Tháo dỡ các lợi thế kỹ thuật của bộ đồng xử lý Ethereum ZK Axiom

Tác giả: Mặt Nạ Mạng

Tại hội nghị thượng đỉnh ETHShanghai 2023, người sáng lập Axiom Yi Sun đã giới thiệu bộ đồng xử lý ZK của Ethereum Axiom và tầm quan trọng của nó đối với khả năng truy cập dữ liệu và sức mạnh tính toán. Axiom nhận ra việc mở rộng quyền truy cập và tính toán dữ liệu thông qua khái niệm hoạt động Phản chiếu và nhận ra tính hợp lệ của truy vấn bằng cách xác minh chuỗi băm và duy trì bộ đệm. Các ứng dụng cho Axiom bao gồm các ứng dụng chi phí cao, truy cập dữ liệu lớn hơn, các ứng dụng dựa trên các giao thức quản lý dữ liệu lịch sử, v.v. Thông qua Axiom, các hợp đồng thông minh có thể thu được dữ liệu rộng hơn và sức mạnh tính toán, thúc đẩy hơn nữa sự phát triển của các ứng dụng Ethereum.

Văn bản sau đây là phiên bản tiếng Trung của bài phát biểu của Yi Sun và liên kết là video trực tiếp:

Trước tiên, hãy hiểu hành trình người dùng thực sự truy cập thông tin Ethereum. Khi chúng tôi lần đầu tiên sử dụng Ethereum, cách chúng tôi thực sự nhận được thông tin về những gì đang xảy ra trên chuỗi là thông qua các lệnh gọi JSON-RPC để lưu trữ các chú thích. Mục đích của API JSON-RPC là thực sự trình bày thông tin về lịch sử trên chuỗi cho người dùng. Về cơ bản, tất cả thông tin chúng ta thấy về chuỗi khối được trích xuất từ các lệnh gọi API này và được trình bày dưới dạng mục nhập trên trang web để người dùng đọc.

Giờ đây, khi người dùng trở nên thành thạo hơn trong việc tương tác với chuỗi khối, chúng tôi bắt đầu yêu cầu các chế độ xem chuỗi ngày càng phức tạp. Do đó, các loại nút lưu trữ khác nhau đang được phát triển cho những sự đánh đổi khác nhau của người dùng. Thế là có Geth, Erigon, Nethermind, và giờ là Reth. Chúng ta có thể chọn nút lưu trữ phù hợp nhất theo nhu cầu của mình.

Nếu người dùng không hài lòng với API JSON-RPC riêng biệt, thì có thể chọn một trình lập chỉ mục để áp dụng xử lý hậu kỳ trong khi theo dõi các giao dịch. Đối với các ứng dụng khác nhau, người dùng có thể quan tâm đến dữ liệu được trả về từ Đồ thị hoặc Cộng hóa trị.

Gần đây hơn, cũng đã có ví và các sản phẩm khác cung cấp mô phỏng giao dịch trên các nút lưu trữ. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể thấy kết quả thực tế của một giao dịch ảo trước khi thực hiện. Nhìn chung, với tư cách là người dùng cuối, cách chúng ta tương tác với Ethereum ngày càng phức tạp hơn, sử dụng nhiều tính toán hơn trên dữ liệu chúng ta đọc.

Bây giờ, nếu chúng ta nghĩ về nó không phải từ góc độ của người dùng, mà từ góc độ của một hợp đồng thông minh trên Ethereum. Tất nhiên, các hợp đồng cũng muốn có thể truy cập dữ liệu và thực hiện các tính toán trên đó, nhưng điều này khó khăn hơn. Trên thực tế, nếu chúng ta truy cập OpenSea và xem danh sách CryptoPunk, chúng ta sẽ thấy rằng trong số tất cả thông tin trên trang, chỉ một phần nhỏ có thể truy cập được trong hợp đồng thông minh trên chuỗi.

Trên thực tế, đối với danh sách của CryptoPunk, thông tin này chỉ dành cho những người nắm giữ hiện tại. Tất nhiên, có rất nhiều thông tin khác trên trang, nhưng tất cả thông tin liên quan đến thông tin chuyển nhượng lịch sử, giá lịch sử và người nắm giữ lịch sử thực sự không thể truy cập được vào hợp đồng thông minh vì nó thuộc về lịch sử quá khứ. Những lịch sử này tạo thành thông tin trên chuỗi, nhưng chúng không có sẵn cho các hợp đồng thông minh vì chúng tôi cần tránh buộc mọi nút Ethereum đầy đủ phải duy trì thông tin này trong quyền truy cập ngẫu nhiên của nó để xác minh giao dịch.

