Matriz de produtos RISC Zero descriptografada: como impulsionar o futuro da Ethereum em direção a ZK?

Na recente conferência Devcon, o membro principal da Fundação ETH Justin Drake propôs o projeto Beam Chain, planejando atualizar a camada de consenso do ETH através da tecnologia zkSNARK e zkVM para melhorar a escalabilidade, segurança e eficiência da rede. Essa visão também destacou novamente a importância do zkVM. Como uma Máquina virtual de conhecimento zero universal, o zkVM pode processar cálculos complexos de maneira mais flexível e eficiente, ao mesmo tempo em que evita a dependência de lógicas de Contratos inteligentes tradicionais.

Sob esta tendência, projetos como RISC Zero, Succinct e Cysic são considerados importantes participantes impulsionando a inovação neste campo. Em particular, o RISC Zero desenvolveu uma série de ferramentas de código aberto, como Zeth, Kailua e Bonsai, baseadas na arquitetura RISC-V zkVM, que não só melhoraram o desempenho da verificação de blocos e Rollup, mas também forneceram suporte técnico para a atualização ZK do Ethereum.

RISC zkVM Matriz de produtos ecossistêmicos: desde tecnologia central até aplicativos de cenário

RISC Zero é uma implementação zkVM baseada na arquitetura de conjunto de instruções RISC-V. Como uma plataforma de computação de conhecimento zero geral, ela suporta várias linguagens de programação mainstream, como Rust e C++, e pode executar praticamente qualquer tarefa de computação. Comparado a outras plataformas de tecnologia de conhecimento zero, os provadores e verificadores do RISC Zero são totalmente de código aberto, permitindo que os desenvolvedores gerem e verifiquem provas localmente. Além disso, os validadores do RISC Zero são compatíveis com várias plataformas, podendo se adaptar a diferentes ecossistemas de blockchain, simplificando o processo de desenvolvimento de aplicativos descentralizados.

Em junho deste ano, a RISC Zero lançou o zkVM 1.0. O zkVM 1.0 não apenas suporta várias linguagens e tarefas de computação complexas, mas também divide o cálculo em várias partes menores usando a tecnologia de Continuations, alcançando eficiência no cálculo e verificação paralelos. De acordo com o roteiro, a RISC Zero planeja alcançar um aumento de desempenho e custo de 20 vezes no zkVM até o final de 2024, otimizando aspectos como a migração completa do processo de prova para GPUs (80% concluído), introduzindo um novo design de circuito RISC-V v2 e otimização especializada para circuitos recursivos. Ao mesmo tempo, a RISC Zero está integrando uma série de módulos de aceleração para algoritmos como RSA, Keccak, ECDSA, entre outros, para melhorar o desempenho de tarefas relacionadas ao Ethereum e operações criptográficas.

Em torno da capacidade central do zkVM, a RISC Zero também desenvolveu uma série de ferramentas e produtos de código aberto. Por exemplo, através da rede Bonsai, serviços de prova podem ser fornecidos e os desenvolvedores podem gerar provas de conhecimento zero sem hardware especializado; através da ferramenta Steel, cálculos EVM complexos podem ser transferidos para um ambiente off-chain para reduzir o custo da execução on-chain enquanto mantém a verificabilidade dos resultados; enquanto o Blobstream Zero fornece mais possibilidades para compartilhamento e verificação de dados na ecologia modular de blockchain, através da ponteamento da camada de disponibilidade de dados Celestia.

Zeth: Prove que todo o bloco da Ethereum foi construído corretamente

Zeth é um verificador de prova de conhecimento zero de código aberto para blocos ETH baseado na tecnologia zkVM da RISC Zero, que pode verificar a validade dos blocos ETH sem depender de verificadores tradicionais ou comitês de sincronização. A RISC Zero define Zeth como um zkEVM Tipo-0, totalmente compatível com o protocolo ETH, e melhora a eficiência de desenvolvimento através da reutilização de código.

O co-fundador da Ethereum, Vitalik Buterin, dividiu o zkEVM em quatro tipos no artigo 'Diferentes tipos de zk-EVMs', dos quais o Tipo-1 busca ser totalmente equivalente e intransigente ao ETH; Tipo-2 se esforça para ser completamente equivalente ao EVM, mas não é totalmente equivalente ao ETH; Tipo-3 é quase equivalente ao EVM; Tipo-4 é completamente incompatível com o ETH.

Graças ao alto desempenho do RISC Zero zkVM, o Zeth pode verificar os blocos da Ethereum em poucos minutos. Os dados de teste mostram que o Zeth pode gerar provas de bloco a uma velocidade de 1,1 MHz e, com a extensão da funcionalidade de 'continuações' para clusters de GPU, pode alcançar velocidades de 4,7 MHz a 6,3 MHz. Essa otimização de desempenho também reduz o custo da geração de provas. De acordo com os testes, o custo de geração de provas para um bloco contendo 182 transações é de apenas 21,72 USD, com um custo de aproximadamente 0,11 USD por transação.

