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ZK协处理器开启Web3新计算范式 解决以太坊痛点
ZK协处理器：Web3计算新范式
在传统计算机领域，协处理器负责为CPU处理其他繁杂任务。如苹果2013年推出的M7运动协处理器提升了智能设备的运动灵敏度，Nvidia 2007年提出的GPU负责图形渲染等。协处理器通过卸载计算密集且耗时的代码来加速CPU应用程序运行,这种架构被称为"异构"或"混合"计算。
协处理器能够卸载复杂且性能要求高的代码,让CPU处理更灵活多变的部分。在以太坊链上,有两个严重阻碍应用发展的问题:
高昂的Gas费限制了链上应用的开发范围,大多数合约代码仅围绕资产操作编写,复杂操作需要大量Gas,这对应用和用户的大规模采用是严重阻碍。
智能合约只能访问近期256个区块的数据,未来全节点不再存储过去区块数据,导致基于数据的创新应用难以出现。这限制了类似TikTok、Instagram等基于数据的应用在区块链上的构建。
这表明计算和数据都限制了新计算范式的出现。以太坊区块链本身并非为处理大量计算和数据密集型任务而设计。为兼容这些应用,需要引入协处理器。以太坊链作为CPU,协处理器类似GPU,链本身处理简单的资产数据和操作,应用可灵活使用协处理器进行数据计算。
ZK协处理器的应用边界广泛,可覆盖社交、游戏、DeFi、风控、预言机、数据存储、大模型训练等各种场景。理论上,Web2应用能实现的功能,有了ZK协处理器都可在区块链上实现,还能利用以太坊作为结算层保护安全性。
目前业内对ZK协处理器的定义不尽相同,如ZK-Query、ZK-Oracle、ZKM等都属协处理器,可协助查询链上完整数据、链下可信数据及计算结果。从这个角度看,Layer2也可视为以太坊的协处理器。
协处理器项目概览
当前知名的协处理器项目主要分为链上数据索引、预言机和ZKML三大应用场景,通用ZKM则涵盖这三种场景。不同项目使用的链下虚拟机也各不相同,如Delphinus专注zkWASM,Risc Zero专注Risc-V架构。
协处理器技术架构
以下以通用ZK协处理器为例分析其架构,主要围绕Risc Zero、Lagrange和Succinct三个项目:
Risc Zero
Risc Zero的ZK协处理器名为Bonsai,是一套与链无关的零知识证明组件。基于Risc-V指令集架构,支持Rust、C++、Solidity、Go等语言。主要功能包括:
通用zkVM,可在零知识/可验证环境中运行任何虚拟机。
可集成到任何智能合约或链的ZK证明生成系统。
通用rollup,将Bonsai上证明的计算分发到链上。
Bonsai组件包括证明者网络、请求池、Rollup引擎、镜像中心、状态存储和证明市场等。
Lagrange
Lagrange旨在构建协处理器和可验证数据库,包含区块链历史数据,便于无需信任的应用开发。主要功能:
可验证数据库:索引链上合约存储,重构区块链存储、状态和区块。
基于MapReduce原则的计算:采用数据分离多实例并行计算,称为zkMR。
数据库设计涉及合约存储数据、EOA状态数据和区块数据。
Lagrange的ZKMR虚拟机计算分两步:
Succinct
Succinct Network目标是将可编程事实集成到区块链开发各部分。
Succinct可接受Solidity和零知识领域专门语言等代码,传入链下协处理器,完成目标链数据索引,将证明申请发送给证明市场。其特点是证明市场兼容各种证明系统。
Succinct的链下ZKVM称为SP,支持Rust等LLVM语言。核心特性包括:
比较
通用ZK协处理器的比较主要基于以下几点:
目前各项目技术路径趋同,如使用STARKs到SNARKs的包装器、支持递归、构建证明者网络和云算力市场等。在技术相似的情况下,团队资源和生态合作将是关键。
协处理器与Layer2的异同
协处理器面向应用,Layer2面向用户。协处理器可作为加速组件或模块化组件,应用场景包括:
协处理器带来全链实时同步数据与高性能低成本可信计算的潜力,可重构区块链的各种中间件。
协处理器面临的挑战
总结与展望
ZK技术具备极大通用性,有助于以太坊生态走向去信任化。ZK协处理器是实现ZK技术落地的重要工具,应用边界广泛。
ZK协处理器大规模商业化应用的前提是ZK算力芯片的落地。预计下一轮周期ZK产业链将实现商业化落地,现在是构建下一代大规模应用技术的窗口期。