Lors de la récente conférence Devcon, Justin Drake, membre principal de la Fondation Ethereum, a présenté la proposition Beam Chain, visant à mettre à niveau la couche de consensus d’Ethereum grâce aux technologies zkSNARK et zkVM afin d’améliorer l’évolutivité, la sécurité et l’efficacité du réseau. Cette vision a une fois de plus attiré l’attention sur l’importance de zkVM. En tant que machine virtuelle à usage général à connaissance nulle, zkVM peut gérer des calculs complexes de manière plus flexible et plus efficace, tout en éliminant la dépendance à la logique traditionnelle des contrats intelligents.

Sous l'impulsion de cette tendance, des projets tels que RISC Zero, Succinct et Cysic sont considérés comme des acteurs clés dans la promotion de l'innovation dans ce domaine. Parmi eux, RISC Zero, avec son zkVM basé sur l'architecture RISC-V, a développé une série d'outils open-source, notamment Zeth, Kailua et Bonsai. Ces outils améliorent non seulement la validation de la blockchain et les performances de rollup, mais fournissent également un support technique pour la mise à niveau ZK d'Ethereum.

Matrice de produits de l'écosystème RISC zkVM : de la technologie de base aux applications de scénario

RISC Zero est une implémentation zkVM basée sur l'architecture de jeu d'instructions RISC-V. En tant que plateforme informatique à connaissance zéro polyvalente, elle prend en charge plusieurs langages de programmation grand public, tels que Rust et C++, et peut exécuter presque toutes les tâches de calcul. Comparé à d'autres plates-formes de technologie à connaissance zéro, les prouveurs et les vérificateurs de RISC Zero sont entièrement open source, permettant aux développeurs de générer et de vérifier localement des preuves. De plus, le vérificateur de RISC Zero est compatible avec plusieurs plates-formes, s'adaptant à divers écosystèmes de blockchain et simplifiant le processus de développement d'applications décentralisées.

En juin de cette année, RISC Zero a publié zkVM 1.0. Cette version prend en charge non seulement plusieurs langues et des tâches computationnelles complexes, mais elle utilise également la technologie des Continuations pour diviser les calculs à grande échelle en segments plus petits, permettant une computation et une vérification parallèles efficaces. Selon la feuille de route, RISC Zero prévoit d'obtenir une amélioration de 20 fois des performances et des coûts de zkVM d'ici la fin de 2024. Les optimisations comprennent la migration complète du processus de preuve vers les GPU (80% terminée), l'introduction de nouvelles conceptions de circuits RISC-V v2, et des optimisations ciblées pour les circuits récursifs. En même temps, RISC Zero intègre une série de modules d'accélération pour des algorithmes tels que RSA, Keccak et ECDSA afin d'améliorer les performances des tâches liées à Ethereum et des opérations cryptographiques.

Autour des capacités centrales de zkVM, RISC Zero a également développé une série d'outils et de produits open source. Par exemple, avec le réseau Bonsai, les développeurs peuvent générer des preuves de connaissance zéro sans matériel dédié ; l'outil Steel permet de déplacer des calculs EVM complexes vers des environnements hors chaîne tout en maintenant des résultats vérifiables, réduisant ainsi les coûts d'exécution sur chaîne ; et Blobstream Zero relie la couche de disponibilité des données Celestia, offrant ainsi plus de possibilités de partage et de validation des données au sein de l'écosystème modulaire de la blockchain.

Zeth: Prouver la construction correcte de blocs entiers Ethereum

Zeth, un prouveur de bloc à connaissance zéro Ethereum open-source développé par RISC Zero basé sur sa technologie zkVM, peut valider la validité des blocs Ethereum grâce à des preuves à connaissance zéro sans avoir recours à des validateurs traditionnels ou à des comités de synchronisation. RISC Zero définit Zeth comme un zkEVM de type 0, entièrement compatible avec le protocole Ethereum et améliore l'efficacité du développement grâce à la réutilisation du code.

