu contul Google. Bonsai Pay va utiliza OAuth 2.0 pentru a genera un token de autorizare, demonstrând că Bob este, de fapt, deținătorul acestei adrese de e-mail. Ulterior, Bonsai Pay apelează serviciul de dovadă Bonsai, generând o dovadă zero-știință care demonstrează că contul Google al lui Bob este asociat cu adresa sa de portofel. Contractul inteligent validează dovada, deblochează fondurile și le transferă în adresa de portofel a lui Bob.
În toată această procedură, Bonsai Pay a validat prin tehnologia ZKP faptul că „Contul Google al lui Bob este asociat cu adresa sa de portofel”, evitând în același timp divulgarea oricăror informații specifice ale contului Google.
O altă aplicație importantă a Bonsai este procesorul ZK Bonsai (ZK Co-processor). Acesta transferă sarcini complexe de calcul de pe lanț la off-chain prin tehnologia de dovadă zero-știință, generând dovezi imuabile pentru a asigura corectitudinea rezultatelor. De asemenea, desfășurarea procesorului Bonsai este destul de simplă, dezvoltatorii având nevoie doar să scrie un program zkVM pentru a gestiona logica și să apeleze Bonsai printr-un contract simplu Solidity, pentru a rula calculul și a valida rezultatul. Pe parcursul întregului proces, serviciul de dovadă Bonsai se ocupă de generarea dovezilor de zero-știință pentru calculul off-chain, care pot fi validate pe lanț.
Procesorul ZK Bonsai este destinat aplicațiilor de pe lanț care necesită performanță ridicată și costuri reduse. De exemplu, în guvernarea DAO, acesta poate transfera calculele complexe de vot în afara lanțului, reducând semnificativ costurile de gaz pe lanț. Bonsai DAO Governor reduce costul de gaz pe vot cu peste 50% prin intermediul procesorului, îmbunătățind eficiența guvernării și reducând pragul de participare.
Boundless: strat de calcul verificabil
În arhitectura tradițională a blockchain-ului, pentru a asigura validitatea tranzacțiilor, toate nodurile trebuie să execute repetat toate calculele pentru fiecare tranzacție. Această abordare de „re-executare globală” poate asigura securitatea și consistența, dar vine cu costuri de calcul extrem de ridicate. Pentru a rezolva această problemă, RISC Zero a lansat Boundless, care permite unui singur nod să finalizeze calculele și să genereze o dovadă zero-știință verificabilă, astfel că celelalte noduri trebuie doar să valideze această dovadă pentru a confirma rezultatul, fără a mai trebui să re-execute calculele.
Boundless simplifică procesul de validare prin tehnologia de combinație recursivă. Aceasta combină mai multe dovezi zero-știință mici într-o singură dovadă globală, permițând validatorului să verifice doar o dovadă totală, fără a fi necesară validarea fiecărei etape. Pentru a optimiza și mai mult eficiența generării dovezilor zero-știință, Boundless include circuite de accelerare criptografică dedicate, optimizând eficiența sarcinilor comune, cum ar fi calculul hash-ului și validarea semnăturilor digitale.
În plus, dezvoltatorii care folosesc Boundless nu trebuie să înțeleagă în profunzime tehnologia zero-știință, ci doar să scrie aplicații în limbajele de programare cu care sunt familiarizați (cum ar fi Rust sau Solidity). În prezent, Boundless a fost deschis pentru acces gratuit dezvoltatorilor. Aceștia nu trebuie să migreze sistemele existente sau să actualizeze contractele de validare, ci pot profita de serviciile de dovadă oferite de Boundless pentru a construi și desfășura rapid aplicații zero-știință pe orice blockchain.
Blobstream Zero: punte cross-chain pentru zkVM care simplifică validarea datelor între lanțuri
Blobstream Zero este o punte cross-chain bazată pe zkVM, lansată de RISC Zero în colaborare cu Celestia, având scopul de a conecta fără probleme stratul de disponibilitate a datelor Celestia la ecosistemul modular existent de blockchain-uri. Prin partajarea și validarea datelor de pe Celestia, Blobstream Zero realizează o transmitere și validare a datelor mai ușoară între lanțuri.
Ca un produs public complet open-source, Blobstream Zero permite oricărui proiect sau dezvoltator să ruleze instanțe locale și să genereze dovezi zero-știință. În plus, Blobstream Zero poate sprijini procesorul ZK. Procesorul ZK este, în esență, un instrument de calcul off-chain, astfel că are nevoie de date fiabile pentru a efectua calculele. Blobstream Zero poate obține date de la blockchain-uri precum Celestia și poate genera dovezi ZK pentru a dovedi că datele transmise sunt fiabile.
Steel: noul paradigm al contractelor inteligente cu execuție off-chain și validare on-chain
Steel este un instrument open-source lansat de RISC Zero, care utilizează tehnologia zkVM pentru a realiza execuția verificabilă a contractelor inteligente off-chain. Prin Steel, dezvoltatorii pot muta operațiile EVM de pe lanț în execuție off-chain, generând, în același timp, dovezi zero-știință care asigură veridicitatea și verificabilitatea rezultatelor calculului.
Contractele inteligente tradiționale necesită executarea completă a tuturor logicii pe lanț, ceea ce nu doar că are costuri de gaz ridicate, dar limitează și dezvoltarea aplicațiilor complexe. Mecanismul de calcul off-chain și validare on-chain al Steel rezolvă această problemă. De exemplu, într-un contract inteligent simplu, pentru a verifica dacă soldul ERC20 al unui cont este mai mare de 1 și a incrementa un variabil de contor. Metoda tradițională necesită executarea completă a logicii pe lanț, în timp ce Steel finalizează calculul off-chain și generează o dovadă zero-știință, pe care lanțul trebuie doar să o valideze, fără a mai fi necesară re-executarea logicii contractului.
