قصة ترقية zkEVM لماذا تستحق هذه المشاريع الأساسية الخمسة لـ zkVM الاهتمام؟

المؤلف: 0XNATALIE المصدر: Chainfeeds

في البحث عن حلول لقابلية التوسع في blockchain والكفاءة الحسابية، تعد تقنية إثبات المعرفة الصفرية (ZKP) ذات أهمية خاصة. يعد zkVM (الجهاز الظاهري للمعرفة الصفرية) أحد التطبيقات المحددة لهذه التقنية. باعتبارها منصة حوسبة عامة تعتمد على ZKP، يمكن لـ zkVM التحقق من صحة الحسابات دون الكشف عن تفاصيل التنفيذ. كما أنه يدعم معالجة المهام الثقيلة حسابيًا خارج السلسلة ويرسل فقط نتائج التحقق إلى blockchain، مما يحسن بشكل كبير قابلية التوسع في blockchain. حاليًا، تعمل العديد من المشاريع في السوق مثل a16z وTaiko وZKM وما إلى ذلك على تطوير حلول zkVM.

مقدمة إلى zkVM

zkVM عبارة عن منصة حوسبة عامة تعتمد على إثباتات المعرفة الصفرية التي يمكنه أداء مهام حوسبة مختلفة، بما في ذلك تنفيذ العقود الذكية ومعالجة البيانات وعمليات الخوارزمية المعقدة. وتتمثل وظيفتها الأساسية في إنشاء أدلة المعرفة الصفرية التي تتحقق من صحة الحسابات دون الكشف عن تفاصيل التنفيذ. من خلال تقنية SNARKs، يمكن التحقق من هذه البراهين خارج السلسلة، ولا يحتاج المدقق إلى إعادة تنفيذ عملية الحساب بأكملها على blockchain وتكبد تكاليف حسابية باهظة الثمن.

بالإضافة إلى ذلك، لا يقتصر تصميم zkVM على معاملات العملة المشفرة، حيث يسمح تعدد استخداماته بنشره في مجموعة متنوعة من سيناريوهات التطبيقات، مثل معالجة البيانات الطبية وإدارة سلسلة التوريد وأنظمة التصويت السرية وما إلى ذلك. تحتاج جميع هذه التطبيقات إلى التحقق من صحة منطق المعالجة مع ضمان أمان البيانات.

zkVM مقارنة بالأجهزة الافتراضية الأخرى

تشير الآلة الافتراضية التقليدية (VM) عادةً إلى محاكاة بيئة حوسبة كاملة افتراضية على الأجهزة المادية. وتتمثل الوظيفة الأساسية في محاكاة بيئة الأجهزة، مما يسمح بتشغيل أنظمة تشغيل أو تطبيقات متعددة على نفس الجهاز الفعلي. تنفذ هذه الأجهزة الافتراضية وظائفها بشكل أساسي من خلال تقنية المحاكاة الافتراضية للأجهزة وعزل مستوى نظام التشغيل. وهي عمومًا لا تتضمن عملية المصادقة المشفرة للتطبيقات أو البيانات التي تعمل بداخلها.

تستخدم الآلة الافتراضية ذات المعرفة الصفرية (zkVM) تقنية إثبات المعرفة الصفرية لضمان صحة عملية تنفيذ البرنامج. تنطبق هذه التقنية على أي شيء يمكن أن يكون تجميعها وتشغيلها على البرنامج على جهاز افتراضي. يركز تصميم zkVM على توفير منصة عامة للتحقق من الحوسبة مناسبة لسيناريوهات التطبيقات المختلفة وتدعم لغات برمجة متعددة، مثل Rust وC/C++ وGo. ويمكن للمطورين استخدام اللغات المألوفة لديهم لبناء التطبيقات. تميل عملية الحساب والتحقق إلى أن تكون أكثر استهلاكًا للوقت من الأجهزة الافتراضية التقليدية لأن إنشاء إثباتات المعرفة الصفرية هي عملية حسابية مكثفة تتطلب قدرًا كبيرًا من موارد الحوسبة، مما يحد من سرعة معالجة المعاملات (TPS) إلى حد كبير. على الرغم من أن تقنية ZK الحالية قد حققت تقدمًا كبيرًا في إنشاء إثبات فردي، إلا أنها لا تزال محدودة في قدرتها على التعامل مع المعاملات واسعة النطاق في ظل ظروف التحميل العالية. يمكن أن يستغرق إنشاء كل دليل من ثوانٍ إلى دقائق، مما يشكل قيودًا على التطبيقات التي تتطلب إنتاجية عالية، مثل أنظمة معالجة الدفع واسعة النطاق.

