Автор: LINDABELL
На недавней конференции Devcon один из ключевых членов фонда Ethereum Джастин Дрейк предложил предложение Beam Chain, планируя обновить уровень консенсуса Ethereum с помощью технологий zkSNARK и zkVM для повышения масштабируемости, безопасности и эффективности сети. Эта концепция также вновь привлекла внимание к важности zkVM. Как универсальная виртуальная машина нулевых знаний, zkVM может обрабатывать сложные вычисления более гибким и эффективным способом, избавляясь от зависимости от традиционной логики смарт-контрактов.
Под влиянием этой тенденции проекты, такие как RISC Zero, Succinct и Cysic, рассматриваются как важные участники, способствующие инновациям в этой области. В частности, RISC Zero, используя свою архитектуру zkVM на базе RISC-V, разработала ряд открытых инструментов, таких как Zeth, Kailua и Bonsai, которые не только улучшили производительность проверки блоков и Rollup, но и предоставили техническую поддержку для обновления Ethereum к ZK.
Экосистема продуктов RISC zkVM: от базовых технологий до прикладных решений
RISC Zero — это реализация zkVM на основе архитектуры RISC-V, которая, будучи универсальной платформой для вычислений нулевых знаний, поддерживает множество популярных языков программирования, таких как Rust и C++, и почти может выполнять любые вычислительные задачи. В отличие от других платформ технологий нулевых знаний, доказательства и проверяющие RISC Zero полностью открыты, а разработчики могут генерировать и проверять доказательства локально. Кроме того, валидатор RISC Zero совместим с различными платформами, что упрощает разработку децентрализованных приложений.
В июне этого года RISC Zero выпустила zkVM 1.0. zkVM 1.0 не только поддерживает множество языков и сложные вычислительные задачи, но и использует технологию продолжений для деления больших вычислений на несколько сегментов, обеспечивая эффективные параллельные вычисления и проверки. Согласно дорожной карте, RISC Zero планирует достичь 20-кратного повышения производительности и снижения затрат zkVM до конца 2024 года. Оптимизация включает полное перенесение процесса доказательства на GPU (выполнено на 80%), внедрение нового дизайна схем RISC-V v2 и специальные оптимизации для рекурсивных схем. В настоящее время RISC Zero интегрирует ряд ускоряющих модулей для алгоритмов RSA, Keccak, ECDSA и других задач, связанных с Ethereum и криптографическими операциями.
Вокруг основных возможностей zkVM RISC Zero также разработала ряд открытых инструментов и продуктов. Например, с помощью сети Bonsai разработчики могут генерировать доказательства нулевых знаний без необходимости в специализированном оборудовании; с помощью инструмента Steel сложные вычисления EVM могут быть перемещены в оффлайн-среду, сохраняя при этом возможность проверки результатов и снижая затраты на выполнение в сети; а Blobstream Zero, соединяя уровень доступности данных Celestia, предоставляет больше возможностей для обмена данными и проверки в модульной экосистеме блокчейнов.
Zeth: доказательство правильного формирования всего блока Ethereum
Zeth — это открытый блоковый доказатель, созданный RISC Zero на основе технологии zkVM, который может проверять действительность блоков Ethereum с помощью доказательств нулевых знаний, не полагаясь на традиционных проверяющих или синхронные комитеты. RISC Zero определяет Zeth как Type-0 zkEVM, который полностью совместим с протоколом Ethereum и повышает эффективность разработки путем повторного использования кода.
Соучредитель Ethereum Виталик Бутерин в статье «Разные типы zk-EVMs» разделил zkEVM на четыре категории, где Type-1 стремится к полной и бесповоротной эквивалентности с Ethereum; Type-2 нацеливается на полную эквивалентность с EVM, но не полностью эквивалентен Ethereum; Type-3 почти равен EVM; Type-4 полностью несовместим с Ethereum.
Благодаря высокой производительности RISC Zero zkVM Zeth может завершить проверку блоков Ethereum за считанные минуты. Тестовые данные показывают, что Zeth может генерировать доказательства блоков со скоростью 1,1 МГц, и за счет функции «продолжений» расширять кластеры GPU, увеличивая скорость до 4,7 МГц — 6,3 МГц. Эта оптимизация производительности также снизила затраты на генерацию доказательств. Согласно тестам, стоимость генерации доказательства блока, содержащего 182 транзакции, составляет всего 21,72 доллара, а стоимость каждой транзакции — около 0,11 доллара.
В то же время, в процессе разработки Zeth команда RISC Zero в полной мере использовала компоненты экосистемы Rust, такие как revm, ethers и alloy, что позволило разработчикам быстро реализовать функции проверки блоков и применить их в различных сценариях. Этот дизайн предоставляет разработчикам больше гибкости для адаптации логики построения блоков в зависимости от потребностей и применения будущих предложений по улучшению Ethereum.
На уровне приложений Zeth предлагает эффективные решения для zk Rollup, легких клиентов и межсетевых мостов. Создание традиционных zk Rollup и zkEVM требует значительного времени и финансовых затрат, что отпугивает небольшие команды. В то время как Zeth, основанный на модульной архитектуре zkVM, позволяет разработчикам легко настраивать логику проверки блоков. Например:
zk Rollup: Zeth может быстро реализовать доказательство блоков, что позволяет сократить цикл разработки ZK Rollup и снизить финансовые вложения.
Легкий клиент: проверка корректности блоков без необходимости их повторного построения, что снижает эксплуатационные расходы.
Межсетевой мост: Zeth может проверять корректность межсетевых данных с помощью ZKP, не раскрывая чувствительную информацию на цепи, что снижает зависимость от третьих лиц и уменьшает риск межсетевых атак.
В мае этого года Zeth успешно расширился, поддерживая извлечение данных блоков Optimism из основной сети Ethereum и генерируя ZKP для проверки корректности блоков, также поддерживая проверку в сети. Это означает, что с помощью Zeth Optimism может более эффективно проверять транзакции и разрешать споры по транзакциям.
Bonsai: позволяет разработчикам генерировать доказательства без использования собственного оборудования
Bonsai — это служба удаленного доказательства, специально разработанная для приложений zkVM, позволяющая разработчикам генерировать доказательства без использования собственного оборудования, тем самым решая противоречие между ограниченными ресурсами вычислений на цепи и высокими затратами. С помощью Bonsai разработчикам достаточно определить необходимое приложение zkVM и входные данные, после чего Bonsai выполнит вычисления в фоновом режиме и сгенерирует соответствующие доказательства нулевых знаний. Этот процесс не требует от разработчиков развертывания дополнительных аппаратных устройств. Более того, Bonsai использует множество кластеров GPU, поддерживая параллельную обработку нескольких вычислительных задач. Кроме того, Bonsai предоставляет простой в использовании API и SDK интерфейсы, позволяя разработчикам легко интегрировать их в существующие системы, что дополнительно снижает сложность разработки.
На основе этой службы удаленного доказательства RISC Zero представила открытый инструмент Bonsai Pay, который сочетает аутентификацию OAuth2.0 и технологии ZKP, позволяя пользователям отправлять или получать токены в сети Ethereum с помощью учетной записи Google. Например, когда Алиса хочет перевести средства Бобу, она может ввести Google-адрес Боба и сумму перевода через Bonsai Pay. Боб затем может войти в Bonsai Pay, ввести адрес электронной почты и завершить аутентификацию учетной записи Google. Bonsai Pay сгенерирует токен авторизации с помощью OAuth 2.0, подтверждая, что Боб действительно является владельцем данного адреса электронной почты. Затем Bonsai Pay вызывает службу доказательства Bonsai, генерируя доказательство нулевых знаний, что Google-аккаунт Боба связан с адресом его кошелька. После проверки доказательства смарт-контрактом средства будут разблокированы и переведены на кошелек Боба.
В процессе Bonsai Pay с помощью технологии ZKP была подтверждена информация о том, что «Google-аккаунт Боба связан с адресом кошелька», при этом не было раскрыто никаких конкретных данных о Google-аккаунте.
Еще одним важным приложением Bonsai является Bonsai ZK сопроцессор (ZK Co-processor). Он использует технологию нулевых знаний, чтобы перенести сложные вычислительные задачи с цепи в оффлайн, генерируя при этом неизменяемые доказательства для обеспечения корректности результатов. Кроме того, развертывание Bonsai сопроцессора также очень просто: разработчикам достаточно написать приложение zkVM для обработки логики и вызвать Bonsai через простой смарт-контракт на Solidity, чтобы выполнить вычисление и проверить результаты. На протяжении всего процесса служба доказательства Bonsai отвечает за генерацию доказательств нулевых знаний для оффлайн-вычислений, которые можно проверить на цепи.
