Автор: LINDABELL

На недавній конференції Devcon ключовий член фонду Ethereum Джастін Дрейк запропонував пропозицію Beam Chain, плануючи модернізувати рівень консенсусу Ethereum за допомогою технологій zkSNARK та zkVM, щоб підвищити масштабованість, безпеку та ефективність мережі. Це бачення ще раз акцентувало важливість zkVM. Як універсальна машина нульових знань, zkVM може обробляти складні обчислення більш гнучко та ефективно, при цьому звільняючись від залежності від традиційної логіки смарт-контрактів.

Під впливом цієї тенденції проекти, такі як RISC Zero, Succinct і Cysic, вважаються важливими учасниками, що сприяють інноваціям у цій сфері. Зокрема, RISC Zero, завдяки базованій на архітектурі RISC-V zkVM, розробив ряд відкритих інструментів, таких як Zeth, Kailua і Bonsai, які не лише підвищили продуктивність перевірки блоків і Rollup, але й надали технічну підтримку для оновлення Ethereum до ZK.

Продуктова матриця екосистеми RISC zkVM: від основних технологій до сценаріїв застосування

RISC Zero є реалізацією zkVM на основі архітектури інструкцій RISC-V. Як універсальна платформа нульових знань, вона підтримує багато основних мов програмування, таких як Rust та C++, що дозволяє виконувати практично будь-які обчислювальні завдання. На відміну від інших платформ нульових знань, доказувачі та перевіряльники RISC Zero повністю відкриті, що дозволяє розробникам генерувати та перевіряти докази локально. Крім того, перевірник RISC Zero сумісний з різними платформами, що дозволяє адаптувати його до різних екосистем блокчейну та спрощує процес розробки децентралізованих застосувань.

У червні цього року RISC Zero випустив zkVM 1.0. zkVM 1.0 не лише підтримує багато мов і складні обчислювальні завдання, але й використовує технологію продовжень, щоб розділити великомасштабні обчислення на кілька невеликих частин, 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 повний перехід процесу підтвердження на GPU (завершено на 80%), впровадження нового дизайну RISC-V v2, а також спеціальну оптимізацію для рекурсивних кіл. Тим часом RISC Zero інтегрує низку прискорювальних модулів для алгоритмів RSA, Keccak, ECDSA та ін., щоб підвищити продуктивність завдань Ethereum та криптографічних операцій.

Навколо основних можливостей zkVM, RISC Zero також розробив ряд відкритих інструментів і продуктів. Наприклад, через мережу Bonsai користувачі можуть генерувати нульові докази без спеціального апаратного забезпечення; за допомогою інструмента Steel можна перенести складні обчислення EVM у середовище поза ланцюгом, при цьому зберігаючи результати перевіреними, що знижує витрати на виконання в ланцюзі; Blobstream Zero, у свою чергу, через мости Celestia забезпечує більше можливостей для обміну та перевірки даних у модульних екосистемах блокчейну.

Zeth: Доказ правильності побудови цілого блоку Ethereum

Zeth - це відкритий засіб для перевірки нульових знань блоків Ethereum, розроблений RISC Zero на основі його технології zkVM, який може перевіряти дійсність блоків Ethereum за допомогою нульових доказів, не покладаючись на традиційних перевірників або синхронні комітети. RISC Zero визначає Zeth як Type-0 zkEVM, повністю сумісний з протоколом Ethereum, і за допомогою повторного використання коду підвищує ефективність розробки.

Співзасновник Ethereum Віталік Бутерін у статті "Різні типи zk-EVM" поділив zkEVM на чотири типи, де Type-1 прагне до повної та 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 зовсім не сумісний 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 завдяки функції "продовження" розширити кластери GPU, підвищуючи швидкість до 4,7 МГц до 6,3 МГц. Це оптимізація продуктивності також знижує витрати на генерацію доказів. Згідно з тестами, доказ генерації блоку, що містить 182 транзакції, складав всього 21,72 долара, а вартість кожної транзакції становила близько 0,11 долара.

Під час розробки Zeth команда RISC Zero повною мірою скористалася компонентами екосистеми Rust, такими як revm, ethers і alloy, що дозволило розробникам швидко реалізувати функціональність перевірки блоків і застосувати її в різних сценаріях. Цей дизайн забезпечує розробників більшою гнучкістю, дозволяючи коригувати логіку побудови блоків відповідно до потреб та адаптуватися до майбутніх пропозицій щодо покращення Ethereum.

