Ma trận sản phẩm RISC Zero giúp Ethereum hướng tới tương lai dựa trên ZK như thế nào?

Tác giả: LINDABELL

Tại hội nghị Devcon gần đây, Justin Drake, thành viên cốt lõi của Ethereum Foundation, Đề xuất Beam Chain có kế hoạch nâng cấp lớp đồng thuận Ethereum thông qua công nghệ zkSNARK và zkVM để cải thiện khả năng mở rộng, bảo mật và hiệu quả của mạng. Tầm nhìn này cũng tập trung lại tầm quan trọng của zkVM. Là một máy ảo không có kiến ​​thức chung, zkVM có thể xử lý các phép tính phức tạp theo cách linh hoạt và hiệu quả hơn, đồng thời loại bỏ sự phụ thuộc vào logic hợp đồng thông minh truyền thống.

Được thúc đẩy bởi xu hướng này, các dự án như RISC Zero, Succinct và Cysic được coi là những nhân tố quan trọng trong việc thúc đẩy đổi mới trong lĩnh vực này. Trong số đó, RISC Zero đã phát triển một loạt công cụ nguồn mở như Zeth, Kailua và Bonsai với zkVM dựa trên kiến ​​trúc RISC-V, không chỉ cải thiện hiệu suất xác minh và tổng hợp khối mà còn cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho việc nâng cấp ZK của Ethereum.

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

RISC Zero là zkVM dựa trên kiến ​​trúc tập lệnh RISC-V Triển khai, như một nền tảng điện toán không có kiến ​​thức chung, nó hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình chính thống, chẳng hạn như Rust và C++, đồng thời có thể chạy hầu hết mọi tác vụ điện toán. So với các nền tảng công nghệ không có kiến ​​thức khác, các trình chứng minh và trình xác minh của RISC Zero hoàn toàn là nguồn mở và các nhà phát triển có thể tạo và xác minh các bằng chứng cục bộ. Ngoài ra, trình xác minh của RISC Zero tương thích với nhiều nền tảng và có thể thích ứng với các hệ sinh thái blockchain khác nhau, đơn giản hóa quá trình phát triển các ứng dụng phi tập trung.

Vào tháng 6 năm nay, RISC Zero đã phát hành zkVM 1.0. zkVM 1.0 không chỉ hỗ trợ nhiều ngôn ngữ và các tác vụ điện toán phức tạp mà còn sử dụng công nghệ Continuations để chia các phép tính quy mô lớn thành nhiều phân đoạn nhỏ nhằm đạt được khả năng tính toán và xác minh song song hiệu quả. Theo lộ trình, RISC Zero có kế hoạch cải thiện gấp 20 lần về hiệu suất và chi phí zkVM vào cuối năm 2024. Nội dung tối ưu hóa bao gồm di chuyển hoàn toàn quy trình chứng minh sang GPU (đã hoàn thành 80%), giới thiệu mạch RISC-V v2 mới thiết kế và đệ quy nhắm mục tiêu tối ưu hóa đặc biệt của các mạch, v.v. Đồng thời, RISC Zero đang tích hợp một loạt mô-đun tăng tốc cho các thuật toán như RSA, Keccak và ECDSA để cải thiện hiệu suất của các tác vụ và hoạt động mã hóa liên quan đến Ethereum.

Xoay quanh các khả năng cốt lõi của zkVM, RISC Zero cũng đã phát triển một loạt công cụ và sản phẩm nguồn mở. Ví dụ: bằng cách cung cấp dịch vụ bằng chứng thông qua mạng Bonsai, các nhà phát triển có thể tạo ra bằng chứng không có kiến ​​thức mà không cần phần cứng chuyên dụng; thông qua công cụ Steel, các phép tính EVM phức tạp có thể được chuyển sang môi trường ngoài chuỗi để vận hành mà vẫn giữ được kết quả. có thể kiểm chứng, giảm chi phí thực hiện trên chuỗi; Blobstream Zero cung cấp nhiều khả năng chia sẻ và xác minh dữ liệu hơn trong hệ sinh thái chuỗi khối mô-đun bằng cách kết nối lớp sẵn có của dữ liệu Celestia.

