Matriks Produk RISC Zero yang Didekripsi: Bagaimana Membantu Ethereum Menuju Masa Depan ZK?

Tulisan: LINDABELL

Di konferensi Devcon terbaru, anggota inti dari Ethereum Foundation, Justin Drake, mengusulkan proposal Beam Chain, yang bertujuan untuk meningkatkan lapisan konsensus Ethereum melalui teknologi zkSNARK dan zkVM, guna meningkatkan skalabilitas, keamanan, dan efisiensi jaringan. Visi ini juga menyoroti pentingnya zkVM sekali lagi. Sebagai mesin virtual zero-knowledge yang umum, zkVM mampu mengatasi perhitungan kompleks secara lebih fleksibel dan efisien, sambil menghilangkan ketergantungan pada logika kontrak pintar konvensional.

Dalam dorongan ini, proyek-proyek seperti RISC Zero, Succinct, dan Cysic dianggap sebagai peserta penting dalam mendorong inovasi di bidang ini. Di antara mereka, RISC Zero telah mengembangkan serangkaian alat sumber terbuka seperti zkVM berbasis arsitektur RISC-V, seperti Zeth, Kailua, dan Bonsai, yang tidak hanya meningkatkan kinerja verifikasi blok dan Rollup, tetapi juga memberikan dukungan teknis untuk peningkatan ZK di Ethereum.

Matriks Produk Ekologi RISC zkVM: Dari Teknologi Inti hingga Aplikasi Skenario

RISC Zero adalah implementasi zkVM berdasarkan arsitektur set instruksi RISC-V, sebagai platform komputasi tanpa pengetahuan tujuan umum, mendukung berbagai bahasa pemrograman utama, seperti Rust dan C ++, dan dapat menjalankan hampir semua tugas komputasi. Berbeda dengan platform teknologi tanpa pengetahuan lainnya, proverifikasi dan verifikator RISC Zero sepenuhnya open-source, memungkinkan pengembang untuk menghasilkan dan memverifikasi bukti secara lokal. Selain itu, validator RISC Zero kompatibel dengan berbagai platform dan dapat disesuaikan dengan ekosistem blockchain yang berbeda, menyederhanakan proses pengembangan aplikasi terdesentralisasi.

Pada bulan Juni tahun ini, RISC Zero merilis zkVM 1.0. zkVM 1.0 tidak hanya mendukung berbagai bahasa dan tugas komputasi kompleks, tetapi juga menggunakan teknologi Continuations untuk membagi komputasi skala besar menjadi beberapa segmen kecil, sehingga mencapai komputasi dan verifikasi paralel yang efisien. Menurut rencana jalan, RISC Zero berencana untuk meningkatkan kinerja dan biaya zkVM hingga 20 kali lipat sebelum akhir 2024, dengan optimasi termasuk memindahkan seluruh proses bukti ke GPU (80% selesai), memperkenalkan desain sirkuit baru RISC-V v2, dan optimasi khusus untuk sirkuit rekursif. Sementara itu, RISC Zero sedang mengintegrasikan serangkaian modul percepatan untuk algoritma RSA, Keccak, ECDSA, dll., untuk meningkatkan kinerja tugas terkait Ethereum dan operasi enkripsi.

Mengelilingi kemampuan inti zkVM, RISC Zero juga mengembangkan serangkaian alat dan produk open source. Misalnya, layanan bukti melalui jaringan Bonsai memungkinkan pengembang untuk menghasilkan bukti pengetahuan nol tanpa perlu perangkat keras khusus; alat Steel memungkinkan pemindahan komputasi EVM yang kompleks ke lingkungan di luar rantai sambil tetap dapat diverifikasi, mengurangi biaya eksekusi di rantai; dan Blobstream Zero memberikan lebih banyak kemungkinan untuk berbagi dan memverifikasi data dalam ekosistem blockchain modular melalui jembatan lapisan ketersediaan data Celestia.

Zeth: Membuktikan bahwa seluruh blok Ethereum dibangun dengan benar

Zeth adalah pembuktian blok nol pengetahuan terbuka sumber yang dikembangkan oleh RISC Zero berdasarkan teknologi zkVM-nya, yang dapat memvalidasi keabsahan blok Ethereum melalui bukti nol pengetahuan tanpa bergantung pada validator tradisional atau komite sinkronisasi. RISC Zero mendefinisikan Zeth sebagai Type-0 zkEVM, yang sepenuhnya kompatibel dengan protokol Ethereum dan meningkatkan efisiensi pengembangan melalui penggunaan ulang kode.

Co-founder Ethereum Vitalik Buterin dalam artikel 'Jenis-jenis zk-EVM yang Berbeda' membagi zkEVM menjadi empat jenis, di antaranya Type-1 berusaha menjadi setara dengan Ethereum secara penuh dan tanpa kompromi; Type-2 bertujuan menjadi setara dengan EVM, tetapi tidak sepenuhnya setara dengan Ethereum; Type-3 hampir sama dengan EVM; Type-4 sepenuhnya tidak kompatibel dengan Ethereum.

Berkat kinerja tinggi RISC Zero zkVM, Zeth dapat memverifikasi blok Ethereum dalam beberapa menit. Data uji menunjukkan bahwa Zeth dapat menghasilkan bukti blok dengan kecepatan 1,1 MHz, dan dengan fitur 'lanjutan' memperluas klaster GPU untuk meningkatkan kecepatan hingga 4,7 MHz hingga 6,3 MHz. Optimisasi kinerja ini juga mengurangi biaya pembuatan bukti. Berdasarkan uji coba, biaya pembuatan bukti untuk blok yang berisi 182 transaksi hanya $21,72, dengan biaya sekitar $0,11 per transaksi.

Selama pengembangan Zeth, tim RISC Zero memanfaatkan komponen dari ekosistem Rust seperti revm, ethers, dan alloy untuk memungkinkan pengembang dengan cepat mengimplementasikan fungsi pembuktian blok dan menerapkannya ke berbagai skenario. Desain ini memberikan fleksibilitas lebih kepada pengembang untuk menyesuaikan logika konstruksi blok sesuai kebutuhan dan beradaptasi dengan proposal perbaikan Ethereum di masa depan.

Pada tingkat aplikasi, Zeth memberikan solusi efisien untuk zk rollup, light client, dan cross-chain bridge. Membangun rollup zk tradisional dan zkEVM membutuhkan banyak waktu dan uang, membuatnya mengintimidasi tim kecil. Zeth, di sisi lain, didasarkan pada arsitektur zkVM modular, yang memungkinkan pengembang untuk dengan mudah menyesuaikan logika validasi blok. Misalnya:

zk Rollup: Zeth dapat dengan cepat mencapai bukti blok, serta memperpendek siklus pengembangan ZK Rollup dan mengurangi investasi dana.

Klien Ringan: Verifikasi keabsahan blok tanpa perlu membangun ulang blok, mengurangi biaya operasional.

Jembatan Lintas Rantai: Zeth menggunakan ZKP untuk memverifikasi kebenaran data lintas rantai tanpa mengungkapkan informasi sensitif di rantai. Ini mengurangi ketergantungan pada pihak ketiga dan mengurangi risiko serangan lintas rantai.

Pada bulan Mei ini, Zeth berhasil diperluas untuk mendukung ekstraksi data blok Optimism dari jaringan utama Ethereum, dan menghasilkan verifikasi ZKP kebenaran blok, serta mendukung verifikasi di atas rantai. Dengan kata lain, dengan menggunakan Zeth, Optimism dapat memverifikasi transaksi dengan lebih efisien dan memecahkan sengketa transaksi.

Bonsai: memungkinkan pengembang untuk tidak perlu menggunakan perangkat keras mereka sendiri untuk menghasilkan bukti

Bonsai adalah layanan bukti jarak jauh yang dirancang khusus untuk aplikasi zkVM dan memungkinkan pengembang untuk tidak menggunakan perangkat keras mereka sendiri untuk menghasilkan bukti, sehingga memecahkan kontradiksi antara sumber daya perhitungan terbatas di rantai dan biaya yang tinggi. Melalui Bonsai, pengembang hanya perlu menentukan program aplikasi zkVM yang perlu dijalankan dan data masukan, dan Bonsai dapat menjalankan perhitungan di latar belakang dan menghasilkan bukti zero-knowledge yang sesuai. Seluruh proses ini tidak memerlukan pengembang untuk mendeploy perangkat keras tambahan. Pada saat yang sama, Bonsai menggunakan sejumlah besar klaster GPU dan mendukung pemrosesan paralel dari banyak tugas perhitungan. Selain itu, Bonsai menyediakan antarmuka API dan SDK yang sederhana dan mudah digunakan sehingga pengembang dapat dengan mudah mengintegrasikannya ke dalam sistem yang ada, sehingga mengurangi kesulitan pengembangan.

Berbasis layanan bukti jarak jauh ini, RISC Zero meluncurkan perangkat sumber terbuka Bonsai Pay, yang menggabungkan otentikasi identitas OAuth2.0 dan teknologi ZKP, memungkinkan pengguna untuk mengirim atau menerima token di jaringan Ethereum melalui akun Google. Sebagai contoh, ketika Alice ingin mentransfer dana ke Bob, Alice dapat memasukkan email Google Bob dan jumlah transfer melalui Bonsai Pay. Kemudian, Bob dapat masuk ke Bonsai Pay, memasukkan alamat email, dan menyelesaikan otentikasi akun Google. Bonsai Pay akan menggunakan OAuth 2.0 untuk menghasilkan token otorisasi, membuktikan bahwa Bob benar-benar pemilik email tersebut. Selanjutnya, Bonsai Pay akan memanggil layanan bukti Bonsai, menghasilkan bukti pengetahuan nol, membuktikan bahwa akun Google Bob terkait dengan alamat dompet. Setelah kontrak cerdas memverifikasi bukti, dana akan di-unlock dan ditransfer ke alamat dompet Bob.

Sepanjang proses, Bonsai Pay menggunakan teknologi ZKP untuk memverifikasi fakta bahwa "akun Google Bob ditautkan ke alamat dompet" tanpa mengungkapkan detail akun Google apa pun.

Salah satu aplikasi penting dari Bonsai adalah Bonsai ZK Co-processor (ZK Co-processor). Dengan teknologi bukti pengetahuan nol, itu mentransfer tugas komputasi kompleks dari rantai ke luar rantai, dan menghasilkan bukti yang tidak dapat diganggu gugat untuk memastikan kebenaran hasilnya. Sementara itu, penyebaran Bonsai Co-processor juga sangat sederhana, pengembang hanya perlu menulis aplikasi zkVM untuk menangani logika, dan dengan memanggil kontrak Solidity sederhana ke Bonsai, menjalankan perhitungan, dan memverifikasi hasilnya. Selama proses ini, layanan bukti Bonsai bertanggung jawab untuk menghasilkan bukti pengetahuan nol dari perhitungan luar rantai, bukti ini dapat diverifikasi di rantai.

Bonsai ZK co-processor cocok untuk aplikasi on-chain yang membutuhkan kinerja tinggi dan biaya rendah. Misalnya, dalam pengaturan DAO, ia dapat memindahkan perhitungan voting yang kompleks ke off-chain, secara signifikan mengurangi biaya Gas on-chain. Bonsai DAO Governor telah berhasil mengurangi biaya Gas per suara lebih dari 50% melalui co-processor, secara efektif meningkatkan efisiensi pengaturan dan menurunkan ambang partisipasi.

Boundless: Lapisan Komputasi yang Dapat Diverifikasi

Dalam arsitektur blockchain tradisional, untuk memastikan validitas transaksi, semua node perlu mengulangi semua perhitungan setiap transaksi. Mode 'eksekusi ulang global' ini, meskipun dapat menjamin keamanan dan konsistensi, juga membawa biaya komputasi yang sangat tinggi. Untuk mengatasi masalah ini, RISC Zero memperkenalkan Boundless, yang memungkinkan satu node menyelesaikan perhitungan dan menghasilkan bukti zero-knowledge yang dapat diverifikasi, sementara node lain hanya perlu memverifikasi bukti tersebut untuk mengkonfirmasi hasilnya, tanpa perlu mengulangi perhitungan.

Boundless menyederhanakan proses verifikasi dengan teknik kombinasi rekursif. Ia menggabungkan banyak bukti pengetahuan nol kecil menjadi satu bukti keseluruhan, sehingga pemeriksa hanya perlu memeriksa satu bukti keseluruhan tanpa harus memeriksa bukti dari setiap tahap. Untuk lebih mengoptimalkan efisiensi pembuatan bukti pengetahuan nol, Boundless dilengkapi dengan sirkuit kriptografi khusus yang mengoptimalkan efisiensi tugas umum seperti perhitungan hash, verifikasi tanda tangan digital, dan sebagainya.

Selain itu, pengembang yang menggunakan Boundless tidak perlu mendalami teknologi pengetahuan nol, hanya perlu menulis aplikasi dengan bahasa pemrograman yang sudah dikenal (seperti Rust atau Solidity). Saat ini, Boundless sudah tersedia untuk diakses secara gratis oleh para pengembang. Mereka tidak perlu bermigrasi dari sistem yang sudah ada atau memperbarui kontrak verifikasi, namun dapat memanfaatkan layanan pembuktian yang disediakan oleh Boundless untuk membangun dan mendeploy aplikasi pengetahuan nol dengan cepat di berbagai blockchain.

Blobstream Zero: Jembatan antara zkVM yang Mempermudah Verifikasi Data Antar Rantai

Blobstream Zero adalah jembatan lintas rantai berbasis zkVM yang dikembangkan oleh RISC Zero dan Celestia untuk menghubungkan lapisan ketersediaan data Celestia secara mulus ke dalam ekosistem blockchain modular yang ada. Dengan berbagi dan memverifikasi data di Celestia, Blobstream Zero menghasilkan transfer dan verifikasi data yang lebih mudah antar rantai.

Sebagai produk publik yang sepenuhnya open source, Blobstream Zero memungkinkan setiap proyek atau pengembang untuk menjalankan instansi lokal dan menghasilkan bukti nol pengetahuan. Selain itu, Blobstream Zero juga dapat mendukung koprocesor ZK. Koprocesor ZK pada dasarnya adalah alat komputasi di luar rantai, oleh karena itu membutuhkan data yang dapat diandalkan untuk melakukan komputasi. Blobstream Zero dapat mengambil data dari blockchain seperti Celestia, dan dapat membuktikan keandalan data yang ditransmisikan melalui pembuatan bukti ZK.

Steel：Paradigma baru kontrak pintar untuk eksekusi di luar rantai dan verifikasi di dalam rantai

Steel adalah alat sumber terbuka yang diperkenalkan oleh RISC Zero, menggunakan teknologi zkVM untuk mewujudkan eksekusi kontrak cerdas yang dapat diverifikasi di luar rantai. Melalui Steel, pengembang dapat memindahkan operasi EVM dari rantai ke eksekusi di luar rantai, sambil menghasilkan bukti pengetahuan nol, memastikan keaslian dan verifikasi hasil komputasi.

Kontrak pintar tradisional harus menjalankan semua logika di dalam rantai, yang tidak hanya mahal dalam biaya Gas, tetapi juga membatasi pengembangan aplikasi yang kompleks. Mekanisme komputasi di luar rantai dan verifikasi di dalam rantai Steel mengatasi masalah ini. Misalnya, dalam kontrak pintar sederhana, menguji apakah saldo ERC20 dari suatu akun lebih besar dari 1 dan meningkatkan variabel penghitung. Metode tradisional memerlukan pelaksanaan logika di dalam rantai secara penuh, sedangkan Steel melakukan komputasi di luar rantai dan menghasilkan bukti pengetahuan nol, sehingga hanya perlu memverifikasi bukti di dalam rantai tanpa perlu menjalankan logika kontrak secara berulang.

Saat ini, RISC Zero telah merilis Steel 1.0, dan mitra telah menggunakan alat ini untuk mengembangkan aplikasi. Sebagai contoh, dalam pemanggilan kontrak yang memproses sekitar 400.000 operasi SLOAD, perhitungan dipindahkan ke eksekusi di luar rantai melalui Steel, kemudian pembuktian zero knowledge di verifikasi di rantai. Biaya pembuatan bukti kurang dari 10 dolar, biaya verifikasi di rantai kurang dari 300.000 Gas.

Kailua: mendorong inovasi arsitektur Rollup dengan solusi gabungan ZK

Setelah merilis Zeth, RISC Zero mengeluarkan Kailua, sebuah solusi upgrade untuk optimis Rollup yang menggabungkan ZK Rollup. Optimis Rollup tradisional biasanya membutuhkan periode tantangan selama 7 hari, yang mengakibatkan penyelesaian transaksi yang lambat, sementara ZK Rollup, meskipun dapat mencapai penyelesaian dengan cepat, memiliki biaya tinggi untuk menghasilkan bukti pengetahuan nol. Kailua menggabungkan keuntungan dari keduanya dengan mencapai keseimbangan antara biaya dan efisiensi melalui arsitektur campuran. Sebagai perluasan dari kerangka Optimism Kona, Kailua tidak hanya mendukung Kona yang tidak dimodifikasi untuk berjalan di zkVM, tetapi juga memperkenalkan mekanisme penyelesaian sengketa inovatif yang mengurangi persyaratan penjaminan dan mengurangi keterlambatan penyelesaian, sehingga meningkatkan efisiensi dan ketersediaan sistem.

