Giải mã ma trận sản phẩm RISC Zero: Làm thế nào để hỗ trợ Ethereum vào tương lai ZK?

Viết bởi: LINDABELL

Tại hội nghị Devcon gần đây, thành viên cốt lõi của Quỹ Ethereum, Justin Drake đã đưa ra đề xuất Beam Chain, kế hoạch nâng cấp tầng đồng thuận của Ethereum thông qua công nghệ zkSNARK và zkVM, nhằm nâng cao khả năng mở rộng, an toàn và hiệu suất của mạng. Tầm nhìn này cũng đẩy mạnh sự quan trọng của zkVM. Là một loại máy ảo zero-knowledge thông dụng, zkVM có thể xử lý tính toán phức tạp một cách linh hoạt và hiệu quả hơn, đồng thời loại bỏ sự phụ thuộc vào logic hợp đồng thông minh truyền thống.

Dưới sự thúc đẩy của xu hướng này, các dự án như RISC Zero, Succinct và Cysic được coi là những người tham gia quan trọng đẩy mạnh sự đổi mới trong lĩnh vực này. Trong đó, RISC Zero đã phát triển một loạt công cụ mã nguồn mở như Zeth, Kailua và Bonsai dựa trên kiến trúc RISC-V với zkVM, không chỉ nâng cao hiệu suất của việc xác minh khối và Rollup mà còn hỗ trợ công nghệ nâng cấp ZK cho Ethereum.

Ma trận sản phẩm sinh thái RISC zkVM: Từ công nghệ cốt lõi đến ứng dụng kịch bản

RISC Zero là một triển khai zkVM dựa trên kiến ​​trúc tập lệnh RISC-V, là một nền tảng tính toán không chứng thực thông dụng, hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình phổ biến như Rust và C++, gần như có thể chạy bất kỳ nhiệm vụ tính toán nào. So với các nền tảng công nghệ không chứng thực khác, những người chứng minh và xác minh của RISC Zero là hoàn toàn mã nguồn mở, nhà phát triển có thể tạo và xác minh chứng minh tại địa phương. Ngoài ra, trình xác minh của RISC Zero tương thích với nhiều nền tảng, có thể tương thích với các hệ sinh thái chuỗi khối khác nhau, giản lược quy trình phát triển ứng dụng phi tập trung.

Trong tháng 6 năm nay, RISC Zero đã phát hành zkVM 1.0. zkVM 1.0 không chỉ hỗ trợ nhiều ngôn ngữ và nhiệm vụ tính toán phức tạp, mà còn sử dụng công nghệ Continuations để chia nhỏ các tính toán quy mô lớn thành nhiều đoạn nhỏ, thực hiện tính toán và xác minh song song hiệu quả. Theo lộ trình, RISC Zero dự định đạt được cải tiến hiệu suất và chi phí của zkVM lên tới 20 lần trước cuối năm 2024, các điều chỉnh bao gồm di chuyển quy trình chứng minh hoàn toàn sang GPU (đã hoàn thành 80%), giới thiệu thiết kế mạch RISC-V v2 mới, và tối ưu hóa đặc biệt cho mạch đệ quy, và đang tích hợp một loạt các mô-đun tăng tốc cho các thuật toán như RSA, Keccak, ECDSA, để cải thiện hiệu suất các nhiệm vụ liên quan đến Ethereum và các hoạt động mã hóa.

Xung quanh khả năng cốt lõi của zkVM, RISC Zero cũng đã phát triển một loạt các công cụ và sản phẩm mã nguồn mở. Ví dụ, thông qua mạng lưới Bonsai, dịch vụ chứng minh có thể được tạo ra mà không cần phần cứng đặc biệt; thông qua công cụ Steel, tính toán phức tạp của EVM có thể được chuyển sang môi trường ngoại chuỗi để thực hiện, đồng thời giữ cho kết quả có thể xác minh, giảm chi phí thực thi trên chuỗi; và Blobstream Zero thông qua việc kết nối lớp sẵn có dữ liệu Celestia, tạo ra nhiều khả năng mới cho việc chia sẻ và xác minh dữ liệu trong hệ sinh thái chuỗi khối modular.