На прикладному рівні, Zeth пропонує ефективні рішення для zk Rollup, легких клієнтів та крос-ланцюгових мостів. Традиційна побудова zk Rollup і zkEVM вимагає значних витрат часу та коштів, що змушує маленькі команди відмовлятися від цього. А Zeth, базуючись на модульній архітектурі zkVM, дозволяє розробникам легко налаштовувати логіку перевірки блоків. Наприклад:

  • zk Rollup: Zeth може швидко реалізувати докази блоків, що може скоротити цикл розробки ZK Rollup та знизити фінансові витрати.

  • Легкий клієнт: не потрібно повторно будувати блоки для перевірки їх дійсності, що знижує витрати на експлуатацію.

  • Крос-ланцюговий міст: Zeth може перевіряти правильність крос-ланцюгових даних за допомогою ZKP без розкриття чутливої інформації в ланцюзі, що знижує залежність від третіх сторін і зменшує ризик крос-ланцюгових атак.

У травні цього року Zeth успішно розширився, щоб підтримувати видобуток даних блоків Optimism з основної мережі Ethereum та генерувати ZKP для перевірки правильності блоків, також підтримуючи перевірку в ланцюзі. Це означає, що завдяки Zeth Optimism може більш ефективно перевіряти транзакції та вирішувати суперечки.

Bonsai: дозволяє розробникам генерувати докази без використання власного апаратного забезпечення

Bonsai - це послуга віддаленого підтвердження, спеціально розроблена для застосувань zkVM, яка дозволяє розробникам генерувати підтвердження без використання власного апаратного забезпечення, що вирішує конфлікт між обмеженими ресурсами обчислень у ланцюзі та високими витратами. За допомогою Bonsai розробники просто визначають необхідні для виконання програми zkVM та вхідні дані, а Bonsai виконує обчислення у фоновому режимі та генерує відповідні нульові докази. Цей процес не вимагає від розробників розгортання додаткового апаратного забезпечення. Крім того, Bonsai використовує велику кількість кластерів GPU, що підтримує паралельну обробку численних обчислювальних завдань. Крім того, Bonsai надає простий у використанні API та SDK, що дозволяє розробникам легко інтегрувати його в існуючі системи, ще більше спрощуючи процес розробки.

На основі цієї віддаленої служби підтвердження RISC Zero представив відкритий інструмент Bonsai Pay, який поєднує ідентифікацію OAuth2.0 та технологію ZKP, що дозволяє користувачам надсилати або отримувати токени в мережі Ethereum через обліковий запис Google. Наприклад, коли Аліса хоче перевести кошти Бобу, вона може ввести електронну пошту Боба та суму переказу через Bonsai Pay. Боб потім може увійти до Bonsai Pay, ввести адресу електронної пошти та завершити ідентифікацію облікового запису Google. Bonsai Pay використовує OAuth 2.0 для генерації авторизаційного токена, доводячи, що Боб дійсно є власником цієї електронної пошти. Після цього Bonsai Pay викликає службу підтвердження Bonsai, генеруючи нульовий доказ, що доводить, що обліковий запис Google Боба пов'язаний з адресою гаманця. Смарт-контракт перевіряє доказ, після чого розблоковує кошти та переводить їх на адресу гаманця Боба.

Протягом усього процесу Bonsai Pay перевірив факт "обліковий запис Google Боба пов'язаний з адресою гаманця", уникнувши розкриття будь-якої конкретної інформації про обліковий запис Google.

Ще одне важливе застосування Bonsai - це спільний процесор Bonsai ZK (ZK Co-processor). Він переносить складні обчислювальні завдання з ланцюга в середу поза ланцюгом за допомогою технології нульових доказів, і генерує незмінні докази, щоб забезпечити правильність результатів. Крім того, розгортання спільного процесора Bonsai також є надзвичайно простим, розробники можуть просто написати програму zkVM для обробки логіки та через простий контракт Solidity викликати Bonsai, виконуючи обчислення та перевіряючи результати. Протягом усього процесу служба підтвердження Bonsai відповідає за генерацію нульових доказів обчислень поза ланцюгом, які можуть бути перевірені в ланцюзі.

Bonsai ZK спільний процесор підходить для потреб високої продуктивності та низької вартості ланцюгових застосувань. Наприклад, у DAO управлінні він може перемістити складні обчислення голосування до середовища поза ланцюгом, значно знизивши витрати на Gas у ланцюзі. Bonsai DAO Governor зменшив витрати на Gas для кожного голосу на понад 50%, що ефективно підвищило ефективність управління та знизило бар'єри для участі.

