На недавней конференции Devcon ядреный участник Ethereum Foundation Джастин Дрейк представил предложение Beam Chain, направленное на модернизацию слоя консенсуса Ethereum с использованием технологий zkSNARK и zkVM для улучшения масштабируемости, безопасности и эффективности сети. Эта концепция снова привлекла внимание к важности zkVM. Как общего назначения виртуальная машина с нулевым разглашением, zkVM может обрабатывать сложные вычисления более гибко и эффективно, устраняя зависимость от традиционной логики смарт-контрактов.

Заставленные этим трендом, проекты, такие как RISC Zero, Succinct и Cysic, рассматриваются как ключевые игроки в развитии инноваций в этой области. Среди них RISC Zero, с его zkVM на основе архитектуры RISC-V, разработал ряд инструментов с открытым исходным кодом, включая Zeth, Kailua и Bonsai. Эти инструменты не только улучшают проверку блокчейна и производительность роллапа, но и обеспечивают техническую поддержку для ZK-обновления Ethereum.

Матрица продуктов экосистемы RISC zkVM: от основных технологий до сценариев применения

RISC Zero — это реализация zkVM, основанная на архитектуре набора инструкций RISC-V. Как вычислительная платформа общего назначения с нулевым разглашением, она поддерживает несколько основных языков программирования, таких как Rust и C++, и может выполнять практически любую вычислительную задачу. По сравнению с другими технологическими платформами с нулевым разглашением, доказательства и верификаторы RISC Zero имеют полностью открытый исходный код, что позволяет разработчикам создавать и проверять доказательства локально. Кроме того, верификатор RISC Zero совместим с несколькими платформами, адаптируясь к различным экосистемам блокчейна и упрощая процесс разработки децентрализованных приложений.

В июне текущего года RISC Zero выпустил zkVM 1.0. Эта версия не только поддерживает несколько языков и сложные вычислительные задачи, но и использует технологию Continuations для разделения крупномасштабных вычислений на меньшие сегменты, что позволяет эффективно выполнять параллельные вычисления и верификацию. Согласно дорожной карте, RISC Zero планирует достичь 20-кратного улучшения производительности и снижения затрат zkVM к концу 2024 года. Оптимизации включают полное перенос процесса подтверждения на графические процессоры (80% завершено), внедрение новых конструкций схем RISC-V v2 и проведение целевых оптимизаций для рекурсивных цепей. В то же время RISC Zero интегрирует ряд модулей ускорения для алгоритмов, таких как RSA, Keccak и ECDSA, для улучшения производительности задач, связанных с Ethereum, и криптографических операций.

Вокруг основных возможностей zkVM RISC Zero также разработал ряд инструментов и продуктов с открытым исходным кодом. Например, сеть Bonsai позволяет разработчикам генерировать доказательства нулевого разглашения без специализированного оборудования; инструмент Steel позволяет перемещать сложные вычисления EVM во внешние среды, при этом поддерживая проверяемые результаты и снижая затраты на выполнение на цепочке; а Blobstream Zero связывает слой доступности данных Celestia, предлагая больше возможностей для обмена и проверки данных в модульной блокчейн-системе.

Zeth: доказывая правильную конструкцию целых блоков Ethereum

Zeth, open-source Ethereum zero-knowledge block prover, разработанный RISC Zero на основе своей технологии zkVM, может проверять допустимость блоков Ethereum с помощью доказательств с нулевым разглашением, не полагаясь на традиционных проверяющих или синхронизационные комитеты. RISC Zero определяет Zeth как zkEVM 0-го типа, полностью совместимую с протоколом Ethereum и повышающую эффективность разработки благодаря повторному использованию кода.

В своей статье «Разные типы zk-EVMs,” сооснователь Ethereum Виталик Бутерин классифицировал zkEVM на четыре типа: Тип-1 нацелен на полное и непримиримое эквивалентность с Ethereum; Тип-2 стремится к полной эквивалентности с EVM, но не с Ethereum в целом; Тип-3 почти эквивалентен EVM; и Тип-4 полностью несовместим с Ethereum.

Благодаря высокой производительности zkVM RISC Zero Zeth может завершить проверку блока Ethereum всего за несколько минут. Тестовые данные показывают, что Zeth может генерировать блочные доказательства на скорости 1,1 МГц, а используя функцию «продолжений» для расширения кластеров графических процессоров, скорость может быть увеличена до 4,7–6,3 МГц. Такая оптимизация производительности также снижает затраты на создание пробных отверстий. Согласно тестам, стоимость генерации доказательства для блока, содержащего 182 транзакции, составляет всего 21,72 доллара, а стоимость одной транзакции составляет около 0,11 доллара.