Zeth: Chứng minh rằng toàn bộ khối Ethereum đã được xây dựng đúng

Zeth là một công cụ chứng minh không cần biết về khối Ethereum mã nguồn mở được phát triển bởi RISC Zero dựa trên công nghệ zkVM của họ, có thể xác minh tính hợp lệ của khối Ethereum thông qua chứng minh không cần biết, mà không cần phụ thuộc vào người xác minh truyền thống hoặc ủy ban đồng bộ. RISC Zero định nghĩa Zeth là Type-0 zkEVM, không chỉ hoàn toàn tương thích với giao thức Ethereum mà còn tăng cường hiệu suất phát triển thông qua việc tái sử dụng mã nguồn.

Người đồng sáng lập Ethereum, Vitalik Buterin, trong bài viết 'Các loại zk-EVM khác nhau' chia zkEVM thành bốn loại, trong đó Type-1 hướng tới sự tương đương hoàn toàn và không đàm phán với Ethereum; Type-2 tập trung vào sự tương đương hoàn toàn với EVM, nhưng không hoàn toàn tương đương với Ethereum; Type-3 gần như tương đương với EVM; Type-4 hoàn toàn không tương thích với Ethereum.

Nhờ hiệu suất cao của RISC Zero zkVM, Zeth có thể xác thực các khối Ethereum chỉ trong vài phút. Dữ liệu thử nghiệm cho thấy Zeth có thể tạo ra bằng chứng khối ở tốc độ 1,1 MHz và mở rộng cụm GPU lên 4,7 MHz đến 6,3 MHz với các tính năng "tiếp tục". Việc tối ưu hóa hiệu suất này cũng làm giảm chi phí tạo bằng chứng. Theo thử nghiệm, một khối chứa 182 giao dịch chỉ tốn 21,72 đô la để tạo bằng chứng, có giá khoảng 0,11 đô la cho mỗi giao dịch.

Đồng thời, trong quá trình phát triển Zeth, nhóm RISC Zero đã tận dụng tối đa các thành phần của hệ sinh thái Rust như revm, ethers và alloy để cho phép nhà phát triển nhanh chóng triển khai chức năng chứng thực khối và áp dụng nó vào các tình huống khác nhau. Thiết kế này cung cấp thêm linh hoạt cho nhà phát triển, cho phép điều chỉnh logic xây dựng khối và tương thích với các đề xuất cải tiến Ethereum trong tương lai theo nhu cầu.

Ở mức ứng dụng, Zeth cung cấp các giải pháp hiệu quả cho zk Rollup, khách hàng nhẹ và cầu nối liên chuỗi. Xây dựng zk Rollup truyền thống và zkEVM đòi hỏi nhiều thời gian và tiền bạc, khiến các nhóm nhỏ không dám tiếp cận. Zeth dựa trên kiến trúc zkVM theo mô-đun, cho phép nhà phát triển dễ dàng tùy chỉnh logic xác minh khối. Ví dụ:

zk Rollup：Zeth có thể nhanh chóng chứng minh khối, rút ngắn thời gian phát triển và giảm đầu tư vốn cho ZK Rollup.

Khách hàng nhẹ: Xác minh tính hợp lệ của khối mà không cần xây dựng lại khối, giảm chi phí hoạt động.

Cầu nối đã quảng: Zeth có thể xác minh sự chính xác của dữ liệu qua các chuỗi mà không tiết lộ thông tin mật mã trên chuỗi, điều này giảm thiệt kê̷t nối đã quảng dựa vào bên thứ ba và giảm thiệt nguy cơ tấn công qua các chuỗi.