Dans son article «Différents types de zk-EVMsLe cofondateur d'Ethereum, Vitalik Buterin, a classé les zkEVM en quatre types : le Type-1 vise une équivalence complète et sans compromis avec Ethereum ; le Type-2 cherche une équivalence totale avec l'EVM mais pas avec Ethereum dans son ensemble ; le Type-3 est presque équivalent à l'EVM ; et le Type-4 est totalement incompatible avec Ethereum.

Grâce aux hautes performances de la zkVM de RISC Zero, Zeth peut effectuer la vérification des blocs Ethereum en quelques minutes seulement. Les données de test montrent que Zeth peut générer des épreuves de bloc à une vitesse de 1,1 MHz, et en tirant parti de la fonction « continuations » pour étendre les clusters GPU, la vitesse peut être augmentée entre 4,7 MHz et 6,3 MHz. Cette optimisation des performances réduit également le coût de génération des preuves. Selon les tests, le coût de génération d’une preuve pour un bloc contenant 182 transactions n’est que de 21,72 $, le coût par transaction étant d’environ 0,11 $.

En développant Zeth, l'équipe RISC Zero a fait pleinement usage des composants de l'écosystème Rust, tels que revm, ethers et alloy, permettant aux développeurs d'implémenter rapidement la fonctionnalité de preuve de bloc et de l'appliquer dans divers scénarios. Cette conception offre aux développeurs plus de flexibilité, leur permettant d'ajuster la logique de construction des blocs et de s'adapter aux futures propositions d'amélioration d'Ethereum.

Au niveau de l'application, Zeth offre des solutions efficaces pour les zk Rollups, les clients légers et les ponts inter-chaînes. Les zk Rollups traditionnels et la construction zkEVM nécessitent du temps et des financements importants, ce qui peut dissuader les petites équipes. Cependant, Zeth, basé sur son architecture modulaire zkVM, permet aux développeurs de personnaliser facilement la logique de vérification des blocs. Par exemple:

• zk Rollup : Zeth permet une génération rapide de la preuve de bloc, raccourcissant les cycles de développement et réduisant les besoins de financement pour les zk Rollups.
• Clients légers : Zeth permet la vérification de la validité des blocs sans avoir besoin de reconstruire le bloc, ce qui permet de réduire les coûts opérationnels.
• Ponts inter-chaînes : Zeth utilise ZKP pour vérifier la correction des données inter-chaînes sans divulguer d'informations sensibles sur la chaîne, réduisant ainsi la dépendance à l'égard de la confiance tiers et minimisant les risques d'attaque inter-chaînes.

En mai de cette année, Zeth a réussiélargipour supporter l'extraction des données de bloc Optimism depuis Ethereum mainnet et générer des preuves à divulgation nulle de connaissance pour vérifier la correction des blocs, tout en supportant la vérification on-chain. Cela signifie qu'avec Zeth, Optimism peut vérifier les transactions de manière plus efficace et résoudre les litiges de transaction.

Bonsaï : permettre aux développeurs de générer des preuves sans utiliser leur propre matériel

Bonsai est un service de preuve à distance conçu spécifiquement pour les applications zkVM, permettant aux développeurs de générer des preuves sans utiliser leur propre matériel, résolvant ainsi le dilemme des ressources limitées de calcul sur la chaîne et des coûts élevés. Avec Bonsai, les développeurs n'ont qu'à définir l'application zkVM et les données d'entrée à exécuter, et Bonsai se charge du calcul en arrière-plan et génère les preuves à connaissance zéro correspondantes. Ce processus ne nécessite aucun déploiement matériel supplémentaire de la part des développeurs. De plus, Bonsai exploite un grand cluster de GPU pour prendre en charge le traitement parallèle de plusieurs tâches de calcul. De plus, Bonsai fournit des API et des interfaces SDK faciles à utiliser, permettant aux développeurs de l'intégrer facilement aux systèmes existants, réduisant ainsi davantage la complexité du développement.