Ao desenvolver o Zeth, a equipe RISC Zero aproveitou ao máximo os componentes do ecossistema Rust, como revm, ethers e alloy, no processo de desenvolvimento, permitindo que os desenvolvedores implementem rapidamente a funcionalidade de prova de bloco e a apliquem em diferentes cenários. Esse design oferece mais flexibilidade aos desenvolvedores, permitindo ajustar a lógica de construção de blocos conforme necessário e adaptar-se a futuras propostas de melhoria do Ethereum.

A nível de aplicação, o Zeth fornece soluções eficientes para zk Rollup, clientes leves e pontes interligadas. A construção tradicional de zk Rollup e zkEVM requer um grande investimento de tempo e dinheiro, o que desencoraja as equipas mais pequenas. No entanto, o Zeth, baseado na arquitetura modular zkVM, permite aos desenvolvedores personalizar facilmente a lógica de validação de blocos. Por exemplo:

• zk Rollup: Zeth pode implementar rapidamente a prova de bloco, reduzindo o ciclo de desenvolvimento do ZK Rollup e o investimento de capital.
• Cliente leve: verifica a validade do bloco sem a necessidade de reconstruir o bloco, reduzindo os custos de operação.
• Ponte de Cadeia Cruzada: Zeth pode verificar a correção dos dados de cadeia cruzada sem vazar informações sensíveis da cadeia, reduzindo a dependência de terceiros e o risco de ataques de cadeia cruzada, através de ZKP.

Este mês de maio, o Zeth foi expandido com sucesso para suportar a extração de dados de bloco Optimism da rede principal ETH, e para gerar verificação de ZKP da corretude do bloco, além de suportar a verificação on-chain. Em outras palavras, com a ajuda do Zeth, o Optimism pode verificar transações de forma mais eficiente, resolvendo disputas de transações.

Bonsai: permite aos desenvolvedores gerar provas sem precisar usar seu próprio hardware

Bonsai is a remote proof service designed for zkVM applications, allowing developers to generate proofs without using their own hardware, thus solving the contradiction between limited on-chain computing resources and high costs. With Bonsai, developers only need to define the zkVM application and input data to be executed, and Bonsai will run the computation in the background and generate the corresponding zero-knowledge proof. This process does not require developers to deploy additional hardware devices. At the same time, Bonsai utilizes a large number of GPU clusters to support parallel processing of multiple computing tasks. In addition, Bonsai provides a simple and easy-to-use API and SDK interface, allowing developers to easily integrate it into existing systems, further reducing development difficulty.

Com base neste serviço de prova remota, o RISC Zero lançou a ferramenta de código aberto Bonsai Pay, que combina a autenticação de identidade OAuth2.0 e a tecnologia ZKP, permitindo aos usuários enviar ou receber tokens na rede Ethereum usando suas contas do Google. Por exemplo, quando a Alice quer transferir fundos para o Bob, ela pode inserir o endereço de e-mail do Bob e o valor da transferência através do Bonsai Pay. Em seguida, o Bob pode fazer login no Bonsai Pay, inserir o endereço de e-mail e concluir a autenticação da conta do Google. O Bonsai Pay usará o OAuth 2.0 para gerar um token de autorização, comprovando que o Bob é realmente o proprietário desse endereço de e-mail. Em seguida, o Bonsai Pay chamará o serviço de prova Bonsai, gerando uma prova de conhecimento zero que comprova a associação da conta do Google do Bob com o endereço da carteira. Após a verificação do contrato inteligente, os fundos serão desbloqueados e transferidos para o endereço da carteira do Bob.

Durante todo o processo, o Bonsai Pay verificou, através da tecnologia ZKP, o fato de que a conta do Google de Bob está associada ao endereço da carteira, evitando assim a divulgação de informações específicas da conta do Google.

Outra aplicação importante do Bonsai é o coprocessador Bonsai ZK. Ele usa tecnologia à prova de conhecimento zero para transferir tarefas de computação complexas de on-chain para off-chain, e gera provas invioláveis para garantir a correção dos resultados. Ao mesmo tempo, o coprocessador Bonsai é fácil de implantar, permitindo que os desenvolvedores escrevam um aplicativo zkVM para lidar com a lógica e chamem o Bonsai por meio de um contrato simples do Solidity para executar os cálculos e verificar os resultados. Durante todo o processo, o serviço de certificação Bonsai é responsável por gerar provas de conhecimento zero de cálculos off-chain que podem ser verificados on-chain.

