ZK coprocesador: remodelando el nuevo paradigma de aplicaciones de cadena de bloques

Orígenes históricos de los coprocesadores

Los coprocesadores han existido en el ámbito de la computación durante mucho tiempo, asumiendo principalmente el papel de descargar tareas específicas del CPU. Por ejemplo, el coprocesador de movimiento M7 lanzado por Apple en 2013 mejoró significativamente la capacidad de percepción de movimiento de los dispositivos inteligentes, mientras que el ampliamente conocido GPU fue propuesto por Nvidia en 2007 como un coprocesador de procesamiento gráfico. Esta arquitectura suele denominarse "computación heterogénea" o "computación híbrida".

La principal ventaja de los coprocesadores es que pueden manejar tareas específicas que son complejas y requieren un alto rendimiento, permitiendo que la CPU se concentre en trabajos de cálculo más flexibles y variables.

Desafíos que enfrenta Ethereum

Ethereum enfrenta actualmente dos problemas principales:

1. Las altas tarifas de Gas limitan el desarrollo de aplicaciones complejas. Las transferencias simples requieren 21000 Gas, y las operaciones más complejas tienen un costo aún mayor, lo que obstaculiza gravemente la adopción generalizada de aplicaciones y usuarios.

2. Los contratos inteligentes solo pueden acceder a un número limitado de datos de bloques recientes. Las futuras actualizaciones de la red pueden restringir aún más el almacenamiento de datos históricos, lo que hace que muchas aplicaciones innovadoras que dependen de grandes cantidades de datos sean difíciles de implementar.

Estos problemas provienen de que el diseño inicial de Ethereum no consideró el manejo de tareas de cálculo a gran escala y de alta intensidad de datos. Para ser compatibles con estas aplicaciones, es necesario introducir el concepto de coprocesadores. La cadena principal de Ethereum actúa como "CPU", mientras que los coprocesadores son similares a "GPU", capaces de manejar de manera flexible tareas de cálculo y de alta intensidad de datos. Combinado con la tecnología de prueba de conocimiento cero, los coprocesadores pueden realizar cálculos confiables fuera de la cadena.

Perspectivas de aplicación del coprocesador

El campo de aplicación de los procesadores ZK es muy amplio, abarcando casi todos los escenarios de aplicaciones descentralizadas reales, incluyendo pero no limitado a:

• Aplicación social
• Juego
• