На недавній конференції Devcon, Джастін Дрейк, основний член Ethereum Foundation, представив пропозицію Beam Chain, метою якої є модернізація консенсусного рівня Ethereum за допомогою технологій zkSNARK та zkVM для покращення масштабованості, безпеки та ефективності мережі. Це бачення знову привернуло увагу до важливості zkVM. Як загальнопризначена віртуальна машина з нульовим знанням, zkVM може обробляти складні обчислення більш гнучким та ефективним способом, уникнувши залежності від традиційної логіки розумних контрактів.

Обумовлена цим тенденцією, проекти, такі як RISC Zero, Succinct та Cysic, вважаються ключовими гравцями у творенні інновацій у цій галузі. Серед них RISC Zero, зі своїм zkVM, заснованим на архітектурі RISC-V, розробив низку інструментів з відкритим вихідним кодом, включаючи Zeth, Kailua та Bonsai. Ці інструменти не тільки покращують перевірку блокчейну та продуктивність звітування, але й надають технічну підтримку для оновлення Ethereum ZK.

Матриця продуктів екосистеми RISC zkVM: від основної технології до сценаріїв застосування

RISC Zero — реалізація zkVM, заснована на архітектурі набору інструкцій RISC-V. Як обчислювальна платформа загального призначення з нульовим розголошенням, вона підтримує кілька основних мов програмування, таких як Rust і C++, і може виконувати майже будь-які обчислювальні завдання. У порівнянні з іншими технологічними платформами з нульовим розголошенням, докази та верифікатори RISC Zero мають повністю відкритий вихідний код, що дозволяє розробникам генерувати та перевіряти докази локально. Крім того, верифікатор RISC Zero сумісний з кількома платформами, адаптуючись до різних блокчейн-екосистем і спрощуючи процес розробки децентралізованих додатків.

У червні цього року RISC Zero випустили zkVM 1.0. Ця версія не тільки підтримує кілька мов та складні обчислювальні завдання, але також використовує технологію Continuations для розбиття масштабних обчислень на менші сегменти, що дозволяє ефективні паралельні обчислення та перевірку. За дорожньою картою RISC Zero планує досягти 20-кратного покращення продуктивності та вартості zkVM до кінця 2024 року. Оптимізації включають повне перенесення процесу доведення на GPU (80% завершено), впровадження нових дизайнів схем RISC-V v2 та здійснення цілеспрямованих оптимізацій для рекурсивних схем. У той же час RISC Zero інтегрує серію модулів прискорення для алгоритмів, таких як RSA, Keccak та ECDSA, для покращення продуктивності завдань, пов'язаних з Ethereum, та криптографічних операцій.

Навколо основних можливостей zkVM, RISC Zero також розробив серію відкритих інструментів та продуктів. Наприклад, за допомогою мережі Bonsai розробники можуть генерувати докази нуль-знань без спеціалізованого обладнання; інструмент Steel дозволяє переміщати складні обчислення EVM до середовищ off-chain, зберігаючи перевірні результати, таким чином зменшуючи витрати на виконання on-chain; і Blobstream Zero об'єднує шар доступності даних Celestia, пропонуючи більше можливостей для обміну даними та перевірки в межах модулярної екосистеми блокчейн.

Zeth: Доведення правильної конструкції всіх блоків Ethereum

Zeth, відкритий нуль-знання блок-провідник Ethereum, розроблений RISC Zero на основі його технології zkVM, може підтверджувати валідність блоків Ethereum за допомогою доказів нуль-знання без покладанняся на традиційних валідаторів або синхронізаційні комітети. RISC Zero визначає Zeth як Type-0 zkEVM, який повністю сумісний з протоколом Ethereum та покращує ефективність розробки за рахунок повторного використання коду.

У своєму статті "Різні типи zk-EVMs,” співзасновник Ethereum Віталік Бутерін розподілив zkEVM на чотири типи: тип-1 прагне до повної і безкомпромісної еквівалентності з Ethereum; тип-2 прагне до повної еквівалентності з EVM, але не з Ethereum в цілому; тип-3 майже еквівалентний EVM; а тип-4 повністю несумісний з Ethereum.

Завдяки високій продуктивності zkVM RISC Zero, Zeth може завершити верифікацію блоку Ethereum всього за кілька хвилин. Тестові дані показують, що Zeth може генерувати докази блоку зі швидкістю 1,1 МГц, і за допомогою функції "продовжень" для розширення кластерів GPU, швидкість може бути збільшена до 4,7 МГц і 6,3 МГц. Ця оптимізація продуктивності також зменшує вартість генерації доказу. За результатами тестів, вартість генерації доказу для блоку, що містить 182 транзакції, становить всього $21,72, а витрати на кожну транзакцію становлять приблизно $0,11.

При розробці Zeth команда RISC Zero повністю використовувала компоненти з екосистеми Rust, такі як revm, ethers та сплав, що дозволяє розробникам швидко впроваджувати функціональність блоку підтвердження та застосовувати її в різних сценаріях. Цей дизайн надає розробникам більшу гнучкість, дозволяючи їм налаштовувати логіку побудови блоків та адаптуватися до майбутніх пропозицій щодо поліпшення Ethereum.

На рівні застосування Zeth пропонує ефективні рішення для zk Rollups, легких клієнтів та крос-ланцюжкових мостів. Традиційні zk Rollups та побудова zkEVM вимагають значного часу та фінансування, що може відлякувати невеликі команди. Однак Zeth, на основі своєї модулярної архітектури zkVM, дозволяє розробникам легко налаштовувати логіку перевірки блоків. Наприклад:

• zk Rollup: Zeth забезпечує швидке створення доказів блоків, скорочуючи цикли розробки та зменшуючи вимоги до фінансування zk Rollups.
• Легкі клієнти: Zeth дозволяє перевірку дійсності блоку без необхідності перебудови блоку, тим самим знижуючи оперативні витрати.
• Міжланцюжкові мости: Zeth використовує ZKP для перевірки правильності даних між ланцюжками без витоку чутливої інформації на ланцюжку, зменшуючи залежність від довіри до сторонніх осіб та мінімізуючи ризики атак між ланцюжками.

У травні цього року Zeth успішно розширенийдля підтримки видобутку даних блоку Optimism з головної мережі Ethereum та генерації ZKPs для перевірки правильності блоку, також підтримується перевірка на ланцюжку. Це означає, що за допомогою Zeth Optimism може перевіряти транзакції більш ефективно та вирішувати спори щодо транзакцій.

Bonsai: Дозволяє розробникам генерувати докази без використання власного обладнання

Bonsai — це віддалений сервіс доказів, розроблений спеціально для додатків zkVM, що дозволяє розробникам генерувати докази без використання власного обладнання, таким чином вирішуючи дилему обмежених обчислювальних ресурсів у ланцюжку та високих витрат. З Bonsai, розробникам потрібно лише визначити програму zkVM і вхідні дані, які будуть виконуватися, а Bonsai обробить обчислення у фоновому режимі та згенерує відповідні докази з нульовим розголошенням. Цей процес не вимагає від розробників додаткового розгортання обладнання. Крім того, Bonsai використовує великий кластер графічних процесорів для підтримки паралельної обробки кількох обчислювальних завдань. Крім того, Bonsai надає прості у використанні API та інтерфейси SDK, що дозволяє розробникам легко інтегрувати його в існуючі системи, ще більше зменшуючи складність розробки.

На основі цього сервісу віддаленого доказу RISC Zero запустив інструмент з відкритим вихідним кодом Bonsai Pay, який поєднує в собі аутентифікацію OAuth2.0 і технологію ZKP, дозволяючи користувачам надсилати або отримувати токени в мережі Ethereum за допомогою своїх облікових записів Google. Наприклад, коли Аліса хоче переказати кошти Бобу, вона може ввести електронну пошту Google Боба та суму переказу через Bonsai Pay. Потім Боб входить у Bonsai Pay і вводить свою адресу електронної пошти, щоб завершити автентифікацію облікового запису Google. Bonsai Pay використовує OAuth 2.0 для генерації токена авторизації, доводячи, що Боб дійсно є власником цієї адреси електронної пошти. Потім Bonsai Pay викликає службу перевірки Bonsai, щоб створити доказ з нульовим розголошенням, демонструючи, що обліковий запис Google Боба пов'язаний з адресою його гаманця. Після того, як смарт-контракт перевіряє доказ, він розблоковує кошти та переказує їх на адресу гаманця Боба.

Протягом цього процесу Bonsai Pay використовує технологію ZKP для перевірки факту, що «рахунок Google Боба пов'язаний з його адресою гаманця», уникнення витоку конкретної інформації про обліковий запис Google.

Ще одним важливим застосуванням Bonsai є співпроцесор Bonsai ZK (ZK Co-processor). Він використовує технологію доведення незнання, щоб передавати складні обчислювальні завдання з ланцюжка на позаланцюжковий шар і генерує стійкі до втручань докази для забезпечення правильності результатів. У той же час, розгортання співпроцесора Bonsai також дуже просте. Розробники потребують лише написати додаток zkVM для обробки логіки та виклику Bonsai через простий Solidity контракт для виконання обчислення та перевірки результатів. Протягом усього процесу відповідальність за генерацію позаланцюжкових доказів незнання, які можна перевірити на ланцюжку, несе сервіс Bonsai Proof.

