Стаття взята з ChainFeeds
Автор: LINDABELL
На нещодавній конференції Devcon ключовий член фонду Ethereum Джастін Дрейк запропонував пропозицію Beam Chain, плануючи оновити консенсусний рівень Ethereum за допомогою технологій zkSNARK та zkVM для підвищення масштабованості, безпеки та ефективності мережі. Це бачення також знову привернуло увагу до важливості zkVM. Як універсальна нульова знання віртуальна машина, zkVM може обробляти складні обчислення більш гнучким та ефективним способом, одночасно позбавляючи залежності від традиційної логіки смарт-контрактів.
Під впливом цієї тенденції проекти, такі як RISC Zero, Succinct та Cysic, вважаються важливими учасниками, що сприяють інноваціям у цій сфері. Зокрема, RISC Zero, завдяки своїй архітектурі zkVM на базі RISC-V, розробив ряд відкритих інструментів, таких як Zeth, Kailua та Bonsai, які не тільки підвищили продуктивність перевірки блоків і Rollup, але й надали технічну підтримку для оновлення ZK Ethereum.
Матриця продуктів екосистеми RISC zkVM: від основних технологій до прикладних сценаріїв
RISC Zero — це реалізація zkVM на основі архітектури команд RISC-V, як універсальна платформа для обчислень з нульовими знаннями, вона підтримує багато популярних мов програмування, таких як Rust і C++, і може виконувати будь-які обчислювальні завдання. На відміну від інших платформ нульових знань, RISC Zero має повністю відкриті доказники та перевіряючі, що дозволяє розробникам генерувати та перевіряти докази локально. Крім того, перевіряючий RISC Zero сумісний з різними платформами, що дозволяє адаптуватися до різних блокчейн-екосистем, спрощуючи процес розробки децентралізованих додатків.
У червні цього року RISC Zero випустив zkVM 1.0. zkVM 1.0 не тільки підтримує різні мови та складні обчислювальні завдання, але й використовує технологію Continuations, щоб розділити великі обчислення на кілька менших фрагментів, забезпечуючи ефективні паралельні обчислення та перевірку. Згідно з дорожньою картою, RISC Zero планує досягти 20-кратного підвищення продуктивності та зниження витрат zkVM до кінця 2024 року, оптимізація включає повне перенесення процесу доказування на GPU (вже виконано на 80%), впровадження нової схеми RISC-V v2, а також спеціальну оптимізацію для рекурсивних схем. Крім того, RISC Zero інтегрує низку прискорювальних модулів для алгоритмів RSA, Keccak, ECDSA тощо, щоб підвищити продуктивність завдань, пов'язаних з Ethereum, та криптографічних операцій.
Навколо основних можливостей zkVM RISC Zero також розробив ряд відкритих інструментів та продуктів. Наприклад, через мережу Bonsai для служби доказів розробники можуть генерувати нульові докази без спеціального апаратного забезпечення; за допомогою інструмента Steel можна перенести складні обчислення EVM на виконання поза ланцюгом, одночасно зберігаючи результати перевірними, знижуючи витрати на виконання на ланцюзі; а Blobstream Zero через з'єднання з шаром доступності даних Celestia пропонує більше можливостей для спільного використання та перевірки даних у модульній блокчейн-екосистемі.
Zeth: доводить, що весь блок Ethereum був правильно побудований
Zeth — це відкритий Ethereum нульовий доказ блоків, розроблений RISC Zero на основі його технології zkVM, який може перевірити дійсність блоків Ethereum через нульові докази без залежності від традиційних перевіряючих чи синхронізаційних комітетів. RISC Zero визначає Zeth як Type-0 zkEVM, який є повністю сумісним з протоколом Ethereum і підвищує ефективність розробки через повторне використання коду.
Співзасновник Ethereum Віталік Бутерін у статті «Different types of zk-EVMs» розділив zkEVM на чотири типи: Type-1 прагне до повної і безкомпромісної еквівалентності з Ethereum; Type-2 прагне до повної еквівалентності з EVM, але не є повністю еквівалентним Ethereum; Type-3 майже еквівалентний EVM; Type-4 повністю несумісний з Ethereum.
Завдяки високій продуктивності RISC Zero zkVM Zeth може завершити перевірку блоків Ethereum за кілька хвилин. Тестові дані показують, що Zeth може генерувати докази блоків зі швидкістю 1.1 МГц і розширювати GPU-кластери за допомогою функції «продовження (continuations)», підвищуючи швидкість до 4.7 МГц до 6.3 МГц. Ця оптимізація продуктивності також знижує витрати на генерацію доказів. За тестом, блок, що містить 182 транзакції, мав вартість генерації доказу лише 21.72 долара, а вартість кожної транзакції становила близько 0.11 долара.