zkEVM هو تطبيق محدد لـ zkVM، مصمم خصيصًا لنظام Ethereum البيئي ويهدف إلى تعزيز قابلية التوسع في Ethereum من خلال إثباتات المعرفة الصفرية. وهو متوافق تمامًا مع العقود الذكية وأدوات التطوير الخاصة بـ Ethereum، مثل Solidity وVyper، ويمكن ترحيل تطبيقات Ethereum الحالية بسلاسة إلى zkEVM دون أي تعديلات. لذلك، فإن zkEVM يشبه إلى حد كبير نسخة محسنة خصيصًا من Ethereum.

المشاريع ذات الصلة بـ zkVM

على الرغم من تحديات تقنية zk، لا يزال هناك بعض منها على السوق أظهر فريق المشروع قوة تقنية في تطوير حلول zkVM.

Jolt: أداء ممتاز

في 9 أبريل، أصدرت a16z حل zkVM Jolt التنفيذ الأولي ، Jolt هو نوع جديد من zkVM الذي تتمثل ميزاته الرئيسية في سرعة التشغيل السريعة والتوسيع الأسهل ومراجعة التعليمات البرمجية للمطورين.

بخلاف أجهزة zkVMs الأخرى المستندة إلى إطار عمل STARK، يستخدم Jolt معلمات بحث Lasso والتكنولوجيا القائمة على sumcheck. لا يعمل هذا الأسلوب المبتكر على تبسيط تنفيذ تعليمات الآلة الافتراضية الجديدة فحسب، بل يزيد أيضًا من السرعة الإجمالية للنظام. يؤكد تصميم Jolt على سهولة الاستخدام والكفاءة. إن قاعدة التعليمات البرمجية الخاصة به مبسطة للغاية. تتطلب كل تعليمات وحدة المعالجة المركزية في Jolt 50 سطرًا فقط من كود Rust للتنفيذ. يعمل Jolt أيضًا بشكل جيد جدًا، حيث يؤدي إثباتات المعرفة الصفرية أسرع بأكثر من 5 مرات من RISC Zero وأسرع مرتين من SP1 في المعايير الأولية.

RISC Zero: التعامل بكفاءة مع الحسابات المعقدة

RISC Zero هو SNARK العودي zkVM الهيكلي يتميز بنهج عودي يدعم تداخل البراهين. في تقنية SNARKs، يمكن للتكرار تقسيم البراهين المعقدة إلى براهين أصغر وأكثر قابلية للإدارة. يمكن التحقق من هذه البراهين الصغيرة بشكل مستقل ودمجها في النهاية في برهان كبير كامل، وهي عملية لا تؤثر على صحة البرهان. يعد RISC Zero فريدًا من نوعه في أسلوبه في التكرار، حيث يدمج طبقات متعددة من البراهين بسلاسة في سلسلة إثبات واحدة، مما لا يقلل فقط من العبء الحسابي وكمية البيانات التي تحتاج إلى معالجة، ولكنه يحافظ أيضًا على التحقق عبر خطوات حسابية متعددة السلامة والنزاهة.

ميزة فريدة أخرى لـ RISC Zero هي أنه يستخدم مجموعة تعليمات RISC-V، وهي عبارة عن ISA قياسي مفتوح (بنية مجموعة التعليمات) مصمم لتحقيق قابلية التوسع وقابلية التوسع. يضمن هذا الاختيار قدرة RISC Zero على الاستفادة من نظام بيئي واسع من الأدوات والدعم، مما يسهل الوصول إلى الأنظمة الحالية والاندماج فيها مقارنة بأجهزة zkVMs الأخرى التي قد تستخدم بنيات مملوكة أو ذات أغراض أقل عمومية.

في العام الماضي أكملوا بنجاح جولة التمويل الأولى بقيمة 40 مليون دولار. قادت Blockchain Capital هذه الجولة من التمويل، مع مستثمرين معروفين آخرين بما في ذلك Bain Capital Crypto، وGalaxy Digital، وIOSG Ventures، وRockawayX، وMaven 11، وFenbushi Capital، وDelphi Digital، وما إلى ذلك.