Bonsai ZK сопроцессор подходит для высокопроизводительных и низкозатратных приложений на цепи. Например, в управлении DAO он может перенести сложные вычисления голосования в оффлайн, существенно снизив затраты на газ на цепи. Bonsai DAO Governor снизил затраты на газ на каждую голосу более чем на 50%, эффективно повысив эффективность управления и снизив порог участия.
Boundless: уровень проверяемых вычислений
В традиционной архитектуре блокчейна для обеспечения действительности транзакций все узлы должны повторно выполнять все вычисления каждой транзакции. Эта модель «глобального повторного выполнения», хотя и обеспечивает безопасность и согласованность, приводит к чрезвычайно высоким вычислительным затратам. Чтобы решить эту проблему, RISC Zero представила Boundless, позволяя одному узлу завершить вычисление и сгенерировать проверяемое доказательство нулевых знаний, в то время как другим узлам нужно только проверить это доказательство для подтверждения результата, без необходимости повторного выполнения вычислений.
Boundless упрощает процесс проверки с помощью рекурсивной комбинационной технологии. Он объединяет несколько небольших доказательств нулевых знаний в одно общее доказательство, позволяя проверяющим проверять только одно общее доказательство, а не проверять все этапы по отдельности. Для дальнейшей оптимизации эффективности генерации доказательств нулевых знаний Boundless включает специализированные криптографические ускоряющие схемы, которые оптимизируют эффективность таких распространенных задач, как вычисление хешей и проверка цифровых подписей.
Кроме того, разработчики, используя Boundless, не должны углубляться в технологии нулевых знаний, им достаточно использовать знакомые языки программирования (такие как Rust или Solidity) для написания приложений. В настоящее время Boundless открыт для бесплатного доступа для разработчиков. Разработчики могут быстро создать и развернуть нулевые приложения на любом блокчейне, не перемещая существующие системы или обновляя контракты на проверку.
Blobstream Zero: мост межсетевой проверки данных zkVM
Blobstream Zero — это межсетевой мост на базе zkVM, запущенный в сотрудничестве с RISC Zero и Celestia, который нацелен на бесшовное соединение уровня доступности данных Celestia с существующей модульной экосистемой блокчейнов. Благодаря обмену и проверке данных на Celestia Blobstream Zero обеспечивает более удобную передачу и проверку данных между цепями.
Как полностью открытый общественный продукт, Blobstream Zero позволяет любому проекту или разработчику запускать локальные экземпляры и генерировать доказательства нулевых знаний. Более того, Blobstream Zero также может поддерживать ZK сопроцессоры. ZK сопроцессоры по своей сути являются инструментами оффлайн-вычислений, поэтому им нужны надежные данные для выполнения вычислений. Blobstream Zero может получать данные из блокчейнов, таких как Celestia, и может генерировать ZK доказательства для подтверждения надежности переданных данных.
Steel: новая парадигма смарт-контрактов с оффлайн-вычислениями и онлайн-проверкой
Steel — это открытый инструмент, предложенный RISC Zero, который использует технологии zkVM для реализации оффлайн-проверяемого выполнения смарт-контрактов. С помощью Steel разработчики могут переносить операции EVM с цепи в оффлайн, одновременно генерируя доказательства нулевых знаний, что обеспечивает достоверность и проверяемость результатов вычислений.
Традиционные смарт-контракты требуют полного выполнения всей логики на цепи, что не только приводит к высоким затратам на газ, но и ограничивает разработку сложных приложений. А механизм оффлайн-вычислений и онлайн-проверки Steel решает эту проблему. Например, в простом смарт-контракте необходимо определить, превышает ли баланс ERC20 определенного аккаунта 1, и увеличить переменную счетчика. Традиционный подход требует полного выполнения логики на цепи, тогда как Steel завершает вычисление оффлайн и генерирует доказательство нулевых знаний, а на цепи лишь проверяет это доказательство, без необходимости повторного выполнения логики контракта.
На данный момент RISC Zero выпустила Steel 1.0, и уже есть партнеры, которые успешно используют этот инструмент для разработки приложений. Например, в вызове контракта, обрабатывающем около 400 тысяч операций SLOAD, с помощью Steel вычисления были перенесены в оффлайн, а затем на цепи была проверена сгенерированная доказательство нулевых знаний. Стоимость генерации доказательства составляет менее 10 долларов, а стоимость проверки на цепи менее 300 тысяч Gas.