Vào tháng Năm năm nay, Zeth đã mở rộng thành công để hỗ trợ trích xuất dữ liệu khối Optimism từ mạng chính Ethereum và tạo ZKP để xác minh tính chính xác của khối, cũng như xác thực trên chuỗi. Điều này có nghĩa là với Zeth, Optimism có thể xác minh các giao dịch và giải quyết tranh chấp giao dịch hiệu quả hơn.

Bonsai：Cho phép các nhà phát triển tạo chứng minh mà không cần sử dụng phần cứng của họ

Bonsai là một dịch vụ chứng minh từ xa được thiết kế đặc biệt cho các ứng dụng zkVM, cho phép nhà phát triển không cần sử dụng phần cứng của riêng mình để tạo chứng minh, từ đó giải quyết mâu thuẫn giữa tài nguyên tính toán trên chuỗi có hạn và chi phí cao. Thông qua Bonsai, nhà phát triển chỉ cần xác định các ứng dụng zkVM cần thực thi và dữ liệu đầu vào, Bonsai sẽ chạy tính toán ở nền và tạo ra chứng minh zero-knowledge tương ứng. Quá trình này hoàn toàn không đòi hỏi nhà phát triển triển khai các thiết bị phần cứng bổ sung. Đồng thời, Bonsai sử dụng một cụm GPU lớn và hỗ trợ xử lý song song nhiều nhiệm vụ tính toán. Ngoài ra, Bonsai cung cấp API và SDK dễ sử dụng, giúp nhà phát triển dễ dàng tích hợp vào hệ thống hiện có, từ đó làm giảm khó khăn trong quá trình phát triển.

Dựa trên dịch vụ chứng thực từ xa này, RISC Zero đã phát hành công cụ mã nguồn mở Bonsai Pay, kết hợp xác thực danh tính OAuth 2.0 và công nghệ ZKP, cho phép người dùng gửi hoặc nhận mã thông báo trên mạng Ethereum thông qua tài khoản Google của họ. Ví dụ, khi Alice muốn chuyển tiền cho Bob, Alice có thể nhập email Google của Bob và số tiền chuyển khoản thông qua Bonsai Pay. Sau đó, Bob có thể đăng nhập vào Bonsai Pay, nhập địa chỉ email và hoàn tất xác thực danh tính tài khoản Google. Bonsai Pay sẽ sử dụng OAuth 2.0 để tạo mã thông báo ủy quyền, chứng minh rằng Bob thực sự là chủ sở hữu của địa chỉ email đó. Sau đó, Bonsai Pay gọi dịch vụ chứng minh Bonsai, tạo chứng minh không biết trước, chứng minh rằng tài khoản Google của Bob liên quan đến địa chỉ ví. Sau khi hợp đồng thông minh xác minh chứng minh, họ sẽ mở khóa tiền và chuyển khoản vào địa chỉ ví của Bob.

Trong quá trình này, Bonsai Pay đã xác minh sự liên kết giữa 'Tài khoản Google của Bob và địa chỉ ví' bằng công nghệ ZKP, đồng thời tránh tiết lộ bất kỳ thông tin cụ thể nào về tài khoản Google.

Một ứng dụng quan trọng khác của Bonsai là Bonsai ZK Co-processor. Nó sử dụng công nghệ chứng minh không biết để chuyển các tác vụ tính toán phức tạp từ chuỗi sang chuỗi phụ và tạo ra bằng chứng không thể xâm phạm để đảm bảo tính chính xác của kết quả. Đồng thời, việc triển khai Bonsai Co-processor cũng rất đơn giản, nhà phát triển chỉ cần viết một ứng dụng zkVM để xử lý logic và gọi Bonsai qua hợp đồng Solidity đơn giản, thực hiện tính toán và xác minh kết quả. Trong quá trình này, dịch vụ chứng minh Bonsai chịu trách nhiệm tạo ra các bằng chứng không biết về tính toán chuỗi phụ và các bằng chứng này có thể được xác minh trên chuỗi.

Bonsai ZK co-processor is suitable for on-chain applications that require high performance and low cost. For example, in DAO governance, it can offload complex voting calculations to off-chain, significantly reducing on-chain Gas fees. Bonsai DAO Governor has reduced the Gas cost per vote by more than 50% through the co-processor, effectively improving governance efficiency and reducing participation barriers.

Boundless: Tầng tính toán xác thực

Trong kiến trúc chuỗi khối truyền thống, để đảm bảo tính hiệu quả của giao dịch, tất cả các nút đều cần phải thực hiện lại tất cả các phép tính của mỗi giao dịch. Mô hình 'thực hiện lại toàn cầu' này mặc dù có thể đảm bảo tính an toàn và nhất quán, nhưng cũng mang lại chi phí tính toán cực kỳ cao. Để giải quyết vấn đề này, RISC Zero đã ra mắt Boundless, cho phép một nút duy nhất hoàn thành phép tính sau đó tạo ra một chứng minh không chứng minh có thể xác minh, các nút khác chỉ cần xác minh chứng minh đó là có thể xác nhận kết quả, không cần thực hiện lại phép tính.

Boundless đơn giản hóa quá trình xác minh bằng cách kết hợp đệ quy. Nó kết hợp nhiều chứng minh không biết thông tin nhỏ thành một chứng minh tổng thể, cho phép người xác minh chỉ cần kiểm tra một chứng minh tổng thể mà không cần xác minh từng chứng minh trong mỗi giai đoạn. Để tối ưu hóa hiệu suất tạo ra chứng minh không biết thông tin, Boundless tích hợp mạch tăng tốc mật mã đặc biệt, tối ưu hóa hiệu suất các nhiệm vụ thông thường như tính băm, xác minh chữ ký số, v.v.

Ngoài ra, các nhà phát triển sử dụng Boundless không cần phải hiểu sâu về công nghệ zero-knowledge, chỉ cần viết các ứng dụng bằng ngôn ngữ lập trình quen thuộc (như Rust hoặc Solidity). Hiện tại, Boundless đã mở cửa miễn phí cho các nhà phát triển truy cập. Các nhà phát triển không cần di chuyển hệ thống hiện có hoặc cập nhật hợp đồng xác minh, có thể sử dụng dịch vụ chứng minh mà Boundless cung cấp để nhanh chóng xây dựng và triển khai các ứng dụng zero-knowledge trên bất kỳ chuỗi khối nào.

Blobstream Zero：Cầu nối liên chuỗi zkVM đơn giản hóa xác minh dữ liệu chéo chuỗi

Blobstream Zero là cầu nối qua chuỗi dựa trên zkVM được phát triển bởi RISC Zero và Celestia, với mục tiêu kết nối lớp khả dữ liệu của Celestia một cách mượt mà vào hệ sinh thái chuỗi khối modul hiện tại. Bằng cách chia sẻ và xác minh dữ liệu trên Celestia, Blobstream Zero thực hiện việc truyền và xác minh dữ liệu giữa các chuỗi một cách thuận tiện hơn.

Dưới dạng sản phẩm công cộng hoàn toàn mã nguồn mở, Blobstream Zero cho phép mọi dự án hoặc nhà phát triển chạy phiên bản cục bộ và tạo ra chứng minh không biết về. Ngoài ra, Blobstream Zero cũng có thể hỗ trợ bộ xử lý ZK. Bộ xử lý ZK về cơ bản là một công cụ tính toán ngoại chuỗi, vì vậy cần có dữ liệu đáng tin cậy để thực hiện tính toán. Blobstream Zero có thể lấy dữ liệu từ các blockchain như Celestia và có thể chứng minh dữ liệu được truyền tải là đáng tin cậy bằng cách tạo ra chứng minh ZK.

Steel: một mô hình hợp đồng thông minh mới với thực hiện ngoại chuỗi và xác minh trên chuỗi.

Steel là một công cụ mã nguồn mở do RISC Zero đưa ra, tận dụng công nghệ zkVM để cho phép thực hiện hợp đồng thông minh có thể xác minh ngoài chuỗi. Với Steel, các nhà phát triển có thể chuyển các hoạt động EVM từ on-chain sang off-chain trong khi tạo ra các bằng chứng không có kiến thức để đảm bảo tính xác thực và khả năng xác minh của kết quả tính toán.

Hợp đồng thông minh truyền thống đòi hỏi thực hiện tất cả logic trên chuỗi, không chỉ tốn kém Gas mà còn hạn chế việc phát triển ứng dụng phức tạp. Cơ chế tính toán ngoại chuỗi và xác minh trên chuỗi của Steel đã giải quyết vấn đề này. Ví dụ, trong một hợp đồng thông minh đơn giản, kiểm tra xem số dư ERC20 của một tài khoản có lớn hơn 1 không và tăng biến đếm. Phương pháp truyền thống yêu cầu thực hiện logic trên chuỗi một cách đầy đủ, trong khi Steel thực hiện tính toán ngoại chuỗi và tạo ra chứng minh không tri thức, chuỗi chỉ cần xác minh chứng minh mà không cần thực hiện logic hợp đồng lặp lại.

Hiện tại, RISC Zero đã phát hành Steel 1.0 và đã có đối tác sử dụng công cụ này để phát triển ứng dụng. Ví dụ, trong một cuộc gọi hợp đồng xử lý khoảng 400.000 lần hoạt động SLOAD, thông qua Steel, tính toán được chuyển sang thực hiện ngoại xích, sau đó được xác minh trên chuỗi và tạo ra chứng minh không thuộc về số 0. Chi phí tạo chứng minh không đến 10 đô la, chi phí xác minh trên chuỗi thấp hơn 300.000 Gas.

Kailua: Một cách tiếp cận ZK lai thúc đẩy sự đổi mới trong kiến trúc Rollup

Sau khi phát hành Zeth, RISC Zero đã ra mắt Kailua, một giải pháp nâng cấp hỗn hợp ZK Rollup cho Rollup lạc quan. Rollup lạc quan truyền thống thường cần 7 ngày thử thách, dẫn đến việc xác định giao dịch chậm, trong khi ZK Rollup có thể đạt được xác định giao dịch nhanh chóng nhưng với chi phí tạo ra chứng minh không biết quá cao. Kailua kết hợp những ưu điểm của cả hai, đạt được sự cân bằng giữa chi phí và hiệu quả thông qua kiến trúc hỗn hợp. Là một phần mở rộng của khung Optimism Kona, Kailua không chỉ hỗ trợ Kona chưa được sửa đổi chạy trên zkVM mà còn giới thiệu cơ chế giải quyết tranh chấp sáng tạo, giảm yêu cầu gạch nợ và giảm thiểu độ trễ xác định, nâng cao hiệu suất và khả năng sử dụng của hệ thống.

Trong kiến trúc của Kailua, cơ chế tranh chấp sử dụng một thiết kế hoàn toàn mới. Đầu tiên, cơ chế giải quyết tranh chấp loại bỏ hạn chế về thời gian, cho phép người xác minh có đủ thời gian để tạo ra bằng chứng khi gặp phải các trường hợp đặc biệt như mất kết nối mạng, từ đó tăng cường tính linh hoạt của hệ thống. Ngay cả trong những trường hợp cực đoan, kiến trúc mở rộng RISC Zero zkVM vẫn có thể hoàn thành bằng chứng trong vòng một giờ. Ngoài ra, tính năng xác minh theo yêu cầu của Kailua cho phép các nhà phát triển có thể linh hoạt cấu hình tần suất xác minh, để dần dần chuyển sang chế độ Rollup hoàn toàn xác minh với chi phí thấp hơn.

Không giống như ZK Rollup, thiết kế của Kailua không cần tạo ra chứng minh liên tục. Đối với Rollup có tần suất thấp hoặc yêu cầu hợp đồng đặc biệt, Kailua cung cấp một lựa chọn hiệu quả về chi phí hơn. Đồng thời, Kailua cũng giảm đáng kể yêu cầu đặt cược cho Rollup. Số tiền đặt cược cho Rollup lạc quan truyền thống sẽ tăng tuyến tính theo chu kỳ tối kết dài, trong khi thiết kế tối ưu của Kailua sẽ cố định yêu cầu đặt cược, giúp hệ thống có thể duy trì tính an toàn và tính tích cực với chi phí thấp hơn ngay cả trong chu kỳ dài.

Hiện tại, Kailua đã hoàn toàn mã nguồn mở. Nhà phát triển có thể sử dụng các công cụ dòng lệnh để triển khai mạng kiểm tra Optimism cục bộ và nhanh chóng nâng cấp thành mạng hỗ trợ chứng minh sự cố ZK. Kailua cũng hỗ trợ đề xuất giả lập sự cố để giúp nhà phát triển hiểu rõ hơn cách xác minh viên thách thức trạng thái lỗi thông qua zkVM, từ đó hiểu sâu hơn về cơ chế giải quyết tranh chấp của nó. Trong tương lai, Kailua cũng sẽ tiếp tục tối ưu hóa chi phí và hiệu suất, cũng như mở rộng hỗ trợ cho nhiều khung Rollup hơn.

Tổng kết

Từ văn bản trên, có thể thấy rằng ma trận sản phẩm zkVM của RISC Zero đang thúc đẩy sự phát triển của công nghệ chứng minh không biết trong nhiều lĩnh vực. Zeth và Kailua tập trung vào tối ưu hóa kiến trúc Rollup, nâng cao hiệu suất xác nhận khối và tốc độ giải quyết tranh chấp. Bonsai cung cấp dịch vụ chứng minh từ xa, giảm thiểu sự phụ thuộc vào phần cứng và chi phí vận hành, giúp nhà phát triển xây dựng ứng dụng một cách hiệu quả hơn. Còn Blobstream Zero thông qua việc xác minh dữ liệu liên chuỗi hiệu quả, cung cấp hỗ trợ đáng tin cậy cho hệ sinh thái chuỗi khối có tính mô-đun. Ngoài ra, Steel giảm thiểu chi phí Gas thực thi hợp đồng thông minh thông qua mô hình tính toán ngoại chuỗi và xác minh trên chuỗi.

Tất nhiên, trong việc liên tục hoàn thiện ma trận sản phẩm zkVM, RISC Zero cũng đang tiếp tục thúc đẩy sự đổi mới về công nghệ cơ bản của zkVM. Gần đây, zkVM RISC Zero đã phát hành phiên bản 1.2, giới thiệu một cách tiếp cận biên dịch mới hoàn toàn, cho phép các nhà phát triển triển khai logic biên dịch cùng với ứng dụng mà không cần tích hợp trực tiếp vào zkVM. Điều này có nghĩa là các nhà phát triển có thể thêm logic biên dịch mới mà không cần phải sửa đổi hợp đồng xác thực trên chuỗi hoặc cấu hình người chứng minh, cũng không cần phải phân nhánh hoặc thay đổi lớn trên zkVM để tối ưu hiệu suất. Ngoài ra, thông qua việc xác định ứng dụng biên dịch, cũng có thể giảm thiểu chi phí tính toán cho việc tạo chứng minh. Ví dụ, sau khi tích hợp biên dịch RSA, Automata đã giảm chu kỳ thực thi từ 39 triệu xuống còn 21,7 nghìn, giảm chi phí khoảng 180 lần.

Với sự tối ưu hóa liên tục của công nghệ zkVM, tiềm năng phát triển của nó sẽ được thể hiện dần trong nhiều tình huống ứng dụng. Tuy nhiên, để tận dụng tối đa tiềm năng này, vẫn cần phụ thuộc vào hiệu quả của sự hợp tác sinh thái và triển khai công nghệ thực tế.