Boundless: перевірений обчислювальний шар

У традиційній архітектурі блокчейну для забезпечення дійсності транзакцій усі вузли повинні повторно виконувати всі обчислення для кожної транзакції. Ця модель "глобального повторного виконання", хоча й забезпечує безпеку та узгодженість, також призводить до високих витрат на обчислення. Щоб вирішити цю проблему, RISC Zero представив Boundless, який дозволяє одному вузлу виконати обчислення та згенерувати перевірений нульовий доказ, інші вузли лише перевіряють цей доказ, щоб підтвердити результат, без повторного виконання обчислень.

Boundless спростив процес перевірки за допомогою технології рекурсивного комбінування. Він об'єднує кілька малих нульових доказів в одне загальне, що дозволяє перевіряльникам перевіряти лише один загальний доказ, без необхідності перевіряти всі етапи окремо. Щоб далі оптимізувати ефективність генерації нульових доказів, Boundless вбудував спеціалізовані криптографічні прискорювальні кола, оптимізуючи ефективність таких звичайних завдань, як обчислення хешу, перевірка цифрового підпису тощо.

Крім того, розробники, користуючись Boundless, не потребують глибокого розуміння технології нульових доказів, вони можуть просто використовувати знайомі мови програмування (наприклад, Rust або Solidity) для написання застосунків. Наразі Boundless вже доступний для безкоштовного доступу для розробників. Розробники можуть швидко створювати та розгортати застосунки нульових доказів на будь-якому блокчейні, користуючись службою підтвердження, що надається Boundless, без необхідності мігрувати існуючі системи або оновлювати контракти верифікації.

Blobstream Zero: спрощення перевірки даних між ланцюгами в zkVM крос-ланцюговому мосту

Blobstream Zero - це крос-ланцюговий міст на основі zkVM, запущений RISC Zero у співпраці з Celestia, який має на меті безшовно підключити шар доступності даних Celestia до існуючої модульної екосистеми блокчейну. Завдяки спільному використанню та перевірці даних на Celestia, Blobstream Zero реалізує зручніший обмін даними та перевірку між ланцюгами.

Як повністю відкритий публічний продукт, Blobstream Zero дозволяє будь-якому проекту або розробнику запускати локальні екземпляри та генерувати нульові докази. Крім того, Blobstream Zero також може надавати підтримку для ZK спільних процесорів. ZK спільний процесор по суті є інструментом обчислень поза ланцюгом, отже, потребує надійних даних для виконання обчислень. А Blobstream Zero може отримувати дані з таких блокчейнів, як Celestia, і може генерувати ZK докази, щоб довести, що передані дані є надійними.

Steel: нова парадигма смарт-контрактів з виконанням поза ланцюгом та перевіркою в ланцюзі

Steel - це відкритий інструмент, запущений RISC Zero, який використовує технологію zkVM для реалізації перевірених смарт-контрактів поза ланцюгом. Завдяки Steel розробники можуть перенести операції EVM з ланцюга в середу поза ланцюгом, генеруючи нульові докази, щоб забезпечити справжність та перевіреність результатів обчислень.

Традиційні смарт-контракти повинні повністю виконувати всю логіку в ланцюзі, що не лише призводить до високих витрат на Gas, але й обмежує розробку складних застосувань. А механізм обчислень поза ланцюгом та перевірки в ланцюзі Steel вирішує цю проблему. Наприклад, у простому смарт-контракті, де потрібно перевірити, чи є баланс ERC20 певного облікового запису більшим за 1, та інкрементувати змінну лічильника. Традиційний метод вимагає повного виконання логіки в ланцюзі, тоді як Steel завершує обчислення поза ланцюгом і генерує нульовий доказ, в ланцюзі лише потрібно перевірити доказ, без повторного виконання логіки контракту.

На даний момент RISC Zero випустив Steel 1.0, і вже є партнери, які успішно використали цей інструмент для розробки застосунків. Наприклад, у виклику контракту, що обробляє близько 400 тисяч операцій SLOAD, Steel переніс обчислення у середовище поза ланцюгом, а потім перевірив згенерований нульовий доказ в ланцюзі. Витрати на генерацію доказів становлять менше 10 доларів, тоді як витрати на перевірку в ланцюзі становлять менше 300 тисяч Gas.