Zeth: Chứng minh rằng toàn bộ khối Ethereum được xây dựng chính xác

Zeth được cung cấp bởi RISC Zero Trình chứng minh khối không có kiến ​​thức Ethereum mã nguồn mở được phát triển dựa trên công nghệ zkVM của nó có thể xác minh tính hợp lệ của các khối Ethereum thông qua bằng chứng không có kiến ​​thức mà không cần dựa vào các trình xác thực hoặc ủy ban đồng bộ hóa truyền thống. RISC Zero định nghĩa Zeth là Type-0 zkEVM, hoàn toàn tương thích với giao thức Ethereum và cải thiện hiệu quả phát triển thông qua việc tái sử dụng mã.

Người đồng sáng lập Ethereum Vitalik Buterin đã chia zkEVM thành bốn loại trong bài viết "Các loại zk-EVM khác nhau", trong đó Loại 1 cố gắng trở nên hoàn thiện và Thỏa hiệp hoàn toàn tương đương với Ethereum; Loại 2 cố gắng hoàn toàn tương đương với EVM, nhưng không hoàn toàn tương đương với Ethereum; Loại 3 gần như tương đương với EVM;

Nhờ hiệu suất cao của RISC Zero zkVM, Zeth có thể hoàn thành việc xác minh các khối Ethereum trong vài phút. Dữ liệu thử nghiệm cho thấy Zeth có thể tạo block proof ở tốc độ 1,1 MHz và mở rộng cụm GPU thông qua tính năng "continuations" để tăng tốc độ lên 4,7 MHz đến 6,3 MHz. Việc tối ưu hóa hiệu suất này cũng làm giảm chi phí tạo bằng chứng. Theo thử nghiệm, chi phí tạo bằng chứng cho một khối chứa 182 giao dịch chỉ là 21,72 USD và mỗi giao dịch có giá khoảng 0,11 USD.

Đồng thời, trong quá trình phát triển Zeth, nhóm RISC Zero đã tận dụng triệt để các thành phần của hệ sinh thái Rust như revm, ethers và hợp kim, để các nhà phát triển có thể nhanh chóng triển khai chức năng Block proof và áp dụng nó cho các tình huống khác nhau. Thiết kế này cung cấp cho các nhà phát triển sự linh hoạt hơn để điều chỉnh logic xây dựng khối khi cần và thích ứng với các đề xuất cải tiến Ethereum trong tương lai.

Ở cấp độ ứng dụng, Zeth cung cấp các giải pháp hiệu quả cho việc tổng hợp zk, ứng dụng khách nhẹ và cầu nối chuỗi chéo. Việc xây dựng zk Rollup và zkEVM truyền thống tốn nhiều thời gian và tiền bạc, khiến chúng trở nên cấm đối với các nhóm nhỏ. Zeth dựa trên kiến ​​trúc zkVM mô-đun, cho phép các nhà phát triển dễ dàng tùy chỉnh logic xác minh khối. Ví dụ:

• zk Rollup: Zeth có thể nhanh chóng triển khai chứng nhận khối và rút ngắn thời gian của ZK Chu kỳ phát triển tổng hợp và giảm vốn đầu tư.

• Light client: Xác minh tính hợp lệ của khối mà không cần xây dựng lại khối, giảm chi phí vận hành.

• Cầu nối chuỗi chéo: Zeth có thể xác minh tính chính xác của dữ liệu chuỗi chéo mà không làm rò rỉ thông tin nhạy cảm trên chuỗi thông qua ZKP. giảm sự phụ thuộc vào niềm tin vào bên thứ ba và giảm nguy cơ tấn công chuỗi chéo.