При разработке Zeth команда RISC Zero полностью использовала компоненты из экосистемы Rust, такие как revm, ethers и alloy, позволяя разработчикам быстро реализовать функциональность проверки блока и применять ее в различных сценариях. Этот дизайн предоставляет разработчикам больше гибкости, позволяя им настраивать логику построения блока и адаптироваться к будущим предложениям по улучшению Ethereum.

На уровне приложения Zeth предлагает эффективные решения для zk Rollups, легких клиентов и межцепных мостов. Традиционные zk Rollups и конструкция zkEVM требуют значительного времени и финансирования, что может отпугнуть маленькие команды. Однако Zeth, основанный на своей модульной архитектуре zkVM, позволяет разработчикам легко настраивать логику проверки блоков. Например:

• zk Rollup: Zeth позволяет быстро генерировать доказательства блоков, сокращая циклы разработки и уменьшая требования к финансированию для zk Rollups.
• Легкие клиенты: Зет позволяет проверять допустимость блока без необходимости перестраивать блок, что снижает операционные расходы.
• Cross-Chain Bridges: Zeth использует ZKP для проверки корректности данных межцепочечной передачи без утечки чувствительной информации на цепочке, сокращая зависимость от доверия к третьей стороне и минимизируя риски атак межцепочечной передачи.

В мае этого года Zeth успешно расширенныйдля поддержки извлечения блочных данных Optimism из основной сети Ethereum и генерации ZKPs для проверки корректности блоков, а также поддержки on-chain проверки. Это означает, что с помощью Zeth Optimism может более эффективно проверять транзакции и разрешать споры по транзакциям.

Bonsai: Возможность разработчикам генерировать доказательства без использования собственного оборудования

Bonsai - это удаленная служба подтверждения, специально разработанная для приложений zkVM, позволяющая разработчикам генерировать доказательства без использования собственного оборудования, тем самым решая проблему ограниченных вычислительных ресурсов on-chain и высоких затрат. С Bonsai разработчикам нужно только определить приложение zkVM и входные данные для выполнения, и Bonsai обработает вычисления в фоновом режиме и сгенерирует соответствующие доказательства нулевого знания. Для этого процесса разработчикам не требуется дополнительного развертывания оборудования. Кроме того, Bonsai использует большой кластер GPU для поддержки параллельной обработки нескольких вычислительных задач. Кроме того, Bonsai предоставляет простые в использовании API и SDK-интерфейсы, позволяющие разработчикам легко интегрировать его в существующие системы, дополнительно снижая сложность разработки.

На основе этой удаленной службы подтверждения RISC Zero запустил инструмент с открытым исходным кодом Bonsai Pay, который объединяет аутентификацию OAuth2.0 и технологию ZKP, позволяя пользователям отправлять или получать токены в сети Ethereum с использованием своих учетных записей Google. Например, когда Алиса хочет перевести средства Бобу, она может ввести Google-адрес электронной почты Боба и сумму перевода через Bonsai Pay. Затем Боб входит в Bonsai Pay и вводит свой адрес электронной почты для завершения аутентификации учетной записи Google. Bonsai Pay использует OAuth 2.0 для генерации токена авторизации, доказывающего, что Боб действительно является владельцем этого адреса электронной почты. Затем Bonsai Pay вызывает службу подтверждения Bonsai для генерации доказательства с нулевым разглашением, демонстрирующего, что учетная запись Google Боба связана с его адресом кошелька. После проверки умным контрактом доказательства разблокирует средства и переводит их на адрес кошелька Боба.

На протяжении всего этого процесса Bonsai Pay использует технологию ZKP для подтверждения того факта, что «Учетная запись Google Боба связана с его адресом кошелька», избегая утечки конкретной информации об учетной записи Google.

Еще одно важное применение Bonsai - сопроцессор Bonsai ZK (ZK Co-processor). Он использует технологию нулевого доказательства для передачи сложных вычислительных задач с цепи на внецепное пространство и генерации невозможных для подделки доказательств для обеспечения корректности результатов. В то же время развертывание сопроцессора Bonsai также очень простое. Разработчикам нужно только написать приложение zkVM для обработки логики и вызвать Bonsai через простой Solidity контракт для запуска вычислений и проверки результатов. На всем протяжении процесса Bonsai Proof Service отвечает за генерацию внецепных доказательств нулевого знания, которые могут быть проверены на цепи.

Ко-процессор Bonsai ZK подходит для он-чейн приложений, требующих высокой производительности и низких затрат. Например, в управлении DAO он может перенести сложные вычисления голосования за пределы цепи, что значительно снизит комиссии за газ на цепи. Благодаря ко-процессору, управление DAO Bonsai снижает стоимость газа за голос на более чем 50%, что эффективно повышает эффективность управления и снижает порог участия.