O coprocessador Bonsai ZK é adequado para aplicações on-chain que exigem alto desempenho e baixo custo. Por exemplo, na governação DAO, pode transferir cálculos de votação complexos para off-chain, reduzindo significativamente as taxas de Gas on-chain. O Bonsai DAO Governor reduz o custo de Gas por voto em mais de 50% através do coprocessador, melhorando eficazmente a eficiência da governação e reduzindo as barreiras à participação.

Boundless: Camada de Computação Verificável

Na arquitetura tradicional de blockchain, para garantir a validade das transações, todos os nós precisam repetir todos os cálculos de cada transação. Esse modelo de 'reexecução global' pode garantir segurança e consistência, mas também traz altos custos de computação. Para resolver esse problema, o RISC Zero lançou o Boundless, que permite que um único nó execute os cálculos e gere uma prova de conhecimento zero verificável, enquanto os outros nós só precisam verificar essa prova para confirmar o resultado, sem a necessidade de repetir os cálculos.

Boundless simplificou o processo de verificação através da técnica de combinação recursiva. Ele combina várias provas de conhecimento zero menores em uma única prova geral, permitindo que o verificador verifique apenas uma prova geral em vez de verificar individualmente cada prova de cada estágio. Para otimizar ainda mais a eficiência da geração de provas de conhecimento zero, Boundless tem circuitos criptográficos dedicados integrados, otimizando a eficiência de tarefas comuns como cálculo de hash, verificação de assinatura digital, etc.

Além disso, os desenvolvedores que usam Boundless não precisam entender a tecnologia de conhecimento zero; eles só precisam escrever aplicativos em uma linguagem de programação familiar, como Rust ou Solidity. Atualmente, Boundless está aberto para acesso gratuito aos desenvolvedores. Eles não precisam migrar sistemas existentes ou atualizar contratos de verificação para aproveitar os serviços de prova oferecidos pelo Boundless e construir e implantar rapidamente aplicativos de conhecimento zero em qualquer blockchain.

Blobstream Zero: uma ponte intercadeias para simplificar a validação de dados zkVM

Blobstream Zero é uma ponte interligada baseada em zkVM lançada pela RISC Zero e Celestia, com o objetivo de conectar perfeitamente a camada de disponibilidade de dados da Celestia ao ecossistema modular de blockchain existente. Ao partilhar e verificar os dados na Celestia, o Blobstream Zero facilita a transferência e verificação de dados entre cadeias.

Como um produto público totalmente aberto, o Blobstream Zero permite que qualquer projeto ou desenvolvedor execute uma instância local e gere provas de conhecimento zero. Além disso, o Blobstream Zero também pode suportar coprocessadores ZK. Os coprocessadores ZK são essencialmente ferramentas de computação fora da cadeia, portanto, precisam de dados confiáveis para realizar cálculos. O Blobstream Zero pode obter dados de blockchains como Celestia e pode comprovar a confiabilidade dos dados transferidos gerando provas de conhecimento zero.

Steel: um novo paradigma de contratos inteligentes com execução off-chain e validação on-chain

Steel é uma ferramenta de código aberto lançada pela RISC Zero, que utiliza a tecnologia zkVM para executar Contratos inteligentes verificáveis fora da cadeia. Através do Steel, os desenvolvedores podem transferir a execução da EVM da cadeia para fora da cadeia, ao mesmo tempo que geram provas de conhecimento zero para garantir a autenticidade e verificabilidade dos resultados do cálculo.

Os contratos inteligentes tradicionais exigem a execução completa de toda a lógica na cadeia, o que não só tem custos elevados de gás, mas também limita o desenvolvimento de aplicações complexas. O mecanismo de cálculo off-chain e verificação on-chain do Steel resolve esse problema. Por exemplo, num contrato inteligente simples, verificar se o saldo ERC20 de uma conta é superior a 1 e incrementar uma variável de contagem. O método tradicional requer a execução completa da lógica na cadeia, enquanto o Steel realiza o cálculo off-chain, gera prova de conhecimento zero e a cadeia apenas precisa verificar a prova, sem necessidade de executar repetidamente a lógica do contrato.

Atualmente, o RISC Zero lançou o Steel 1.0 e já tem parceiros que utilizaram a ferramenta para desenvolver aplicações. Por exemplo, num contrato que processa cerca de 400.000 operações SLOAD, o cálculo foi transferido para execução off-chain através do Steel, seguido da verificação on-chain da prova de conhecimento zero gerada. O custo de geração da prova é inferior a 10 dólares, e o custo de verificação on-chain é inferior a 300.000 Gas.