Vào tháng 5 năm nay, Zeth đã mở rộng thành công để hỗ trợ trích xuất dữ liệu khối Optimism từ mạng chính Ethereum và tạo khu vực xác minh ZKP Tính chính xác của khối cũng hỗ trợ xác minh trên chuỗi. Nói cách khác, với Zeth, Optimism có thể xác minh giao dịch và giải quyết tranh chấp giao dịch hiệu quả hơn.

Bonsai: cho phép các nhà phát triển tạo ra các bằng chứng mà không cần sử dụng phần cứng của riêng họ

Bonsai là một người chuyên nghiệp Dịch vụ chứng minh từ xa được thiết kế cho các ứng dụng zkVM cho phép các nhà phát triển tạo bằng chứng mà không cần sử dụng phần cứng của riêng họ, từ đó giải quyết mâu thuẫn giữa tài nguyên máy tính trên chuỗi hạn chế và chi phí cao. Thông qua Bonsai, các nhà phát triển chỉ cần xác định ứng dụng zkVM và dữ liệu đầu vào cần được thực thi và Bonsai có thể chạy phép tính ở chế độ nền và tạo ra bằng chứng không có kiến ​​thức tương ứng. Quá trình này không yêu cầu nhà phát triển triển khai thêm thiết bị phần cứng. Đồng thời, Bonsai sử dụng số lượng lớn cụm GPU để hỗ trợ xử lý song song nhiều tác vụ tính toán. Ngoài ra, Bonsai còn cung cấp giao diện API và SDK đơn giản và dễ sử dụng, cho phép các nhà phát triển dễ dàng tích hợp nó vào các hệ thống hiện có, giúp giảm bớt khó khăn trong quá trình phát triển.

Dựa trên dịch vụ chứng nhận từ xa này, RISC Zero đã ra mắt công cụ nguồn mở Bonsai Pay, kết hợp xác thực danh tính OAuth2.0 và công nghệ ZKP để cho phép người dùng sử dụng Google tài khoản Gửi hoặc nhận mã thông báo trên mạng Ethereum. Ví dụ: khi Alice muốn chuyển tiền cho Bob, Alice có thể nhập email Google của Bob và chuyển số tiền qua Bonsai Pay. Sau đó, Bob có thể đăng nhập vào Bonsai Pay, nhập địa chỉ email của anh ấy và hoàn tất xác thực Tài khoản Google. Bonsai Pay sẽ sử dụng OAuth 2.0 để tạo mã thông báo ủy quyền nhằm chứng minh rằng Bob thực sự là chủ sở hữu địa chỉ email. Sau đó, Bonsai Pay gọi đến dịch vụ chứng minh Bonsai để tạo bằng chứng không có kiến ​​thức chứng minh rằng tài khoản Google của Bob được liên kết với địa chỉ ví. Sau khi hợp đồng thông minh xác minh bằng chứng, nó sẽ mở khóa tiền và chuyển chúng đến địa chỉ ví của Bob.

Trong toàn bộ quá trình, Bonsai Pay đã sử dụng công nghệ ZKP để xác minh sự thật rằng "Tài khoản Google của Bob được liên kết với địa chỉ ví" đồng thời tránh tiết lộ bất kỳ thông tin cụ thể nào Thông tin tài khoản Google.

Một ứng dụng quan trọng khác của Bonsai là bộ đồng xử lý Bonsai ZK (ZK Co-processor). Nó sử dụng công nghệ chứng minh không có kiến ​​thức để chuyển các nhiệm vụ tính toán phức tạp từ chuỗi sang chuỗi ngoài và tạo ra các bằng chứng chống giả mạo để đảm bảo tính chính xác của kết quả. Đồng thời, việc triển khai bộ đồng xử lý Bonsai cũng rất đơn giản. Nhà phát triển chỉ cần viết ứng dụng zkVM để xử lý logic và gọi Bonsai thông qua hợp đồng Solidity đơn giản để chạy tính toán và xác minh kết quả. Trong suốt quá trình, Dịch vụ Chứng minh Bonsai chịu trách nhiệm tạo ra các bằng chứng không có kiến ​​thức ngoài chuỗi có thể được xác minh trên chuỗi.