Sur la base de ce service de preuve à distance, RISC Zero a lancé l'outil open-source Bonsai Pay, qui combine l'authentification OAuth2.0 et la technologie ZKP, permettant aux utilisateurs d'envoyer ou de recevoir des jetons sur le réseau Ethereum en utilisant leurs comptes Google. Par exemple, lorsque Alice souhaite transférer des fonds à Bob, elle peut saisir l'e-mail Google de Bob et le montant du transfert via Bonsai Pay. Bob se connecte ensuite à Bonsai Pay et saisit son adresse e-mail pour compléter l'authentification du compte Google. Bonsai Pay utilise OAuth 2.0 pour générer un jeton d'autorisation, prouvant que Bob est bien le propriétaire de cette adresse e-mail. Bonsai Pay appelle ensuite le service de preuve Bonsai pour générer une preuve de connaissance nulle, démontrant que le compte Google de Bob est lié à son adresse de portefeuille. Après que le contrat intelligent a vérifié la preuve, il débloque les fonds et les transfère à l'adresse de portefeuille de Bob.

Tout au long de ce processus, Bonsai Pay utilise la technologie ZKP pour vérifier le fait que le compte Google de Bob est lié à son adresse de portefeuille, tout en évitant toute fuite d'informations spécifiques au compte Google.

Une autre application importante de Bonsai est le co-processeur ZK de Bonsai (ZK Co-processor). Il utilise la technologie de preuve à divulgation nulle pour transférer des tâches informatiques complexes de la chaîne vers l'extérieur de la chaîne, et génère des preuves infalsifiables pour garantir la correction des résultats. En même temps, le déploiement du co-processeur Bonsai est également très simple. Les développeurs n'ont qu'à écrire une application zkVM pour traiter la logique, et appeler Bonsai via un contrat Solidity simple pour exécuter le calcul et vérifier les résultats. Tout au long du processus, le service de preuve de Bonsai est responsable de générer des preuves de divulgation nulle externes qui peuvent être vérifiées sur la chaîne.

Le co-processeur Bonsai ZK est adapté aux applications on-chain qui requièrent des performances élevées et des coûts réduits. Par exemple, dans la gouvernance DAO, il peut déplacer les calculs de vote complexes off-chain, réduisant ainsi de manière significative les frais de Gas on-chain. Le gouverneur Bonsai DAO, via le co-processeur, réduit le coût en Gas par vote de plus de 50 %, améliorant ainsi efficacement l'efficacité de la gouvernance et abaissant le seuil de participation.

Illimité : Couche de calcul vérifiable

Dans les architectures blockchain traditionnelles, pour garantir la validité des transactions, chaque nœud doit exécuter de manière redondante toutes les opérations pour chaque transaction. Bien que ce modèle de "réexécution globale" garantisse la sécurité et la cohérence, il entraîne également des coûts computationnels extrêmement élevés. Pour résoudre ce problème, RISC Zero a introduit Boundless, qui permet à un seul nœud d'effectuer le calcul et de générer une preuve de connaissance nulle vérifiable. Les autres nœuds n'ont qu'à vérifier la preuve pour confirmer le résultat, éliminant ainsi la nécessité de réexécuter le calcul.

Boundless simplifies the verification process through recursive composition technology. It combines multiple small zero-knowledge proofs into a single overall proof, so that verifiers only need to check one total proof, rather than verifying each proof from all stages individually. To further optimize the efficiency of zero-knowledge proof generation, Boundless includes specialized cryptographic acceleration circuits, enhancing the efficiency of common tasks like hash computation and digital signature verification.

De plus, les développeurs utilisant Boundless n'ont pas besoin de comprendre en profondeur la technologie de la preuve de connaissance nulle. Ils peuvent simplement écrire des applications en utilisant des langages de programmation familiers, tels que Rust ou Solidity. Actuellement, Boundless est ouvert gratuitement aux développeurs, leur permettant de construire et de déployer rapidement des applications de preuve de connaissance nulle sur n'importe quelle blockchain sans migrer les systèmes existants ou mettre à jour les contrats de vérification.