În prezent, RISC Zero a lansat Steel 1.0, iar deja partenerii au utilizat acest instrument pentru a dezvolta aplicații. De exemplu, într-un apel de contract care procesează aproximativ 400.000 de acțiuni SLOAD, prin Steel, calculul a fost transferat la execuția off-chain, iar ulterior a fost validată dovada zero-știință generată pe lanț. Costul generării dovezilor a fost de mai puțin de 10 dolari, iar costul validării pe lanț a fost de sub 300.000 de gaz.
Kailua: soluția hibridă ZK care promovează inovația arhitecturii Rollup
După lansarea Zeth, RISC Zero a prezentat Kailua, oferind o soluție de upgrade hibrid ZK Rollup pentru Rollup-urile optimiste. Rollup-urile optimiste tradiționale necesită de obicei o perioadă de contestare de 7 zile, ceea ce duce la o finalitate lentă a tranzacțiilor, în timp ce ZK Rollup, deși poate realiza rapid finalitatea, are costuri ridicate pentru generarea continuă a dovezilor zero-știință. Kailua combină avantajele ambelor, realizând un echilibru între costuri și eficiență printr-o arhitectură hibridă. Ca extensie a cadrului Optimism Kona, Kailua nu numai că suportă Kona nemodificat pe zkVM, dar introduce și un mecanism inovator de soluționare a disputelor, reducând cerințele de stakere și întârzierile de finalitate, sporind astfel eficiența și utilizabilitatea sistemului.
În arhitectura Kailua, mecanismul de disputare a fost proiectat complet nou. În primul rând, mecanismul său de soluționare a disputelor a eliminat limita de timp, permițând validatorilor să aibă suficient timp pentru a genera dovezi în cazul unor situații speciale, cum ar fi întreruperile de rețea, sporind astfel reziliența sistemului. Chiar și în condiții extreme, arhitectura extensibilă a RISC Zero zkVM poate finaliza dovada în decurs de o oră. În plus, funcția de validare la cerere a Kailua permite dezvoltatorilor să configureze flexibil frecvența de validare, trecând treptat la un mod de Rollup complet validat cu un cost mai mic.
Spre deosebire de ZK Rollup, designul Kailua nu necesită generarea continuă a dovezilor. Pentru blocuri goale cu frecvență scăzută sau Rollup-uri cu cerințe de contracte speciale, Kailua oferă o opțiune mai rentabilă. În plus, Kailua reduce semnificativ cerințele de stakere pentru Rollup-uri. Sumele de stakere pentru Rollup-urile optimiste tradiționale cresc liniar cu o perioadă mai lungă de finalitate, în timp ce designul optimizat al Kailua fixează cerințele de stakere, astfel încât sistemul să poată menține securitatea și activitatea cu costuri mai mici chiar și în perioade lungi.
În prezent, Kailua a fost complet open-source. Dezvoltatorii pot utiliza instrumentul său de linie de comandă pentru a desfășura o rețea de test Optimism local și pentru a face rapid upgrade-uri pentru a sprijini rețelele cu dovadă de erori ZK. Kailua suportă de asemenea simulările propunerilor de erori, ajutând dezvoltatorii să înțeleagă cum validatorii contestă stările greșite prin zkVM, aprofundând astfel înțelegerea mecanismului de soluționare a disputelor. În viitor, Kailua va continua să optimizeze costurile și performanțele și să se extindă pentru a suporta mai multe cadre Rollup.
Rezumat
Din cele de mai sus, se poate observa că matricea de produse zkVM a RISC Zero contribuie la dezvoltarea tehnologiei de dovadă zero-știință în mai multe domenii. Zeth și Kailua se concentrează pe optimizarea arhitecturii Rollup, îmbunătățind eficiența validării blocurilor și viteza de soluționare a disputelor. Bonsai oferă servicii de dovadă la distanță, reducând dependența de hardware și costurile de operare, permițând dezvoltatorilor să construiască aplicații mai eficient. În plus, Blobstream Zero, prin validarea eficientă a datelor între lanțuri, oferă un suport fiabil pentru ecosistemul modular al blockchain-ului. În plus, Steel reduce costurile de gaz pentru executarea contractelor inteligente printr-un model de calcul off-chain și validare on-chain.
Desigur, în timp ce RISC Zero îmbunătățește continuu matricea sa de produse zkVM, de asemenea, continuă să promoveze inovația tehnologică de bază a zkVM. Recent, RISC Zero zkVM a lansat versiunea 1.2, introducând o nouă metodă de precompilare care permite dezvoltatorilor să desfășoare logicile de precompilare împreună cu aplicația, fără a fi necesară integrarea în zkVM în sine. Aceasta înseamnă că dezvoltatorii pot adăuga noi logici de precompilare fără a modifica contractele de validare de pe lanț sau a coordona configurațiile dovezitorilor, fără a necesita un fork sau modificări majore ale zkVM pentru a realiza optimizări de performanță. În plus, prin definiția aplicativă a precompilării, se pot reduce costurile de calcul pentru generarea dovezilor. De exemplu, Automata a integrat o precompilare RSA, reducând ciclul de execuție de la 39 milioane la 217.000, costul diminuându-se cu aproximativ 180 de ori.
Pe măsură ce tehnologia zkVM se optimizează continuu, potențialul său de dezvoltare va fi treptat realizat în mai multe scenarii de aplicare, dar pentru a valorifica mai bine aceste potențiale, este necesară colaborarea ecologică și performanța efectivă a implementării tehnologiei.