Ко-процесор Bonsai ZK підходить для застосувань on-chain, які вимагають високої продуктивності та низьких витрат. Наприклад, у управлінні DAO він може переміщати складні обчислення голосування off-chain, що значно зменшує витрати на Gas on-chain. Ко-процесор Bonsai DAO Governor зменшує витрати на Gas на одне голосування на понад 50%, що ефективно покращує ефективність управління та знижує поріг участі.

Безмежний: слой перевірки обчислень

У традиційних архітектурах блокчейну, для забезпечення валідності транзакцій, кожен вузол повинен дублювати виконання всіх обчислень для кожної транзакції. Хоча така модель «глобального повторного виконання» забезпечує безпеку і послідовність, вона також призводить до надзвичайно високих обчислювальних витрат. Щоб вирішити цю проблему, RISC Zero ввів Boundless, який дозволяє одному вузлу завершити обчислення і згенерувати перевірний доказ нульового знання. Інші вузли потрібно лише перевірити доказ, щоб підтвердити результат, уникнувши необхідності повторного виконання обчислення.

Boundless спрощує процес перевірки за допомогою технології рекурсивного складання. Вона поєднує кілька малих доказів незнання в один загальний доказ, щоб перевірники могли перевірити тільки один загальний доказ, а не перевіряти кожен доказ з кожної стадії окремо. Для подальшої оптимізації ефективності генерації доказів незнання, Boundless включає спеціалізовані криптографічні прискорювальні схеми, що покращують ефективність загальних задач, таких як обчислення хешу та перевірка цифрового підпису.

Крім того, розробники, які використовують Boundless, не потребують глибокого розуміння технології нульового знання. Вони можуть просто писати програми з використанням звичайних мов програмування, таких як Rust або Solidity. В даний час Boundless відкритий для безкоштовного доступу для розробників, що дозволяє їм швидко створювати та розгортати додатки нульового знання на будь-якому блокчейні без міграції існуючих систем або оновлення контрактів перевірки.

Blobstream Zero: крос-ланцюжковий міст на основі zkVM для спрощеної перевірки даних між ланцюжками

Blobstream Zero - це мостик між ланцюжками на основі zkVM, створений RISC Zero у співпраці з Celestia, призначений для безшовного з'єднання шару доступності даних Celestia з існуючою модульною екосистемою блокчейну. Шляхом спільного використання та перевірки даних на Celestia, Blobstream Zero сприяє зручнішому передаванню та перевірці даних між блокчейнами.

Як повністю відкритий публічний продукт, Blobstream Zero дозволяє будь-якому проекту або розробнику запустити локальний екземпляр та генерувати докази нульового знання. Крім того, Blobstream Zero підтримує ZK-співпроцесори. ZK-співпроцесор - це в основному офлайн-інструмент обчислень, який вимагає надійних даних для виконання обчислень. Blobstream Zero може отримувати дані з блокчейнів, таких як Celestia, і, шляхом генерації ZK-доказів, перевіряти надійність переданих даних.

Сталь: нова парадигма для офчейн-виконання та ончейн-верифікації смарт-контрактів

Steel - це відкритий інструмент, запущений RISC Zero, який використовує технологію zkVM для забезпечення позаланцюжкового перевірки виконання розумних контрактів. За допомогою Steel розробники можуть вивантажувати операції EVM з ланцюжка на позаланцюжкове виконання, одночасно генеруючи докази незнання для забезпечення автентичності та перевірки результатів обчислень.

Традиційні розумні контракти вимагають виконання всієї логіки на ланцюжку, що призводить до високих витрат на газ і обмежує розвиток складних додатків. Механізм обчислення поза ланцюжком і перевірки на ланцюжку Steel вирішує цю проблему. Наприклад, в простому розумному контракті, який перевіряє, чи баланс ERC20 рахунку є більшим за 1 і збільшує змінну лічильника, традиційні методи вимагають повного виконання логіки на ланцюжку. Однак, з Steel обчислення виконується поза ланцюжком, і генерується доказ незнання. Процес на ланцюжку вимагає лише перевірки доказу, що усуває потребу повторного виконання логіки контракту.

Наразі RISC Zero випустила Steel 1.0, і декілька партнерів вже використовували цей інструмент для розробки додатків. Наприклад, під час обробки виклику контракту приблизно 400,000 операцій SLOAD, Steel вивантажував обчислення для виконання поза ланцюжком, а потім перевіряв згенерований доказ нульового знання на ланцюжку. Вартість генерації доказу становила менше 10 доларів, а вартість верифікації на ланцюжку була менше 300,000 газу.