Bộ đồng xử lý Bonsai ZK phù hợp cho các ứng dụng trên chuỗi yêu cầu hiệu suất cao và chi phí thấp. Ví dụ: trong quản trị DAO, nó có thể chuyển các tính toán bỏ phiếu phức tạp ra ngoài chuỗi, giảm đáng kể phí gas trên chuỗi. Bonsai DAO Governor giảm hơn 50% chi phí gas cho mỗi cuộc bỏ phiếu thông qua bộ đồng xử lý, cải thiện hiệu quả quản trị một cách hiệu quả và hạ thấp ngưỡng tham gia.

Vô biên: lớp điện toán có thể kiểm chứng

Trong kiến ​​trúc blockchain truyền thống, nhằm đảm bảo cho giao dịch hợp lệ, tất cả các nút cần phải thực hiện nhiều lần tất cả các phép tính cho mỗi giao dịch. Mặc dù chế độ "tái thực thi toàn cầu" này có thể đảm bảo tính bảo mật và nhất quán nhưng nó cũng mang lại chi phí tính toán cực cao. Để giải quyết vấn đề này, RISC Zero đã ra mắt Boundless, cho phép một nút duy nhất tạo ra bằng chứng không có kiến ​​thức có thể kiểm chứng sau khi hoàn thành phép tính. Các nút khác chỉ cần xác minh bằng chứng để xác nhận kết quả mà không cần lặp lại phép tính.

Boundless đơn giản hóa quá trình xác minh thông qua công nghệ kết hợp đệ quy. Nó kết hợp nhiều bằng chứng nhỏ không có kiến ​​thức thành một bằng chứng tổng thể, cho phép người xác minh chỉ kiểm tra một bằng chứng tổng thể thay vì phải xác minh từng giai đoạn của bằng chứng. Để tối ưu hóa hơn nữa hiệu quả tạo ra các bằng chứng không có kiến ​​thức, Boundless đã tích hợp sẵn các mạch tăng tốc mật mã chuyên dụng để tối ưu hóa hiệu quả của các tác vụ phổ biến như tính toán hàm băm và xác minh chữ ký số.

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

Blobstream Zero: Cầu nối chuỗi chéo của zkVM giúp đơn giản hóa việc xác minh dữ liệu chuỗi chéo

Blobstream Zero là sự hợp tác giữa RISC Zero và Celestia dựa trên Cầu nối chuỗi chéo của zkVM được thiết kế để kết nối liền mạch lớp sẵn có dữ liệu của Celestia với hệ sinh thái chuỗi khối mô-đun hiện có. Bằng cách chia sẻ và xác minh dữ liệu trên Celestia, Blobstream Zero cho phép truyền và xác minh dữ liệu thuận tiện hơn giữa các chuỗi.

Là một sản phẩm công cộng nguồn mở hoàn toàn, Blobstream Zero cho phép bất kỳ dự án hoặc nhà phát triển nào chạy một phiên bản cục bộ và tạo ra bằng chứng không có kiến ​​thức. Ngoài ra, Blobstream Zero còn cung cấp hỗ trợ cho bộ đồng xử lý ZK. Bộ đồng xử lý ZK về cơ bản là một công cụ điện toán ngoài chuỗi và do đó cần có dữ liệu đáng tin cậy để thực hiện các phép tính. Blobstream Zero có thể lấy dữ liệu từ các chuỗi khối như Celestia và có thể chứng minh rằng dữ liệu được truyền là đáng tin cậy bằng cách tạo bằng chứng ZK.

Thép: mô hình mới của hợp đồng thông minh với khả năng thực thi ngoài chuỗi và xác minh trên chuỗi

Thép là Công cụ nguồn mở do RISC Zero ra mắt sử dụng công nghệ zkVM để thực hiện hợp đồng thông minh có thể kiểm chứng ngoài chuỗi. Thông qua Steel, các nhà phát triển có thể chuyển các hoạt động EVM từ thực thi trên chuỗi sang thực thi ngoài chuỗi trong khi tạo ra bằng chứng không có kiến ​​thức để đảm bảo tính xác thực và khả năng kiểm chứng của kết quả tính toán.