Ngoài ra, như bất kỳ nhà phát triển chuỗi khối nào cũng có thể cho bạn biết, việc chạy các tính toán trên chuỗi cực kỳ tốn kém, mặc dù Ethereum có các hoạt động của máy ảo (VM) tương đối hiệu quả và việc biên dịch trước làm cho một số loại hoạt động rẻ hơn. Ví dụ: Ethereum cung cấp hỗ trợ tương đối rẻ cho các hoạt động của đường cong elip trên đường cong BN254. Tuy nhiên, đối với một số ứng dụng cụ thể, Máy ảo Ethereum vẫn là một môi trường thời gian chạy rất tốn kém. Khi thiết kế một máy ảo chuỗi khối, người ta phải chọn một bộ hoạt động vốn có cần được đo lường cẩn thận để đảm bảo rằng mỗi nút có thể xác minh các giao dịch tại một thời điểm nhất quán. Ngoài ra, tính bảo mật trong trường hợp xấu nhất và sự ổn định đồng thuận cũng phải được xem xét. Vì vậy, thách thức ở đây là làm thế nào để triển khai mở rộng quy mô dành riêng cho ứng dụng cho các ứng dụng trên chuỗi. Axiom nhằm mục đích mở rộng quyền truy cập dữ liệu và khả năng tính toán cho các hợp đồng thông minh để đáp ứng nhu cầu mở rộng của các ứng dụng khác nhau.

Cái mà Axiom đang xây dựng là cái mà nó gọi là Bộ đồng xử lý Ethereum (ZK Coprocessor), cho phép một số hợp đồng thông minh nhất định ủy quyền một cách đáng tin cậy cho hệ thống ngoài chuỗi của chúng tôi để chúng có thể ủy quyền đọc dữ liệu và tính toán có thể kiểm chứng cho Axiom . Để đưa ra truy vấn cho Axiom, hợp đồng thông minh có thể gửi giao dịch đến hệ thống trên chuỗi của chúng tôi. Nút ngoại tuyến của chúng tôi sẽ nhận giao dịch và tạo kết quả dựa trên truy vấn lịch sử của Ethereum và đính kèm bằng chứng không có kiến thức để chứng minh tính chính xác của kết quả. Cuối cùng, chúng tôi xác minh kết quả trên chuỗi và cung cấp kết quả một cách đáng tin cậy cho các hợp đồng thông minh xuôi dòng.

Điều này tương tự như cách CPU trong máy tính ủy quyền tính toán cho GPU và tìm nạp lại kết quả khi chúng được biết. Khái niệm này được gọi là bộ đồng xử lý (Coprocesso) trong những ngày đầu. Trên trang trình bày, tôi hiển thị hình ảnh của một bộ đồng xử lý toán học nâng cao từ đầu những năm 1990, tương tự như những gì mà Axiom thực hiện.

Chúng ta có thể hiểu rõ hơn về những loại hoạt động mà Axiom có thể thực hiện Mỗi truy vấn tới Axiom có thể được chia thành ba phần.

Đầu tiên là phần đọc, đó là cách nhập các truy vấn Axiom - chúng ta có thể đọc dữ liệu lịch sử trên chuỗi một cách đáng tin cậy.

Phần thứ hai là chúng ta có thể chạy các tính toán xác thực trên dữ liệu này. Điều này có thể bắt đầu từ phân tích cơ bản, như tính tổng một số số, tìm giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất, cho đến các phép tính phức tạp hơn. Ví dụ: một số tổng hợp hoặc xác minh chữ ký từ mật mã và thậm chí cả học máy dựa trên kiến thức bằng không, chẳng hạn như xác minh hoạt động của một số thuật toán danh tiếng trên dữ liệu xã hội trên chuỗi hoặc sử dụng một số thuật toán học máy nhất định trong các ứng dụng tài chính. Cuối cùng, chúng tôi sẽ cung cấp các chức năng tổng hợp điện toán có thể lập trình thông qua các máy ảo.