Succinct: سهل الاستخدام للمطورين

قامت شركة Succint بتطوير zkVM SP1، وهو مصمم لتنفيذ التعليمات البرمجية المكتوبة بلغة Rust أو أي لغة أخرى يمكن تجميعها باستخدام LLVM المزيد التخصيص والمرونة وسهولة الاستخدام. تدعم SP1 بنية معيارية، مما يسمح للمطورين بتخصيص وظائفها وتوسيعها من خلال "التجميع المسبق". يشير التجميع المسبق إلى وحدات محددة يمكن للمطورين إضافتها أو تعديلها. تعمل هذه الوحدات على تحسين وظائف الجهاز الظاهري الأساسي حتى يتمكن من التعامل مع مهام أو عمليات محددة بشكل أكثر كفاءة.

بالإضافة إلى ذلك، تقوم SP1 بإنشاء شبكة إثبات لا مركزية، مما يعمل على تبسيط نشر البراهين وتنفيذها، وبالتالي خفض عتبة استخدام أساليب التشفير المتقدمة. توفر الشبكة أسلوبًا مبسطًا من خلال تمكين المطورين من إنشاء البراهين بكفاءة بنقرة واحدة فقط.

في شهر مارس، أكملت شركة Succinct تمويلًا بقيمة 55 مليون دولار. قادت Paradigm الجولة بمشاركة مستثمرين من بينهم Robot Ventures وBankless Ventures وGeometry والمستثمرين الملائكيين Sreeram Kannan من Eigenlayer والمؤسس المشارك لـ Polygon Sandeep Nailwal. في 13 مايو، أعلنت شركة Succinct عن إطلاق شبكة اختبار SP1.

Taiko: نظام متعدد الإثبات

بدأت Taiko في التحول من استخدام zkEVM إلى استخدام zkVM. يكمن تفرد zkVM الخاص بها في استخدامه لـ multi-proof نظام إثبات . تم اقتراح مفهوم الإثبات المتعدد بواسطة Vitalik، وذكرت Taiko أنه أول مشروع ينفذ هذا المفهوم وسيدعم هذا النظام متعدد الإثبات بشكل مباشر عندما تصبح الشبكة الرئيسية متصلة بالإنترنت في نهاية شهر مايو. يسمح هذا النظام لـ zkVM الخاص بـ Taiko بإنشاء أنواع متعددة من الأدلة، وبالتالي زيادة أمان النظام وقوته. حتى في حالة وجود مشكلة في أحد أنواع الإثبات، يمكن لأنواع الإثبات الأخرى الاستمرار في ضمان التشغيل العادي للنظام واكتشاف أي انتقالات حالة خاطئة في الوقت المناسب. بالإضافة إلى ذلك، تم اعتماد نظام إثبات Halo2-KZG للحفاظ على الكفاءة والتكلفة المنخفضة عند معالجة الحسابات المعقدة والمعاملات واسعة النطاق.

في شهر مارس، أكملت Taiko تمويلًا بقيمة 15 مليون دولار من السلسلة A، بقيادة مشتركة من Lightspeed Faction وHashed وGenerative Ventures وToken Bay Capital، بمشاركة Wintermute Ventures. وشارك في الاستثمار كل من Flow Traders وAmber Group وOKX Ventures وGSR.

ZKM: بنية MIPS بسيطة ومستقرة

ZKM هو مشروع zkVM احتضنته مؤسسة Metis. وهو يعتمد بنية MIPS ويجمعها مع الصفر. تقنية إثبات المعرفة لإنشاء جهاز افتراضي zk. يجعل هذا التصميم ZKP أكثر توافقًا مع المعالجة الحسابية داخل النظام، مما يؤدي إلى تسريع العمليات وتقليل الحمل الحسابي المرتبط بتنفيذ بروتوكول ZKP وحده. حاليًا، تستخدم معظم أجهزة zkVM لغة Rust، بينما توفر ZKM دعمًا أصليًا لـ Golang.

MIPS (المعالج الدقيق بدون مراحل خطوط الأنابيب المتشابكة) هو الجيل الأول من بنية الكمبيوتر ذات مجموعة التعليمات المخفضة. مجموعة تعليمات MIPS بسيطة ومستقرة نسبيًا، ويمكن استخدامها على نطاق واسع في العديد من أجهزة الحوسبة والأنظمة المدمجة، وتتميز بتعدد الاستخدامات والقدرة على التكيف، ويمكن تطوير ونشر أنظمة ZKM القائمة على بنية MIPS بسهولة أكبر.