Các hợp đồng thông minh truyền thống cần thực thi hoàn toàn tất cả logic trên chuỗi, điều này không chỉ tốn chi phí gas cao mà còn hạn chế sự phát triển của các ứng dụng phức tạp. Cơ chế tính toán ngoài chuỗi và xác minh trên chuỗi của Steel giải quyết vấn đề này. Ví dụ: trong một hợp đồng thông minh đơn giản, hãy xác định xem số dư ERC20 của tài khoản có lớn hơn 1 hay không và tăng biến đếm. Các phương pháp truyền thống yêu cầu thực hiện hoàn toàn logic trên chuỗi, trong khi Steel hoàn thành các tính toán và tạo ra bằng chứng không có kiến ​​thức ngoài chuỗi. Các bằng chứng chỉ cần được xác minh trên chuỗi mà không cần phải thực hiện nhiều lần logic hợp đồng.

Hiện tại, RISC Zero đã phát hành Steel 1.0 và các đối tác đã phát triển ứng dụng sử dụng công cụ này. Ví dụ: trong một cuộc gọi hợp đồng xử lý khoảng 400.000 hoạt động SLOAD, Steel đã chuyển tính toán sang thực thi ngoài chuỗi và sau đó xác minh bằng chứng không có kiến ​​thức trên chuỗi. Chi phí tạo bằng chứng ít hơn 10 USD và chi phí xác minh trên chuỗi ít hơn 300.000 Gas.

Kailua: Giải pháp ZK lai thúc đẩy sự đổi mới trong kiến ​​trúc Rollup

Sau khi phát hành Zeth , RISC Zero đã ra mắt Kailua, nhằm mục đích cung cấp giải pháp nâng cấp ZK Rollup lai cho các bản tổng hợp lạc quan. Quá trình tổng hợp lạc quan truyền thống thường yêu cầu thời gian thử thách 7 ngày, dẫn đến thời gian hoàn tất giao dịch chậm hơn. Trong khi quá trình tổng hợp ZK có thể nhanh chóng đạt được kết quả cuối cùng thì chi phí liên tục tạo ra bằng chứng không có kiến ​​thức là quá cao. Kailua kết hợp những gì tốt nhất của cả hai thế giới, đạt được sự cân bằng giữa chi phí và hiệu quả thông qua kiến ​​trúc kết hợp. Là một phần mở rộng của khung Optimism Kona, Kailua không chỉ hỗ trợ Kona chưa sửa đổi chạy trên zkVM mà còn giới thiệu cơ chế giải quyết tranh chấp cải tiến giúp giảm yêu cầu đặt cược và giảm độ trễ cuối cùng, từ đó cải thiện hiệu quả và tính khả dụng của hệ thống.

Trong kiến ​​trúc của Kailua, cơ chế tranh chấp áp dụng một thiết kế hoàn toàn mới. Đầu tiên, cơ chế giải quyết tranh chấp của nó loại bỏ các giới hạn về thời gian, cho phép người xác nhận có đủ thời gian để tạo ra bằng chứng khi gặp phải các trường hợp đặc biệt như gián đoạn mạng, từ đó nâng cao khả năng phục hồi của hệ thống. Ngay cả trong những trường hợp cực đoan, kiến ​​trúc mở rộng quy mô của RISC Zero zkVM vẫn có thể chứng minh điều đó trong vòng chưa đầy một giờ. Ngoài ra, tính năng xác minh theo yêu cầu của Kailua cho phép các nhà phát triển định cấu hình tần suất xác minh một cách linh hoạt và dần dần chuyển sang mô hình tổng hợp được xác minh đầy đủ với chi phí thấp hơn.