Крім того, під час розробки Zeth команда RISC Zero повністю використала компоненти екосистеми Rust, такі як revm, ethers і alloy, що дозволяє розробникам швидко реалізувати функцію доказування блоків і застосувати її в різних сценаріях. Цей дизайн надає розробникам більше гнучкості, дозволяючи налаштовувати логіку побудови блоків відповідно до потреб і адаптуватися до майбутніх пропозицій щодо вдосконалення Ethereum.
На рівні застосування Zeth пропонує ефективні рішення для zk Rollup, легких клієнтів та міжланцюгових мостів. Традиційна побудова zk Rollup та zkEVM вимагає великих витрат часу та коштів, що може відлякати невеликі команди. З іншого боку, Zeth на базі модульної архітектури zkVM дозволяє розробникам легко налаштовувати логіку перевірки блоків. Наприклад:
zk Rollup: Zeth здатний швидко реалізувати доказ блоків, скорочуючи час розробки ZK Rollup та зменшуючи фінансові витрати.
Легкий клієнт: перевірка дійсності блоків без повторної побудови блоку, знижуючи витрати на експлуатацію.
Міжланцюговий міст: Zeth може перевірити правильність міжланцюгових даних за допомогою ZKP без витоку чутливої інформації на ланцюзі, зменшуючи залежність від третіх осіб та знижуючи ризик міжланцюгових атак.
У травні цього року Zeth успішно розширився, щоб підтримувати вилучення даних блоків Optimism з основної мережі Ethereum, генеруючи ZKP для перевірки правильності блоків, а також підтримуючи перевірку на ланцюзі. Іншими словами, з допомогою Zeth Optimism може більш ефективно перевіряти транзакції та вирішувати спори щодо транзакцій.
Bonsai: дозволяє розробникам генерувати докази без використання власного апаратного забезпечення
Bonsai — це віддалена служба доказів, спеціально розроблена для програм zkVM, яка дозволяє розробникам генерувати докази без використання власного апаратного забезпечення, вирішуючи конфлікт між обмеженими ресурсами обчислень на ланцюзі та високими витратами. Завдяки Bonsai розробники просто визначають необхідні для виконання програми zkVM та вхідні дані, Bonsai може виконувати обчислення у фоновому режимі та генерувати відповідні нульові докази. Цей процес повністю не вимагає від розробників розгортання додаткових апаратних засобів. Крім того, Bonsai використовує велику кількість кластерів GPU, що підтримують паралельну обробку кількох обчислювальних завдань. Крім того, Bonsai пропонує прості у використанні API та SDK інтерфейси, що дозволяє розробникам легко інтегрувати їх у вже існуючі системи, ще більше знижуючи складність розробки.
На основі цієї віддаленої служби доказів RISC Zero випустив відкритий інструмент Bonsai Pay, який об'єднує аутентифікацію OAuth2.0 та технологію ZKP, дозволяючи користувачам надсилати або отримувати токени в мережі Ethereum через обліковий запис Google. Наприклад, коли Аліса хоче перевести кошти Бобу, вона може ввести електронну адресу Google Боба та суму переказу через Bonsai Pay. Боб може увійти в Bonsai Pay, ввести свою електронну адресу та завершити аутентифікацію облікового запису Google. Bonsai Pay використовує OAuth 2.0 для генерації токена авторизації, доводячи, що Боб дійсно є власником цієї електронної адреси. Потім Bonsai Pay викликає службу доказів Bonsai, генеруючи нульовий доказ, який підтверджує, що обліковий запис Google Боба пов'язаний з адресою гаманця. Смарт-контракт після перевірки доказу розблокує кошти та переводить їх на адресу гаманця Боба.
Протягом усього процесу Bonsai Pay за допомогою технології ZKP підтвердив факт «пов'язаності облікового запису Google Боба з адресою гаманця», уникаючи при цьому витоку будь-якої конкретної інформації про обліковий запис Google.
Іншим важливим застосуванням Bonsai є Bonsai ZK ко-процесор (ZK Co-processor). Він використовує технологію нульових доказів, щоб перенести складні обчислювальні завдання з ланцюга на виконання поза ланцюгом, генеруючи незмінні докази для забезпечення правильності результатів. Крім того, розгортання ко-процесора Bonsai також є дуже простим, розробники повинні лише написати програму zkVM для обробки логіки та викликати Bonsai через простий смарт-контракт Solidity для виконання обчислень та перевірки результатів. Протягом усього процесу служба доказів Bonsai відповідає за генерацію нульових доказів обчислень поза ланцюгом, які можуть бути перевірені на ланцюзі.