Blobstream Zero: Passerelle inter-chaînes basée sur zkVM pour une validation simplifiée des données inter-chaînes

Blobstream Zero est un pont inter-chaînes basé sur zkVM lancé par RISC Zero en collaboration avec Celestia, conçu pour connecter de manière transparente la couche de disponibilité des données de Celestia à l'écosystème existant de la blockchain modulaire. En partageant et en validant les données sur Celestia, Blobstream Zero facilite le transfert et la validation plus pratiques des données entre les blockchains.

En tant que produit public entièrement open source, Blobstream Zero permet à tout projet ou développeur d'exécuter une instance locale et de générer des preuves de connaissance nulle. De plus, Blobstream Zero prend en charge les co-processeurs ZK. Un co-processeur ZK est essentiellement un outil de calcul hors chaîne qui nécessite des données fiables pour effectuer des calculs. Blobstream Zero peut récupérer des données à partir de blockchains telles que Celestia et, en générant des preuves ZK, peut vérifier la fiabilité des données transmises.

Steel: Un nouveau paradigme pour l'exécution hors chaîne et la vérification sur chaîne des contrats intelligents

Steel est un outil open-source lancé par RISC Zero qui utilise la technologie zkVM pour permettre l'exécution vérifiable hors chaîne de contrats intelligents. Avec Steel, les développeurs peuvent décharger les opérations EVM de la chaîne vers une exécution hors chaîne, tout en générant des preuves à connaissance zéro pour garantir l'authenticité et la vérifiabilité des résultats de calcul.

Les contrats intelligents traditionnels nécessitent que l'ensemble de la logique soit exécutée on-chain, ce qui entraîne des coûts élevés en gaz et limite le développement d'applications complexes. Le mécanisme de calcul hors chaîne et de vérification on-chain de Steel résout ce problème. Par exemple, dans un contrat intelligent simple qui vérifie si le solde ERC20 d'un compte est supérieur à 1 et incrémente une variable de compteur, les méthodes traditionnelles nécessitent que la logique soit entièrement exécutée on-chain. Cependant, avec Steel, le calcul est effectué hors chaîne et une preuve de connaissance nulle est générée. Le processus on-chain ne nécessite que la vérification de la preuve, ce qui élimine la nécessité de réexécuter la logique du contrat.

Actuellement, RISC Zero a publié Steel 1.0, et plusieurs partenaires ont déjà utilisé l'outil pour développer des applications. Par exemple, dans le traitement d'appels de contrat impliquant environ 400 000 opérations SLOAD, Steel a déchargé le calcul vers une exécution hors chaîne, puis a vérifié la preuve de connaissance nulle générée sur la chaîne. Le coût de génération de la preuve était inférieur à 10 $, et le coût de vérification sur la chaîne était inférieur à 300 000 Gas.

Kailua : une solution hybride ZK stimulant l'innovation de l'architecture Rollup

Après la sortie de Zeth, RISC Zero a introduit Kailua, fournissant une solution de mise à niveau pour les Rollups optimistes grâce à une approche hybride ZK Rollup. Les Rollups optimistes traditionnels nécessitent généralement une période de contestation de 7 jours, ce qui entraîne une finalité des transactions plus lente. Alors que les ZK Rollups permettent une finalité plus rapide, la génération continue de preuves de connaissance nulle entraîne des coûts élevés. Kailua combine les avantages des deux approches, équilibrant coût et efficacité grâce à une architecture hybride. En tant qu'extension du framework Optimism Kona, Kailua prend en charge un Kona non modifié fonctionnant sur zkVM et introduit un mécanisme innovant de résolution des litiges qui réduit les exigences en termes de mise et minimise les retards de finalité, améliorant ainsi l'efficacité et la facilité d'utilisation du système.