Phần cuối cùng, sau các bước đọc và tính toán, chúng tôi nhận được kết quả và luôn ghép nối kết quả đó với bằng chứng không biết rằng việc tính toán kết quả là hợp lệ. Do đó, chúng tôi xác minh bằng chứng này trong hợp đồng thông minh Ethereum, sau đó lưu trữ kết quả để hợp đồng sử dụng.

Vì tất cả các kết quả do Axiom trả về thực sự được xác minh bằng bằng chứng không có kiến thức, điều này có nghĩa là tính bảo mật của mọi thứ do Axiom trả về tương đương về mặt mật mã với tính bảo mật của chính Ethereum. Triết lý của Axiom là chúng tôi không muốn áp đặt bất kỳ giả định bổ sung nào đối với người dùng ngoài các giả định về mật mã mà họ đã có khi sử dụng Ethereum.

Tiếp theo, tôi sẽ giới thiệu chi tiết về nguyên tắc thực hiện của nó, bao gồm khái niệm về hoạt động Phản chiếu được đề cập trong tiêu đề của bài phát biểu. Nguyên tắc cốt lõi giúp mọi thứ trở nên khả thi là mọi khối trên chuỗi khối đều chứa một lịch sử hoàn chỉnh. Chúng ta có thể bắt đầu từ khối Ethereum hiện tại và quay trở lại các khối trước đó mà chúng ta quan tâm. Bằng cách lấy tất cả các tiêu đề khối giữa khối quá khứ và khối hiện tại và bằng cách xác minh chuỗi băm của các tiêu đề khối này, chúng tôi thực sự có thể đảo ngược cam kết của khối quá khứ đối với khối hiện tại.

Vậy lợi ích của Reflection là gì?

Chúng tôi có thể lấy một khối Ethereum hiện tại và quay lại khối trước đó mà chúng tôi quan tâm. Nếu chúng tôi nhận được các tiêu đề khối giữa khối trước đây và khối hiện tại, chúng tôi có thể đảo ngược cam kết của khối trước đó thành khối hiện tại bằng cách xác minh đường dẫn băm giữa các tiêu đề khối này. Sau đó, nếu chúng tôi quan tâm đến một số thông tin từ một khối trong quá khứ, chúng tôi có thể đưa ra bằng chứng về việc đưa vào cam kết của khối đó. Cụ thể, đây có thể là bằng chứng Merkle Patricia Trie rằng thông tin tồn tại trong trạng thái của khối, trie giao dịch hoặc trie biên nhận. Trong EVM, ít nhất là về nguyên tắc, mọi thông tin trước đây trên chuỗi chỉ có thể được truy cập thông qua kiến thức về các hàm băm khối gần đây.

Thật không may, làm điều này trong EVM là tốn kém. Như vừa đề cập, bạn phải xác minh chuỗi băm và bằng chứng Merkle của tất cả các tiêu đề khối, liên quan đến nhiều phép tính băm Keccak trên một lượng lớn dữ liệu. Vì vậy, một khi bạn quay ngược thời gian, nó trở nên rất khó khăn. Do đó, chúng tôi áp dụng thao tác Phản chiếu bằng cách bọc bằng chứng này bằng ZK trong EVM. Vì vậy, thay vì đưa tất cả các tiêu đề khối trước đây và tất cả các bằng chứng Merkle này vào chuỗi và sau đó xác minh chúng, chúng tôi kiểm tra bằng không kiến thức xem liệu có một chuỗi các tiêu đề khối trước đây và một số bằng chứng xác minh hay không.

Điều này có hai lợi thế. Đầu tiên, nó giúp chúng tôi không phải đưa dữ liệu bằng chứng vào dữ liệu cuộc gọi. Thứ hai, nó cho phép chúng tôi tổng hợp các bằng chứng, điều không tưởng nếu không sử dụng ZK. Ý tưởng ở đây là khi xác minh bất kỳ số lượng tính toán nào trên Ethereum, chi phí gas là cố định, vì vậy chúng tôi có thể sử dụng một bằng chứng ZK duy nhất để xác minh một lượng lớn truy cập dữ liệu lịch sử.

Hãy để tôi nói sơ qua về sự đánh đổi của khái niệm hoạt động Phản chiếu dựa trên ZK.