Bonsai ZK ко-процесор підходить для ланцюгових додатків, які потребують високої продуктивності та низьких витрат. Наприклад, у DAO-управлінні він може перенести складні обчислення голосування на виконання поза ланцюгом, значно знижуючи витрати на газ на ланцюзі. Bonsai DAO Governor за допомогою ко-процесора зменшив вартість газу за голос до 50%, ефективно підвищуючи ефективність управління та знижуючи бар'єри для участі.
Boundless: верифікаційний рівень обчислень
У традиційних блокчейн-архітектурах, щоб забезпечити дійсність транзакцій, усі вузли повинні повторно виконувати всі обчислення кожної транзакції. Ця модель «глобального повторного виконання» хоч і забезпечує безпеку та узгодженість, але також призводить до надзвичайно високих витрат на обчислення. Щоб вирішити цю проблему, RISC Zero представив Boundless, дозволяючи одному вузлу завершити обчислення та згенерувати перевіряємий нульовий доказ, а іншим вузлам лише перевіряти цей доказ для підтвердження результату, не повторюючи виконання обчислень.
Boundless спростив процес перевірки за допомогою техніки рекурсивної комбінації. Він об'єднує кілька малих нульових доказів в одне загальне, що дозволяє перевіряючому перевіряти лише одне загальне свідчення, а не перевіряти всі етапи по черзі. Для подальшої оптимізації ефективності генерації нульових доказів Boundless має вбудовані спеціалізовані криптографічні прискорювальні схеми, що оптимізують ефективність поширених завдань, таких як обчислення хешів, перевірка цифрових підписів тощо.
Крім того, розробники, використовуючи Boundless, не потребують глибокого розуміння технології нульових доказів, їм просто потрібно використати знайомі мови програмування (такі як Rust або Solidity) для написання програм. Наразі Boundless відкритий для безкоштовного доступу для розробників. Розробники можуть швидко створювати та розгортати нульові додатки на будь-якому блокчейні, не мігруючи свої існуючі системи або оновлюючи контракти перевірки, користуючись послугами доказів, які надає Boundless.
Blobstream Zero: міст між ланцюгами zkVM для спрощення верифікації даних між ланцюгами
Blobstream Zero — це міжланцюговий міст на базі zkVM, розроблений у співпраці RISC Zero та Celestia, призначений для безшовного з'єднання шару доступності даних Celestia з існуючою модульною блокчейн-екосистемою. Завдяки обміну та перевірці даних на Celestia, Blobstream Zero реалізує зручнішу передачу та перевірку даних між ланцюгами.
Як повністю відкритий публічний продукт, Blobstream Zero дозволяє будь-якому проекту чи розробнику запускати локальні екземпляри та генерувати нульові докази. Крім того, Blobstream Zero також може підтримувати ZK ко-процесори. ZK ко-процесори по суті є інструментами обчислень поза ланцюгом, тому їм потрібні надійні дані для виконання обчислень. А Blobstream Zero може отримувати дані з блокчейнів, таких як Celestia, і може довести, що передані дані є надійними, генеруючи ZK докази.
Steel: нова парадигма смарт-контрактів з виконанням поза ланцюгом та перевіркою на ланцюзі
Steel — це відкритий інструмент, випущений RISC Zero, який використовує технологію zkVM для реалізації виконання смарт-контрактів, що можуть бути перевірені поза ланцюгом. Завдяки Steel розробники можуть перенести операції EVM з ланцюга на виконання поза ланцюгом, одночасно генеруючи нульові докази, що забезпечують справжність та перевірність результатів обчислень.
Традиційні смарт-контракти вимагають повноцінного виконання всієї логіки на ланцюзі, що не тільки має високі витрати на газ, але й обмежує розробку складних додатків. А механізм обчислень поза ланцюгом та перевірки на ланцюзі Steel вирішує цю проблему. Наприклад, у простому смарт-контракті перевіряється, чи є баланс ERC20 певного облікового запису більшим за 1, і збільшується змінна лічильника. Традиційні методи вимагають повного виконання логіки на ланцюзі, тоді як Steel виконує обчислення поза ланцюгом та генерує нульові докази, на ланцюзі лише потрібно перевірити докази, не повторюючи виконання логіки контракту.
Наразі RISC Zero випустив Steel 1.0, і вже є партнери, які успішно використовували цей інструмент для розробки додатків. Наприклад, у виклику контракту, що обробляє близько 400 тисяч операцій SLOAD, обчислення було перенесено на виконання поза ланцюгом за допомогою Steel, а потім на ланцюзі було перевірено згенеровані нульові докази. Вартість генерації доказу становила менше 10 доларів, а вартість перевірки на ланцюзі була нижчою за 300 тисяч газ.