Dans l'architecture de Kailua, le mécanisme de résolution des litiges adopte une nouvelle conception. Tout d'abord, le mécanisme supprime les contraintes de temps, permettant aux validateurs d'avoir amplement de temps pour générer des preuves en cas de perturbations du réseau ou d'autres circonstances spéciales, renforçant ainsi la résilience du système. Même dans les cas extrêmes, l'architecture évolutive de RISC Zero zkVM peut générer des preuves en une heure. De plus, la fonction de validation à la demande de Kailua permet aux développeurs de configurer de manière flexible la fréquence de validation, permettant une transition progressive vers des modes de validation Rollup complets à moindre coût.

Contrairement aux ZK Rollups, la conception de Kailua ne nécessite pas une génération continue de preuves. Pour les blocs vides à basse fréquence ou les Rollups ayant des besoins spécifiques en contrats, Kailua offre une alternative plus rentable. Kailua réduit également de manière significative les coûts de participation pour les Rollups. Alors que les Rollups optimistes traditionnels augmentent les exigences de participation de manière linéaire à mesure que la période de finalité s'allonge, la conception optimisée de Kailua fixe la demande de participation, garantissant la sécurité et l'activité à des coûts inférieurs même sur des périodes plus longues.

Actuellement, Kailua est entièrement open source. Les développeurs peuvent utiliser ses outils en ligne de commande pour déployer des testnets Optimism locaux et passer rapidement à des réseaux prenant en charge les preuves de faute ZK. Kailua prend également en charge la simulation de propositions de faute, permettant aux développeurs de comprendre comment les validateurs contestent les états erronés via zkVM, offrant ainsi des perspectives plus approfondies sur le mécanisme de résolution des litiges. À l'avenir, Kailua optimisera davantage les coûts et les performances, et étendra son support à davantage de frameworks Rollup.

Résumé

Comme on peut le voir ci-dessus, la suite de produits zkVM de RISC Zero stimule le développement de la technologie de preuve de connaissance nulle dans divers domaines. Zeth et Kailua se concentrent sur l'optimisation de l'architecture Rollup, l'amélioration de l'efficacité de la vérification des blocs et la rapidité de résolution des litiges. Bonsai propose des services de preuve à distance, réduisant les dépendances matérielles et les coûts opérationnels, permettant aux développeurs de construire des applications de manière plus efficace. Blobstream Zero offre une vérification efficace des données inter-chaînes, offrant un support fiable pour les écosystèmes de blockchain modulaires. De plus, Steel réduit les coûts de gaz pour l'exécution des contrats intelligents grâce à son modèle de calcul hors chaîne et de validation sur chaîne.

Bien entendu, tout en améliorant continuellement la suite de produits zkVM, RISC Zero fait également progresser les innovations dans la technologie sous-jacente de zkVM. Récemment, la version 1.2 de RISC Zero zkVM a été publiée, introduisant une nouvelle méthode de précompilation qui permet aux développeurs de déployer une logique précompilée aux côtés des applications, sans avoir besoin de l’intégrer à la zkVM elle-même. Cela signifie que les développeurs peuvent ajouter une nouvelle logique précompilée sans modifier les contrats de vérification on-chain, se coordonner avec les générateurs de preuves ou apporter des modifications majeures à la zkVM pour optimiser les performances. De plus, en définissant des précompilations par le biais d’applications, le coût de calcul de la génération de preuves peut être réduit. Par exemple, après avoir intégré la précompilation RSA, Automata a réduit le cycle d’exécution de 39 millions à 217 000, ce qui a permis de diviser les coûts d’environ 180 fois.

Avec l'optimisation continue de la technologie zkVM, son potentiel se manifestera progressivement dans plusieurs scénarios d'application. Cependant, pour libérer pleinement ce potentiel, la collaboration de l'écosystème et la performance réelle du déploiement technologique restent cruciales.

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