Kailua: Спонукає до інновацій у архітектурі Rollup з гібридним ZK рішенням

Після випуску Zeth, RISC Zero представив Kailua, щоб надати оптимістичному Rollup гібридний ZK Rollup для оновлення. Традиційний оптимістичний Rollup зазвичай потребує 7 днів для періоду оскарження, що призводить до затримки фіналізації транзакцій, тоді як ZK Rollup, хоча й може швидко реалізувати фіналізацію, має занадто високі витрати на постійне генерування нульових доказів. Kailua поєднує переваги обох підходів, досягаючи балансу між витратами та ефективністю. Як розширення фреймворку Optimism Kona, Kailua не лише підтримує незмінний Kona на zkVM, але й впроваджує інноваційний механізм вирішення суперечок, знижуючи вимоги до застави та зменшуючи затримки фіналізації, що підвищує ефективність та доступність системи.

У архітектурі Kailua механізм оскарження має абсолютно новий дизайн. По-перше, його механізм вирішення суперечок скасовує часові обмеження, дозволяючи перевіряльникам мати достатньо часу для генерації доказів у разі особливих обставин, таких як збої в мережі, що підвищує стійкість системи. Навіть у крайніх випадках розширена архітектура RISC Zero zkVM може завершити генерацію доказів протягом години. Крім того, функція верифікації на вимогу Kailua дозволяє розробникам гнучко налаштовувати частоту верифікації, щоб поступово переходити до повного режиму верифікації Rollup за нижчими витратами.

На відміну від ZK Rollup, дизайн Kailua не вимагає постійного генерування доказів. Для рідкісних пустих блоків або Rollup з особливими вимогами до контрактів Kailua пропонує більш економічно ефективний вибір. Крім того, Kailua значно знижує вимоги до застави Rollup. Обсяги застави традиційного оптимістичного Rollup лінійно зростатимуть з довгими періодами фіналізації, тоді як оптимізований дизайн Kailua фіксує вимоги до застави, що дозволяє системі підтримувати безпеку та активність навіть за довгих періодів за нижчими витратами.

На даний момент Kailua повністю відкритий. Розробники можуть використовувати його командний інтерфейс для розгортання локальної тестової мережі Optimism і швидкого оновлення до мережі, що підтримує ZK-докази на помилку. Kailua також підтримує імітацію пропозицій про помилки, допомагаючи розробникам зрозуміти, як перевіряльники через zkVM кидають виклик помилковим станам, що дозволяє глибше зрозуміти механізми вирішення суперечок. У майбутньому Kailua також буде далі оптимізувати витрати та продуктивність, а також розширюватись до підтримки більшої кількості фреймворків Rollup.

Висновок

З вищевказаного видно, що продуктова матриця zkVM RISC Zero сприяє розвитку технології нульових доказів у багатьох сферах. Zeth і Kailua зосереджені на оптимізації архітектури Rollup, підвищуючи ефективність перевірки блоків і швидкість вирішення суперечок. Bonsai надає віддалену службу підтвердження, знижуючи залежність від апаратного забезпечення та експлуатаційні витрати, що дозволяє розробникам більш ефективно створювати застосування. А Blobstream Zero через ефективну перевірку крос-ланцюгових даних надає надійну підтримку для модульних екосистем блокчейну. Крім того, Steel за допомогою моделі виконання поза ланцюгом та перевірки в ланцюзі знижує витрати на Gas при виконанні смарт-контрактів.

Звичайно, постійно вдосконалюючи продуктову матрицю zkVM, RISC Zero також продовжує сприяти інноваціям у базових технологіях zkVM. Нещодавно RISC Zero zkVM випустив версію 1.2, впровадивши абсолютно новий спосіб попередньої компіляції, що дозволяє розробникам розгортати логіку попередньої компіляції разом з програмою, без необхідності вбудовувати її в саму zkVM. Це означає, що розробники можуть додавати нову логіку попередньої компіляції без необхідності модифікувати верифікаційний контракт у ланцюзі або координувати налаштування доказувачів, а також без необхідності форкати або вносити суттєві зміни до zkVM для досягнення оптимізації продуктивності. Крім того, визначаючи попередню компіляцію через застосування, можна зменшити витрати на генерацію доказів. Наприклад, після інтеграції RSA попередньої компіляції, Automata скоротив цикл виконання з 39 мільйонів до 217 тисяч, знизивши витрати приблизно в 180 разів.

З постійною оптимізацією технології zkVM її потенціал розвитку поступово проявиться в багатьох сценаріях застосування, але для кращого вивільнення цього потенціалу все ще необхідна екосистемна співпраця та реальна реалізація технологій.