Kailua: Uma solução híbrida ZK impulsionando a inovação da arquitetura Rollup

Após o lançamento do Zeth, a RISC Zero lançou o Kailua, que oferece uma solução de atualização híbrida para o Rollup otimista. O Rollup otimista tradicional geralmente requer um período de desafio de 7 dias, o que resulta em uma finalidade de transação mais lenta, enquanto o Rollup ZK pode alcançar a finalidade rapidamente, mas o custo contínuo de geração de provas de conhecimento zero é alto. O Kailua combina as vantagens de ambos, alcançando um equilíbrio entre custo e eficiência por meio de uma arquitetura híbrida. Como uma extensão do framework Optimism Kona, o Kailua não apenas suporta a execução do Kona não modificado no zkVM, mas também introduz um mecanismo inovador de resolução de disputas, reduzindo os requisitos de garantia e diminuindo atrasos na finalidade, melhorando assim a eficiência e a disponibilidade do sistema.

Na arquitetura do Kailua, o mecanismo de controvérsia adotou um novo design. Em primeiro lugar, o mecanismo de resolução de controvérsias cancelou o limite de tempo, permitindo que os verificadores tenham tempo suficiente para gerar provas em casos especiais, como interrupções de rede, aumentando assim a elasticidade do sistema. Mesmo em situações extremas, a arquitetura expandida do RISC Zero zkVM do Kailua pode concluir provas em uma hora. Além disso, a função de verificação sob demanda do Kailua permite que os desenvolvedores configurem flexivelmente a frequência de verificação, facilitando a transição gradual para o modo Rollup totalmente verificado com custos mais baixos.

Ao contrário do ZK Rollup, o design do Kailua não requer a geração contínua de provas. Para Rollups com baixa frequência de blocos vazios ou com requisitos especiais de contratos, o Kailua oferece uma opção mais econômica. Além disso, o Kailua reduz significativamente o requisito de depósito para Rollups. A quantidade de depósito para Rollups otimistas tradicionais aumenta linearmente com o ciclo de finalidade mais longo, enquanto o projeto otimizado do Kailua fixa o requisito de depósito, tornando o sistema capaz de manter a segurança e a atividade com custos mais baixos, mesmo em ciclos longos.

Atualmente, Kailua está completamente aberto. Os desenvolvedores podem implantar uma rede de teste local do Optimism usando suas ferramentas de linha de comando e atualizá-la rapidamente para suportar uma rede de prova de falha ZK. Kailua também suporta propostas de falha simuladas, ajudando os desenvolvedores a compreender como os validadores desafiam estados incorretos por meio do zkVM, a fim de entender mais profundamente o seu mecanismo de resolução de disputas. No futuro, Kailua será ainda mais otimizado em termos de custo e desempenho, e será expandido para suportar mais estruturas Rollup.

Resumo

A partir do texto acima, podemos ver que a matriz de produtos zkVM da RISC Zero está impulsionando o desenvolvimento da tecnologia de prova zero em várias áreas. Zeth e Kailua concentram-se na otimização da arquitetura Rollup, melhorando a eficiência na verificação de blocos e a velocidade na resolução de disputas. O Bonsai oferece serviços de prova remota, reduzindo a dependência de hardware e os custos operacionais, permitindo que os desenvolvedores construam aplicativos de forma mais eficiente. Enquanto o Blobstream Zero efetua a verificação eficiente de dados entre blockchains, fornecendo suporte confiável para a ecologia modular de blockchains. Além disso, o Steel reduz o custo de Gas na execução de contratos inteligentes por meio de um modelo de computação off-chain e verificação on-chain.

Naturalmente, enquanto a matriz de produtos zkVM está em constante aperfeiçoamento, o RISC Zero também está continuamente impulsionando a inovação da tecnologia subjacente do zkVM. Recentemente, o zkVM RISC Zero lançou a versão 1.2, introduzindo um novo método de pré-compilação que permite que os desenvolvedores implantem a lógica pré-compilada juntamente com o aplicativo, sem precisar ser integrado ao zkVM em si. Isso significa que os desenvolvedores podem adicionar novas lógicas pré-compiladas sem precisar modificar o contrato de verificação em cadeia ou a configuração do coordenador de prova, e sem precisar fazer um hard fork ou grandes alterações no zkVM para obter melhorias de desempenho. Além disso, a pré-compilação definida pelo aplicativo também pode reduzir o custo computacional da geração de prova. Por exemplo, depois que a Automata integrou a pré-compilação RSA, o ciclo de execução foi reduzido de 39 milhões para 217 mil, reduzindo o custo em cerca de 180 vezes.

Com a contínua otimização da tecnologia zkVM, seu potencial de desenvolvimento será gradualmente demonstrado em vários cenários de aplicação, mas para liberar melhor esse potencial, ainda depende da colaboração e do desempenho real da implementação da tecnologia.

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