Kailua: гібридне рішення ZK, що сприяє інноваціям у архітектурі Rollup

Після випуску Zeth, RISC Zero представив Kailua, надаючи рішення для оновлення оптимістичних Rollups за допомогою гібридного підходу ZK Rollup. Традиційні оптимістичні Rollups зазвичай потребують 7-денного періоду оскарження, що призводить до повільної фінальності транзакцій. У той час як ZK Rollups досягають швидшої фінальності, постійне створення доказів нульового знання вимагає високих витрат. Kailua поєднує переваги обох підходів, збалансовуючи вартість і ефективність за допомогою гібридної архітектури. Як розширення фреймворка Optimism Kona, Kailua підтримує не змінений Kona, який працює на zkVM і вводить інноваційний механізм вирішення спорів, який зменшує вимоги до стейкінгу та мінімізує затримки фінальності, тим самим покращуючи ефективність та використовуваність системи.

У архітектурі Кайлуа механізм вирішення спорів приймає новий дизайн. По-перше, механізм видаляє обмеження часу, дозволяючи валідаторам достатньо часу для генерації доказів у разі розладів в мережі або інших особливих обставин, що підвищує стійкість системи. Навіть в екстремальних випадках масштабована архітектура RISC Zero zkVM може генерувати докази протягом години. Крім того, функція валідації на вимогу Кайлуа дозволяє розробникам гнучко налаштовувати частоту валідації, зробивши плавний перехід до повних режимів згортки перевірки за більш низькою ціною.

У відміну від ZK Rollups, дизайн Kailua не вимагає постійного створення доказів. Для блоків з низькою частотою порожніх або Rollups з особливими потребами контракту, Kailua пропонує більш ефективну з точки зору вартості альтернативу. Крім того, Kailua значно знижує витрати на стейкінг для Rollups. Під час традиційного оптимістичного Rollups збільшуються вимоги до стейкінгу лінійно зі збільшенням тривалості остаточності, оптимізований дизайн Kailua виправляє вимоги до стейкінгу, забезпечуючи безпеку та активність за менші витрати, навіть протягом довших періодів.

Наразі Kailua є повністю відкритим джерелом. Розробники можуть використовувати його інструменти командного рядка для розгортання локальних тестових мереж Optimism та швидкого переходу до мереж, що підтримують ZK fault proofs. Kailua також підтримує моделювання помилкових пропозицій, що дозволяє розробникам зрозуміти, як мережа валідаторів викликає помилкові стани через zkVM, надаючи глибші уявлення про механізм вирішення суперечок. У майбутньому Kailua додатково оптимізуватиме вартість та продуктивність, а також розширить підтримку для більшого числа фреймворків Rollup.

Опис

Як видно з вищевказаного, продуктовий набір zkVM RISC Zero сприяє розвитку технології доказу нульового знання в різних галузях. Zeth та Kailua фокусуються на оптимізації архітектури Rollup, покращенні ефективності перевірки блоків та швидкості вирішення суперечок. Bonsai надає віддалені послуги доведення, зменшуючи залежність від апаратного забезпечення та операційні витрати, що дозволяє розробникам ефективніше будувати застосунки. Blobstream Zero пропонує ефективну перевірку даних між ланцюгами, забезпечуючи надійну підтримку модульних екосистем блокчейну. Крім того, Steel зменшує витрати на газ для виконання смарт-контрактів за допомогою своєї моделі обчислення поза ланцюгом та перевірки в ланцюзі.

Звичайно, під час постійного вдосконалення набору продуктів zkVM, RISC Zero також просуває інновації в основній технології zkVM. Недавно було випущено версію RISC Zero zkVM 1.2, вводячи новий метод попередньої компіляції, який дозволяє розробникам розгортати попередньо скомпільовану логіку поруч з додатками, не потребуючи вбудовувати її в сам zkVM. Це означає, що розробники можуть додавати нову попередньо скомпільовану логіку без модифікації контрактів верифікації on-chain, координації з генераторами доказів або внесення значних змін до zkVM для досягнення оптимізації продуктивності. Крім того, визначаючи попередньо компілювані програмами, обчислювальні витрати на генерацію доказів можуть бути зменшені. Наприклад, після інтеграції попередньої компіляції RSA, Automata скоротила час виконання з 39 мільйонів до 217 000, зменшивши витрати на близько 180 разів.

З постійною оптимізацією технології zkVM її потенціал поступово проявиться в різних сценаріях застосування. Однак для повного розкриття цього потенціалу важлива співпраця в екосистемі та фактична ефективність впровадження технологій.

Відмова від відповідальності:

1. Цю статтю перепечатано з [Дослідження ChainFeeds)]. Усі авторські права належать оригінальному автору [@chainfeeds">Лінда Белл]. Якщо є заперечення до цього перевидання, будь ласка, зв'яжіться з Gate Learn команди, і вони оперативно впораються з цим.
2. Відмова відповідальності: погляди та думки, висловлені в цій статті, є виключно тими автора і не є інвестиційними порадами.
3. Команда Learn від Gate переклала статтю на інші мови. Копіювання, поширення або плагіатування перекладених статей заборонене, якщо не зазначено інше.