يقوم zkMIPS بتقسيم برنامج MIPS بأكمله إلى أجزاء. يتم بعد ذلك تقسيم تعليمات كل مقطع إلى أربعة أنواع وتصنيفها في جداول الوحدات الأربعة المقابلة. يستخدم zkMIPS طريقة إثبات STARK للتحقق بشكل مستقل من التعليمات الواردة في كل جدول وحدة، مما يضمن صحة كل عملية في الجدول وأن كل تعليمات في مقطع البرنامج موجودة في جدول الوحدة المقابل لها. ثم تحقق من أن تسلسل تنفيذ كل مقطع برنامج يطابق تنفيذ البرنامج بأكمله. وبهذه الطريقة، حتى البرامج التي يتم تنفيذها خارج السلسلة يمكن التحقق منها على السلسلة، مما يعزز الشفافية والثقة في تنفيذ البرنامج.

أطلقت ZKM مؤخرًا Entangled Rollups، وهي بنية تحتية جديدة لقابلية التشغيل البيني متعدد السلاسل يتم تقليل الثقة فيها، باستخدام zkMIPS لبناء إطار عمل قابل للتشغيل البيني متعدد السلاسل غير موثوق به ولامركزي. على عكس جسور zk التابعة لجهات خارجية والتي تتحقق فقط من عمليات نقل الأصول من خلال اللقطات، يمكن التحقق من جميع الحسابات، لذلك فهي آمنة للغاية. إن مفتاح قابلية التشغيل البيني هذه هو وجود آلية إثبات مشتركة يمكنها إنشاء أدلة على سلسلة كتل واحدة ثم التحقق منها على سلسلة كتل أخرى. أحد الاختلافات بين ZKM وzkVMs الأخرى هو أنه يمكنه إنشاء دليل المعرفة الصفرية الذي ينطبق على جميع العمليات. تقوم ZKM بدمج الأمان في الطبقة السفلية من بنية وحدة المعالجة المركزية/MIPS، بحيث يمكن لجميع البرامج الموجودة أعلى البنية أن تتمتع بنفس الأمان دون الحاجة إلى خضوع كل برنامج لعملية منفصلة لإثبات المعرفة الصفرية.

بالإضافة إلى ذلك، ميزات ZKM:

• متوافق مع جميع الأجهزة الافتراضية: يوجد ZKM أسفل كل جهاز ظاهري، مما يجعله متوافقًا مع مختلف محركات العقود الذكية الخاصة بـ blockchain، مثل MoveVM (zkMVM)، WASM (zkWASM) وRustVM (zkRVM) انتظر.

• التوصيل والتشغيل: يمكن للمطورين اعتماد ZKM دون تغيير قاعدة التعليمات البرمجية الحالية الخاصة بهم. يوفر اعتماداً منخفض التكلفة ويسمح باستخدام لغات العقود الذكية المختلفة وحتى لغات البرمجة التقليدية.

• استقرار طويل المدى: مجموعة تعليمات MIPS مستقرة وليست هناك حاجة لتغيير مجموعة التعليمات باستخدام EVM المتغير، وهو الأفضل للتنمية ويوفر بيئة أكثر استقرارا.

آفاق ZkVM المستقبلية

مع النضج المستمر لتقنية blockchain والاستكشاف المستمر للشركات المتطورة، أداء zkVM تستمر في التحسن، ويمكننا أن نتوقع أن يلعب zkVM دورًا متزايد الأهمية في عالم التشفير وأن يصبح جزءًا من التكنولوجيا الرئيسية. خاصة في الوقت الذي تتزايد فيه حساسية البيانات والحاجة إلى الأمان عبر السلسلة، فإن الإمكانات التي توفرها zkVM تتكيف مع احتياجات السوق. ونحن نتطلع إلى التغلب على الصعوبات التقنية المختلفة، مثل تحسين الدوائر وتحسين نظام الاختبار نفسه، وإطلاق zkVM المتكيف تمامًا مع لغات البرمجة المختلفة، وجلب المزيد من المطورين إلى عصر Web3 الجديد.