Dalam arsitektur Kailua, mekanisme kontroversi mengadopsi desain baru. Pertama, mekanisme penyelesaian kontroversi membatalkan batasan waktu, memungkinkan validator untuk memiliki waktu yang cukup untuk menghasilkan bukti saat menghadapi gangguan jaringan dan situasi khusus lainnya, sehingga meningkatkan elastisitas sistem. Bahkan dalam situasi ekstrim, arsitektur ekstensi RISC Zero zkVM Kailua masih dapat menyelesaikan bukti dalam satu jam. Selain itu, fitur verifikasi on-demand Kailua memungkinkan pengembang untuk mengkonfigurasi frekuensi verifikasi secara fleksibel, untuk beralih secara bertahap ke mode Rollup verifikasi lengkap dengan biaya lebih rendah.

Berbeda dengan ZK Rollup, desain Kailua tidak memerlukan pembuatan bukti yang berkelanjutan. Untuk Rollup dengan blok kosong berfrekuensi rendah atau kebutuhan kontrak khusus, Kailua menyediakan pilihan yang lebih efisien biaya. Selain itu, Kailua juga secara signifikan mengurangi kebutuhan biaya jaminan Rollup. Volume jaminan Rollup optimis tradisional akan meningkat secara linear seiring dengan periode finalitas yang lebih lama, sementara desain yang dioptimalkan Kailua akan memperjelas kebutuhan jaminan, sehingga sistem dapat tetap aman dan aktif dengan biaya yang lebih rendah bahkan dalam periode panjang.

Saat ini, Kailua telah sepenuhnya open-source. Pengembang dapat menggunakan alat baris perintahnya untuk mengimplementasikan jaringan uji Optimism lokal dan dengan cepat meng-upgrade menjadi jaringan yang mendukung ZK Proof of Stake. Kailua juga mendukung simulasi proposal kegagalan untuk membantu pengembang memahami bagaimana validator menantang status kesalahan melalui zkVM dan memahami mekanisme penyelesaian sengketa. Di masa depan, Kailua akan terus dioptimalkan dalam hal biaya dan kinerja, serta mendukung lebih banyak kerangka Rollup.

Ringkasan

Dari teks di atas, dapat dilihat bahwa matriks produk zkVM RISC Zero sedang mendorong perkembangan teknologi bukti pengetahuan nol di berbagai bidang. Zeth dan Kailua fokus pada optimisasi arsitektur Rollup, meningkatkan efisiensi verifikasi blok dan kecepatan penyelesaian kontroversi. Bonsai menyediakan layanan bukti jarak jauh, mengurangi ketergantungan perangkat keras dan biaya operasional, memungkinkan pengembang membangun aplikasi dengan lebih efisien. Sementara itu, Blobstream Zero memastikan validasi data lintas rantai yang efisien, memberikan dukungan yang dapat diandalkan bagi ekosistem blockchain modular. Selain itu, Steel mengurangi biaya Gas eksekusi kontrak pintar melalui pola komputasi di luar rantai dan verifikasi di atas rantai.

Tentu saja, sambil terus memperbaiki matriks produk zkVM, RISC Zero juga terus mendorong inovasi teknologi dasar zkVM. Baru-baru ini, RISC Zero zkVM merilis versi 1.2, yang memperkenalkan metode pra-kompilasi yang baru, memungkinkan pengembang untuk mendeploy logika pra-kompilasi bersama dengan aplikasi, tanpa perlu terintegrasi ke dalam zkVM itu sendiri. Ini berarti pengembang dapat menambahkan logika pra-kompilasi baru tanpa perlu mengubah kontrak verifikasi di rantai atau mengkoordinasikan konfigurasi pemegang bukti, dan tanpa perlu melakukan fork atau perubahan besar pada zkVM untuk mengoptimalkan kinerja. Selain itu, dengan menggunakan pra-kompilasi yang didefinisikan oleh aplikasi, biaya komputasi dalam pembangkitan bukti dapat dikurangi. Misalnya, setelah integrasi pra-kompilasi RSA oleh Automata, jumlah siklus eksekusi dikurangi dari 39 juta menjadi 21,7 ribu, mengurangi biaya sekitar 180 kali.

Dengan terus ditingkatkannya teknologi zkVM, potensi pengembangannya akan semakin tercermin dalam banyak skenario aplikasi, namun jika ingin mengeluarkan potensi ini dengan lebih baik, masih memerlukan kerja sama ekosistem dan kinerja teknologi yang terimplementasi.