Có hai cách để truy cập dữ liệu. Đầu tiên là cách bạn biết về nó trước đây – bạn có thể truy cập dữ liệu trên Ethereum trực tiếp từ hợp đồng thông minh. Điều này có lợi thế rất lớn là truy cập đồng bộ. Do đó, bạn có thể gọi trực tiếp chức năng đọc trong hợp đồng thông minh để lấy giá trị hiện tại. Ví dụ: khi bạn giao dịch trên Uniswap, bạn cần sự đồng bộ này. Tuy nhiên, nó cũng có nhiều hạn chế. Khả năng tính toán của bạn bị giới hạn bởi chi phí nhiên liệu và bạn không có quyền truy cập vào bất kỳ dữ liệu lịch sử nào.

Thứ hai, nếu bạn muốn tận dụng khả năng của ZK để phản ánh vào Ethereum, bởi vì bạn phải tạo bằng chứng rằng quyền truy cập của bạn là chính xác, không có cách nào để thực hiện điều đó một cách đồng bộ. Vì vậy, thực tế không có quyền truy cập trực tiếp vào trạng thái trên chuỗi hiện tại, bởi vì bạn phải chứng thực trạng thái đó.

Mặt khác, nếu bạn cho phép mình truy cập dữ liệu lịch sử một cách không đồng bộ, bạn có thể áp dụng các phép tính gần như không giới hạn cho dữ liệu đó và có quyền truy cập vào lượng dữ liệu khổng lồ. Do đó, bằng cách nới lỏng khái niệm đồng bộ hóa, quyền truy cập dữ liệu vận hành Reflection dựa trên ZK có thể được mở rộng đáng kể.

Sau đó, chúng ta xem xét cách triển khai các thao tác Phản chiếu thông qua Axiom.

Đầu tiên, chúng tôi thực sự phải duy trì bộ đệm của tất cả các khối trước đó trong hợp đồng thông minh của mình. Trong EVM, 256 giá trị băm khối cuối cùng có sẵn nguyên bản. Chúng tôi có thể chứng minh rằng trong mỗi lô gồm 1024 khối, hàm băm của khối cuối cùng của lô trước đó được cam kết trong khối tiếp theo. Tương tự như vậy, hàm băm của khối thứ hai đến khối cuối cùng trong lô trước đó được cam kết trong khối cuối cùng, v.v. Do đó, chúng tôi có thể xác minh ngược chuỗi băm này và chứng minh tính hợp lệ của chuỗi băm này thông qua kiến thức bằng không.

Điều này cho phép chúng tôi lưu trữ các giá trị băm của khối bắt đầu từ khối gần đây nhất cho đến khối gốc. Trên thực tế, chúng tôi đã triển khai điều này trong hợp đồng thông minh mạng chính của mình, hợp đồng này chứa các đường dẫn Merkle được lưu trong bộ nhớ cache sau mỗi 1024 lần băm khối từ khối genesis.

Một tính năng khác mà chúng tôi đang thêm vào là Dãy núi Merkle. Nó được xây dựng dựa trên bộ đệm băm khối này, một cấu trúc dữ liệu cho phép chúng tôi tham chiếu mọi hàm băm khối trong Ethereum trong một DNA giới hạn.

Khi chúng tôi đã tạo bộ đệm, chúng tôi có thể truy vấn Axiom bằng cách xác thực các khối trong bộ đệm. Để điều này hoạt động, chúng tôi phải chứng minh rằng mọi phần dữ liệu trong lịch sử Ethereum mà chúng tôi đang cố truy cập thực sự được cam kết nằm trong bộ đệm của một số khối. Thứ hai, chúng tôi phải chứng minh rằng tất cả các tính toán chúng tôi thực hiện trên truy vấn này là chính xác. Để kiểm tra on-chain này, chúng tôi xác minh tính hợp lệ của bằng chứng không có kiến thức. Chúng tôi cũng kiểm tra xem nó có tương quan với thông tin mà chúng tôi đã ghi lại trên chuỗi hay không. Chúng tôi luôn tạo dựng niềm tin vào bộ nhớ đệm hoặc bộ nhớ đệm khối và so khớp thông tin trong các bộ nhớ đệm khối đó với thông tin công khai trong bằng chứng không có kiến thức.

Bây giờ hãy nói về các ứng dụng có thể có của thao tác Phản chiếu đã được hình dung.

Trục ngang thể hiện độ phức tạp của dữ liệu, bao nhiêu dữ liệu thực sự cần được truy cập để triển khai ứng dụng. Trục tung biểu thị độ phức tạp tính toán, là lượng tài nguyên tính toán thực sự cần được áp dụng để hoàn thành tác vụ.