Беспредельность: Проверяемый Уровень Вычислений

В традиционных архитектурах блокчейна, чтобы обеспечить действительность транзакций, каждый узел должен избыточно выполнять все вычисления для каждой транзакции. Хотя эту модель «глобального повторного выполнения» обеспечивает безопасность и последовательность, это также приводит к чрезвычайно высоким вычислительным затратам. Для решения этой проблемы RISC Zero представил Boundless, который позволяет одному узлу завершить вычисление и сгенерировать проверяемое доказательство в нулевом знании. Другие узлы должны только проверить доказательство, чтобы подтвердить результат, исключая необходимость повторного выполнения вычисления.

Boundless упрощает процесс верификации через технологию рекурсивной композиции. Он объединяет несколько маленьких доказательств нулевого знания в общее доказательство, так что верификаторы должны проверить только одно общее доказательство, а не проверять каждое доказательство из всех этапов индивидуально. Чтобы еще больше оптимизировать эффективность генерации доказательств нулевого знания, Boundless включает специализированные криптографические ускорительные цепи, улучшая эффективность общих задач, таких как вычисление хэша и проверка цифровой подписи.

Кроме того, разработчики, использующие Boundless, не нуждаются в глубоком понимании технологии нулевого разглашения. Они могут просто писать приложения на знакомых языках программирования, таких как Rust или Solidity. В настоящее время Boundless открыт для свободного доступа для разработчиков, позволяя им быстро создавать и развертывать приложения с нулевым разглашением на любой блокчейн без миграции существующих систем или обновления контрактов верификации.

Blobstream Zero: кросс-цепной мост на основе zkVM для упрощенной проверки данных межцепочечной валидации

Blobstream Zero - это мост межцепочного уровня zkVM, запущенный RISC Zero в сотрудничестве с Celestia, разработанный для беспрепятственного соединения уровня доступности данных Celestia с существующей модульной экосистемой блокчейна. Путем обмена и проверки данных на Celestia Blobstream Zero облегчает более удобный передачу данных и проверку между блокчейнами.

В качестве полностью открытого общедоступного продукта, Blobstream Zero позволяет любому проекту или разработчику запустить локальный экземпляр и генерировать доказательства нулевого знания. Кроме того, Blobstream Zero поддерживает ZK-копроцессоры. ZK-копроцессор представляет собой инструмент внешнего вычисления, который требует надежных данных для выполнения вычислений. Blobstream Zero может извлекать данные из блокчейнов, таких как Celestia, и, генерируя ZK-доказательства, проверять надежность переданных данных.

Steel: Новая парадигма для выполнения вне цепи и верификации в цепи умных контрактов

Steel - это инструмент с открытым исходным кодом, выпущенный компанией RISC Zero, который использует технологию zkVM для обеспечения выполнения смарт-контрактов за пределами цепочки с возможностью верификации. С помощью Steel разработчики могут перенести операции EVM внутрь цепочки к выполнению за ее пределами, при этом генерируя доказательства нулевого разглашения для обеспечения подлинности и верифицируемости результатов вычислений.

Традиционные умные контракты требуют выполнения всей логики на цепочке блоков, что приводит к высоким затратам на газ и ограничивает развитие сложных приложений. Механизм вычисления вне цепочки и проверки в цепочке Steel решает эту проблему. Например, в простом умном контракте, который проверяет, больше ли баланс ERC20 на счете 1, и увеличивает счетчик переменных, традиционные методы требуют выполнения логики полностью на цепочке. Однако с Steel вычисления выполняются вне цепочки, и генерируется доказательство нулевого знания. В процессе в цепочке требуется только проверка доказательства, что позволяет избежать повторного выполнения логики контракта.

В настоящее время RISC Zero выпустил Steel 1.0, и несколько партнеров уже использовали инструмент для разработки приложений. Например, при обработке вызова контракта, в котором выполняется около 400 000 операций SLOAD, Steel вычислял результаты выполнения на внешней цепочке, а затем проверял сгенерированное доказательство нулевого знания на цепочке. Стоимость генерации доказательства составляла менее 10 долларов, а проверка на цепочке стоила менее 300 000 газ.