Kailua: гібридне ZK рішення, що сприяє інноваціям архітектури Rollup
Після випуску Zeth RISC Zero представив Kailua, щоб надати оптимістичному Rollup гібридне рішення на основі ZK. Традиційний оптимістичний Rollup зазвичай потребує 7-денного періоду оскарження, що затримує остаточність транзакцій, в той час як ZK Rollup, хоча й може швидко досягти остаточності, має занадто великі витрати на постійну генерацію нульових доказів. Kailua поєднує переваги обох, досягаючи балансу між витратами та ефективністю. Як розширення фреймворка Optimism Kona, Kailua не лише підтримує незмінений Kona на zkVM, а також впроваджує новаторський механізм вирішення спорів, знижуючи вимоги до застави та зменшуючи затримки остаточності, підвищуючи ефективність та доступність системи.
У архітектурі Kailua механізм оскарження має абсолютно новий дизайн. По-перше, його механізм вирішення спорів скасовує часові обмеження, дозволяючи перевіряючим мати достатньо часу для генерації доказів у разі виникнення особливих ситуацій, таких як збої в мережі, що підвищує гнучкість системи. Навіть в екстремальних ситуаціях розширена архітектура RISC Zero zkVM все ще може завершити генерацію доказів за одну годину. Крім того, функція перевірки на вимогу Kailua дозволяє розробникам гнучко налаштовувати частоту перевірки, щоб поступово переходити до повністю перевіреного режиму Rollup за нижчими витратами.
На відміну від ZK Rollup, дизайн Kailua не вимагає постійної генерації доказів. Для низькочастотних пустих блоків або Rollup з особливими вимогами до контракту Kailua пропонує більш економічно вигідний варіант. Крім того, Kailua значно знижує вимоги до застави Rollup. Традиційні оптимістичні Rollup зазвичай вимагають лінійного збільшення застави з довгими періодами остаточності, тоді як оптимізований дизайн Kailua фіксує вимоги до застави, що дозволяє системі зберігати безпеку та активність навіть при довгих періодах за нижчими витратами.
Наразі Kailua повністю відкритий. Розробники можуть використовувати його командний інструмент для розгортання локальної тестової мережі Optimism та швидко оновитися до мережі, що підтримує ZK провали. Kailua також підтримує моделювання пропозицій про помилки, допомагаючи розробникам зрозуміти, як перевіряючі можуть оскаржити неправильний стан за допомогою zkVM, щоб глибше зрозуміти його механізм вирішення спорів. У майбутньому Kailua також планує подальшу оптимізацію витрат і продуктивності, а також розширення підтримки для більшої кількості фреймворків Rollup.
Резюме
З вище сказаного видно, що матриця продуктів zkVM від RISC Zero активно сприяє розвитку технології нульових доказів у багатьох сферах. Zeth та Kailua зосереджені на оптимізації архітектури Rollup, підвищуючи ефективність перевірки блоків та швидкість вирішення спорів. Bonsai надає віддалені послуги доказів, знижуючи залежність від апаратного забезпечення та витрати на експлуатацію, що дозволяє розробникам більш ефективно створювати додатки. А Blobstream Zero через ефективну перевірку міжланцюгових даних надає надійну підтримку для модульних блокчейн-екосистем. Крім того, Steel через обчислення поза ланцюгом і перевірку на ланцюзі знижує витрати на виконання смарт-контрактів.
Звичайно, під час постійного вдосконалення матриці продуктів zkVM RISC Zero також продовжує сприяти інноваціям в основних технологіях zkVM. Нещодавно RISC Zero zkVM випустив версію 1.2, яка вводить абсолютно новий спосіб попередньої компіляції, що дозволяє розробникам розгортати логіку попередньої компіляції разом із програмами, не вбудовуючи її в сам zkVM. Це означає, що розробники можуть додавати нову логіку попередньої компіляції без необхідності змінювати контракти перевірки на ланцюзі або координувати налаштування доказників, і без необхідності розгалуження або суттєвих змін у zkVM для досягнення оптимізації продуктивності. Крім того, визначення попередньої компіляції через застосування також може зменшити витрати на генерацію доказів. Наприклад, інтегрувавши попередню компіляцію RSA, Automata зменшив цикл виконання з 39 мільйонів до 217 тисяч, знизивши витрати приблизно в 180 разів.
З розвитком технології zkVM її потенціал буде поступово проявлятися в різних сценаріях застосування, але для кращого вивільнення цього потенціалу все ще потрібно покладатися на екосистемну співпрацю та реальні результати технологічного впровадження.