Kailua: гибридное решение ZK, способствующее инновациям в архитектуре Rollup
После выпуска Zeth RISC Zero представила Kailua, предлагающую гибридное решение ZK Rollup для оптимистичных Rollup. Традиционным оптимистическим Rollup обычно требуется 7 дней на период вызова, что приводит к медленной окончательности транзакций, в то время как ZK Rollup может быстро достигать окончательности, но затраты на постоянное создание доказательств нулевых знаний слишком высоки. Kailua сочетает преимущества обоих, достигая баланса между затратами и эффективностью с помощью гибридной архитектуры. В качестве расширения фреймворка Optimism Kona Kailua поддерживает запуск неизмененного Kona на zkVM и вводит инновационный механизм разрешения споров, снижая требования к залогу и уменьшая задержки окончательности, тем самым повышая эффективность и доступность системы.
В архитектуре Kailua механизм разрешения споров имеет совершенно новый дизайн. Во-первых, его механизм разрешения споров отменяет временные ограничения, позволяя проверяющим иметь достаточное время для генерации доказательства в случае особых ситуаций, таких как сетевые сбои, тем самым повышая устойчивость системы. Даже в экстремальных условиях расширяемая архитектура RISC Zero zkVM может завершить доказательство в течение часа. Кроме того, функция по запросу проверки Kailua позволяет разработчикам гибко настраивать частоту проверки, чтобы по более низкой стоимости постепенно переходить к полностью проверяемой модели Rollup.
В отличие от ZK Rollup, в дизайне Kailua нет необходимости в постоянной генерации доказательств. Для Rollup с низкой частотой пустых блоков или с особыми требованиями к контрактам Kailua предлагает более экономически эффективный выбор. Кроме того, Kailua значительно снизил требования к залогу для Rollup. Залоги традиционного оптимистичного Rollup будут линейно увеличиваться с увеличением длительности периода окончательности, в то время как оптимизированный дизайн Kailua фиксирует требования к залогу, позволяя системе поддерживать безопасность и активность даже при длительных периодах с более низкими затратами.
На данный момент Kailua полностью открыт. Разработчики могут использовать его командный инструмент для развертывания локальной тестовой сети Optimism и быстро обновиться до сети, поддерживающей ZK доказательства о сбоях. Kailua также поддерживает моделирование предложений о сбое, помогая разработчикам понять, как проверяющие могут оспаривать ошибочные состояния через zkVM, что позволяет глубже понять механизм разрешения споров. В будущем Kailua также будет продолжать оптимизировать затраты и производительность, а также расширяться для поддержки большего количества фреймворков Rollup.
Резюме
Из вышеизложенного видно, что продуктовая матрица zkVM от RISC Zero способствует развитию технологии нулевых знаний в различных областях. Zeth и Kailua сосредоточены на оптимизации архитектуры Rollup, повышая эффективность проверки блоков и скорость разрешения споров. Bonsai предоставляет услуги удаленного доказательства, снижая зависимость от аппаратного обеспечения и эксплуатационных затрат, что позволяет разработчикам более эффективно создавать приложения. Blobstream Zero, благодаря эффективной проверке межсетевых данных, предоставляет надежную поддержку для модульной экосистемы блокчейнов. Кроме того, Steel снижает затраты на газ при выполнении смарт-контрактов за счет модели оффлайн-вычислений и онлайн-проверки.
Конечно, в процессе постоянного совершенствования продуктовой матрицы zkVM RISC Zero также активно продвигает инновации в базовых технологиях zkVM. Совсем недавно RISC Zero zkVM выпустила версию 1.2, в которой введен совершенно новый способ предварительной компиляции, позволяющий разработчикам развертывать логику предварительной компиляции вместе с приложением, а не встраивать ее в сам zkVM. Это означает, что разработчики могут добавлять новую логику предварительной компиляции, не изменяя контракты на проверку на цепи или настраивая конфигурацию проверяющих, и не прибегая к форкам или значительным изменениям в zkVM для достижения оптимизации производительности. Кроме того, благодаря определению предварительной компиляции приложением можно сократить вычислительные затраты на генерирование доказательств. Например, интеграция предварительной компиляции RSA в Automata сократила цикл выполнения с 39 миллионов до 217 тысяч, снизив затраты примерно в 180 раз.
С постоянной оптимизацией технологии zkVM ее потенциал будет постепенно проявляться в различных приложениях. Однако для более полного раскрытия этого потенциала все еще необходимо полагаться на сотрудничество в экосистеме и фактическое выполнение технологий.
