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ZK協處理器開啓Web3新計算範式 解決以太坊痛點
ZK協處理器：Web3計算新範式
在傳統計算機領域，協處理器負責爲CPU處理其他繁雜任務。如蘋果2013年推出的M7運動協處理器提升了智能設備的運動靈敏度，Nvidia 2007年提出的GPU負責圖形渲染等。協處理器通過卸載計算密集且耗時的代碼來加速CPU應用程序運行,這種架構被稱爲"異構"或"混合"計算。
協處理器能夠卸載復雜且性能要求高的代碼,讓CPU處理更靈活多變的部分。在以太坊鏈上,有兩個嚴重阻礙應用發展的問題:
高昂的Gas費限制了鏈上應用的開發範圍,大多數合約代碼僅圍繞資產操作編寫,復雜操作需要大量Gas,這對應用和用戶的大規模採用是嚴重阻礙。
智能合約只能訪問近期256個區塊的數據,未來全節點不再存儲過去區塊數據,導致基於數據的創新應用難以出現。這限制了類似TikTok、Instagram等基於數據的應用在區塊鏈上的構建。
這表明計算和數據都限制了新計算範式的出現。以太坊区块链本身並非爲處理大量計算和數據密集型任務而設計。爲兼容這些應用,需要引入協處理器。以太坊鏈作爲CPU,協處理器類似GPU,鏈本身處理簡單的資產數據和操作,應用可靈活使用協處理器進行數據計算。
ZK協處理器的應用邊界廣泛,可覆蓋社交、遊戲、DeFi、風控、預言機、數據存儲、大模型訓練等各種場景。理論上,Web2應用能實現的功能,有了ZK協處理器都可在區塊鏈上實現,還能利用以太坊作爲結算層保護安全性。
目前業內對ZK協處理器的定義不盡相同,如ZK-Query、ZK-Oracle、ZKM等都屬協處理器,可協助查詢鏈上完整數據、鏈下可信數據及計算結果。從這個角度看,Layer2也可視爲以太坊的協處理器。
協處理器項目概覽
當前知名的協處理器項目主要分爲鏈上數據索引、預言機和ZKML三大應用場景,通用ZKM則涵蓋這三種場景。不同項目使用的鏈下虛擬機也各不相同,如Delphinus專注zkWASM,Risc Zero專注Risc-V架構。
協處理器技術架構
以下以通用ZK協處理器爲例分析其架構,主要圍繞Risc Zero、Lagrange和Succinct三個項目:
Risc Zero
Risc Zero的ZK協處理器名爲Bonsai,是一套與鏈無關的零知識證明組件。基於Risc-V指令集架構,支持Rust、C++、Solidity、Go等語言。主要功能包括:
通用zkVM,可在零知識/可驗證環境中運行任何虛擬機。
可集成到任何智能合約或鏈的ZK證明生成系統。
通用rollup,將Bonsai上證明的計算分發到鏈上。
Bonsai組件包括證明者網路、請求池、Rollup引擎、鏡像中心、狀態存儲和證明市場等。
Lagrange
Lagrange旨在構建協處理器和可驗證數據庫,包含區塊鏈歷史數據,便於無需信任的應用開發。主要功能:
可驗證數據庫:索引鏈上合約存儲,重構區塊鏈存儲、狀態和區塊。
基於MapReduce原則的計算:採用數據分離多實例並行計算,稱爲zkMR。
數據庫設計涉及合約存儲數據、EOA狀態數據和區塊數據。
Lagrange的ZKMR虛擬機計算分兩步:
Succinct
Succinct Network目標是將可編程事實集成到區塊鏈開發各部分。
Succinct可接受Solidity和零知識領域專門語言等代碼,傳入鏈下協處理器,完成目標鏈數據索引,將證明申請發送給證明市場。其特點是證明市場兼容各種證明系統。
Succinct的鏈下ZKVM稱爲SP,支持Rust等LLVM語言。核心特性包括:
比較
通用ZK協處理器的比較主要基於以下幾點:
目前各項目技術路徑趨同,如使用STARKs到SNARKs的包裝器、支持遞歸、構建證明者網路和雲算力市場等。在技術相似的情況下,團隊資源和生態合作將是關鍵。
協處理器與Layer2的異同
協處理器面向應用,Layer2面向用戶。協處理器可作爲加速組件或模塊化組件,應用場景包括:
協處理器帶來全鏈實時同步數據與高性能低成本可信計算的潛力,可重構區塊鏈的各種中間件。
協處理器面臨的挑戰
總結與展望
ZK技術具備極大通用性,有助於以太坊生態走向去信任化。ZK協處理器是實現ZK技術落地的重要工具,應用邊界廣泛。
ZK協處理器大規模商業化應用的前提是ZK算力芯片的落地。預計下一輪週期ZK產業鏈將實現商業化落地,現在是構建下一代大規模應用技術的窗口期。