Kailua: Гибридное решение ZK, стимулирующее инновации в архитектуре Rollup

После выпуска Zeth в RISC Zero был представлен Kailua, предоставляющий решение для обновления оптимистичных роллапов с помощью гибридного подхода ZK Rollup. Традиционные оптимистичные роллапы обычно требуют 7-дневного периода испытания, что приводит к более медленному завершению транзакции. В то время как ZK-роллапы достигают более быстрого завершения, непрерывное создание подтверждений с нулевым разглашением влечет за собой высокие затраты. Kailua сочетает в себе преимущества обоих подходов, обеспечивая баланс между стоимостью и эффективностью благодаря гибридной архитектуре. Являясь расширением фреймворка Optimism Kona, Kailua поддерживает немодифицированную Kona, работающую на zkVM, и внедряет инновационный механизм разрешения споров, который снижает требования к стейкингу и минимизирует задержки завершения, тем самым повышая эффективность и удобство использования системы.

В архитектуре Кайлуа механизм разрешения споров принимает новый дизайн. Во-первых, механизм устраняет ограничения по времени, позволяя валидаторам иметь достаточно времени для генерации доказательств в случае сетевых нарушений или других особых обстоятельств, улучшая устойчивость системы. Даже в экстремальных случаях масштабируемая архитектура RISC Zero zkVM может генерировать доказательства в течение часа. Кроме того, функция валидации по требованию Кайлуа позволяет разработчикам гибко настраивать частоту валидации, обеспечивая постепенный переход к полным режимам валидации Rollup с более низкой стоимостью.

В отличие от ZK Rollups, дизайн Kailua не требует непрерывной генерации доказательств. Для пустых блоков с низкой частотой или Rollups с особыми потребностями контракта, Kailua предлагает более экономичную альтернативу. Kailua также значительно снижает затраты на стейкинг для Rollups. В то время как традиционные оптимистичные Rollups увеличивают требования к стейкингу линейно с увеличением периода финальности, оптимизированный дизайн Kailua фиксирует спрос на стейкинг, поддерживая безопасность и активность при более низких затратах даже на более длительные периоды.

В настоящее время Kailua полностью открыт исходный код. Разработчики могут использовать его инструменты командной строки для развертывания локальных тестовых сетей Optimism и быстрого перехода на сети, поддерживающие ZK fault proofs. Kailua также поддерживает моделирование ошибочных предложений, позволяя разработчикам понять, как валидаторы оспаривают ошибочные состояния через zkVM, обеспечивая более глубокое понимание механизма разрешения споров. В будущем Kailua дополнительно оптимизирует затраты и производительность, а также расширит поддержку для большего количества фреймворков Rollup.

Резюме

Как видно из вышеизложенного, продуктовый набор zkVM RISC Zero стимулирует развитие технологии доказательства нулевого знания в различных областях. Zeth и Kailua сосредотачиваются на оптимизации архитектуры Rollup, улучшении эффективности верификации блоков и скорости разрешения споров. Bonsai предоставляет удаленные услуги доказательства, снижая зависимость от аппаратного обеспечения и операционных расходов, позволяя разработчикам строить приложения более эффективно. Blobstream Zero предлагает эффективную верификацию данных межцепочных, обеспечивая надежную поддержку для модульных экосистем блокчейна. Кроме того, Steel снижает затраты на Gas для выполнения смарт-контрактов благодаря своей модели вычислений вне цепи и валидации в цепи.

Конечно, параллельно с непрерывным улучшением набора продуктов zkVM, RISC Zero также продвигает инновации в основной технологии zkVM. Недавно была выпущена версия RISC Zero zkVM 1.2, в которой был представлен новый метод предварительной компиляции, который позволяет разработчикам развертывать предварительно скомпилированную логику вместе с приложениями без необходимости встраивать ее в сам zkVM. Это означает, что разработчики могут добавлять новую предварительно скомпилированную логику без изменения контрактов проверки в цепочке, координации с генераторами доказательств или осуществления крупных изменений в zkVM для достижения оптимизации производительности. Кроме того, определяя предварительные компиляции через приложения, можно снизить вычислительные затраты на генерацию доказательств. Например, после интеграции предварительной компиляции RSA Automata сократила время выполнения с 39 миллионов до 217 000, что позволило сократить затраты примерно в 180 раз.

С постоянной оптимизацией технологии zkVM ее потенциал будет постепенно проявляться во множестве сценариев применения. Однако, для полного раскрытия этого потенциала необходимо сотрудничество экосистемы и фактическая производительность развертывания технологии.

Отказ от ответственности:

1. Эта статья перепечатана с [ChainFeeds Исследования)]. Все авторские права принадлежат оригинальному автору [@chainfeeds">Линда Белл]. Если у вас есть возражения против этой перепечатки, пожалуйста, свяжитесь с Gate Learnкоманда, и они быстро справятся с этим.
2. Ответственность за отказ: Взгляды и мнения, выраженные в этой статье, являются исключительно мнением автора и не являются инвестиционным советом.
3. Команда Gate Learn перевела статью на другие языки. Копирование, распространение или плагиат переведенных статей запрещено, если не указано иное.