Không giống như ZK Rollup, thiết kế của Kailua không yêu cầu tạo bằng chứng liên tục. Đối với các khối hoặc cuộn trống tần số thấp có yêu cầu hợp đồng đặc biệt, Kailua cung cấp tùy chọn tiết kiệm chi phí hơn. Đồng thời, Kailua cũng giảm đáng kể yêu cầu chi phí đặt cược của Rollup. Số lượng cam kết của tổng số lạc quan truyền thống sẽ tăng tuyến tính với thời hạn cuối cùng dài hơn, trong khi thiết kế được tối ưu hóa của Kailua khắc phục các yêu cầu cam kết, cho phép hệ thống duy trì tính bảo mật và hoạt động với chi phí thấp hơn ngay cả trong thời gian dài.

Hiện tại, Kailua hoàn toàn là nguồn mở. Các nhà phát triển có thể sử dụng các công cụ dòng lệnh của mình để triển khai mạng thử nghiệm Optimism cục bộ và nhanh chóng nâng cấp lên mạng hỗ trợ bằng chứng lỗi ZK. Kailua cũng hỗ trợ các đề xuất lỗi mô phỏng, giúp các nhà phát triển hiểu cách người xác thực thách thức các trạng thái lỗi thông qua zkVM, cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế giải quyết tranh chấp của nó. Trong tương lai, Kailua sẽ tối ưu hóa hơn nữa chi phí và hiệu suất, đồng thời mở rộng để hỗ trợ nhiều khung Tổng hợp hơn.

Tóm tắt

Như có thể thấy ở trên, ma trận sản phẩm zkVM của RISC Zero là ​Thúc đẩy sự phát triển của công nghệ chứng minh không có kiến ​​thức trong nhiều lĩnh vực. Zeth và Kailua tập trung vào việc tối ưu hóa kiến ​​trúc Rollup để cải thiện hiệu quả xác minh khối và tốc độ giải quyết tranh chấp. Bonsai cung cấp dịch vụ chứng nhận từ xa, giảm sự phụ thuộc vào phần cứng và chi phí vận hành, cho phép các nhà phát triển xây dựng ứng dụng hiệu quả hơn. Blobstream Zero cung cấp hỗ trợ đáng tin cậy cho hệ sinh thái chuỗi khối mô-đun bằng cách xác minh hiệu quả dữ liệu chuỗi chéo. Ngoài ra, Steel còn giảm chi phí gas khi thực hiện hợp đồng thông minh thông qua mô hình tính toán ngoài chuỗi và xác minh trên chuỗi.

Tất nhiên, trong khi không ngừng cải tiến ma trận sản phẩm zkVM, RISC Zero cũng tiếp tục thúc đẩy đổi mới công nghệ cơ bản của zkVM. Gần đây, RISC Zero zkVM đã phát hành phiên bản 1.2, giới thiệu một phương pháp biên dịch trước mới cho phép các nhà phát triển triển khai logic biên dịch trước cùng với ứng dụng mà không cần phải tích hợp vào chính zkVM. Điều này có nghĩa là các nhà phát triển có thể thêm logic được biên dịch trước mới mà không cần sửa đổi cấu hình của hợp đồng xác minh trên chuỗi hoặc điều phối các bộ chứng minh, đồng thời có thể đạt được tối ưu hóa hiệu suất mà không cần phân tách hoặc thay đổi lớn đối với zkVM. Ngoài ra, bằng cách áp dụng tiền biên dịch định nghĩa, chi phí tính toán của việc tạo bằng chứng có thể giảm xuống. Ví dụ: sau khi Automata tích hợp tiền biên dịch RSA, chu kỳ thực thi giảm từ 39 triệu xuống còn 217.000 và chi phí giảm khoảng 180 lần.

Với việc liên tục tối ưu hóa công nghệ zkVM, tiềm năng phát triển của nó sẽ dần được phản ánh trong nhiều tình huống ứng dụng. Tuy nhiên, nếu muốn phát huy tốt hơn những tiềm năng này, chúng tôi vẫn sẽ tiếp tục. cần Nó phụ thuộc vào hiệu suất thực tế của việc hợp tác sinh thái và triển khai công nghệ.