Do đó, loại ứng dụng đầu tiên là ứng dụng mà Axiom hoặc bất kỳ loại cơ chế hoạt động Reflection nào có thể được thực hiện trên Ethereum, nhưng chi phí cao hơn một chút.

Một số ví dụ về điều này bao gồm đọc các nonce cấp độ đồng thuận từ các tiêu đề khối trong lớp đồng thuận Ethereum, xác minh tuổi tài khoản lịch sử hoặc đọc các loại dữ liệu tiên tri khác nhau từ thông tin giá lịch sử. Trong EVM, các giải pháp khác nhau có thể được sử dụng để triển khai các ứng dụng này, nhưng bằng cách đặt các giải pháp này vào trạng thái không có kiến thức, hiệu quả có thể tăng lên.

Bây giờ, có một lớp ứng dụng khác thường yêu cầu nhiều quyền truy cập dữ liệu hơn và do đó cần nhiều tính toán hơn. Theo tôi, những ứng dụng này sẽ không thể thực hiện được nếu không sử dụng bộ đồng xử lý ZK.

Ví dụ: một ứng dụng thú vị là cho phép Roll-up trên Ethereum đọc trạng thái của lớp cơ sở hoặc Roll-up khác theo cách đáng tin cậy, sử dụng kiến thức không để tương tác. Một ứng dụng như vậy có thể là cho phép Roll-up đọc ảnh chụp nhanh số dư đầy đủ của mã thông báo ERC20.

Nếu chúng ta chuyển sự chú ý của mình từ việc lưu trữ sang lịch sử giao dịch của các tài khoản, bạn có thể hình dung việc xây dựng một danh tiếng, danh tính hoặc hệ thống chấm điểm tín dụng đáng tin cậy bằng cách ghi lại toàn bộ lịch sử của các địa chỉ Ethereum. Điều này có thể được sử dụng để chấm điểm tín dụng hoặc để cung cấp cho bạn quyền truy cập vào một số loại DAO trên chuỗi hoặc để cung cấp cho bạn quyền truy cập để phát hành NFT tùy chỉnh.

Ngoài ra còn có một lớp ứng dụng sử dụng dữ liệu lịch sử trên chuỗi để thực sự quản lý giao thức. Thường được gọi là kế toán thỏa thuận.

Ý tưởng ở đây là các giao thức tồn tại để phối hợp hành vi của những người tham gia và nguyên tắc phối hợp cơ bản là khả năng khen thưởng hoặc trừng phạt những người tham gia vì hành vi của họ. Nếu bạn xem xét nhiều giao thức trên Ethereum, hồ sơ về hành động của những người tham gia thực sự được lưu giữ hoàn toàn trên chuỗi. Vì vậy, với Axiom, chúng ta có thể tưởng tượng rằng dựa trên tập hợp đầy đủ các hành động của những người tham gia giao thức, giao thức có thể xác định cấu trúc thanh toán hoặc thậm chí áp đặt một số loại hình phạt đối với những người tham gia, điều mà chúng tôi nghĩ có thể thực sự mở rộng không gian thiết kế của giao thức các ứng dụng.

Cuối cùng, nếu chúng tôi thực sự nâng cao mức độ tính toán, chúng tôi nghĩ rằng việc sử dụng các mô hình học máy để điều chỉnh các tham số trên chuỗi có thể rất thú vị. Nếu bạn nghĩ về các ứng dụng tài chính truyền thống, thì việc lập mô hình các tham số tương lai phức tạp dựa trên một lượng lớn dữ liệu lịch sử, chẳng hạn như dữ liệu giá cả, dữ liệu kinh tế, v.v. là rất phổ biến. Và khi chúng ta nhìn vào DeFi hiện tại, nó còn lâu mới đạt được mức đó. Tôi không nghĩ rằng DeFi nên hoạt động giống hệt như tài chính truyền thống, nhưng chúng tôi nghĩ rằng việc bổ sung một số cơ sở dữ liệu lịch sử cũng như các mô hình và thông tin dựa trên máy học có thể giúp tạo ra một giao thức DeFi năng động hơn.

Đây chỉ là một vài ý tưởng về những gì hoạt động Reflection có thể mang lại cho chuỗi khối.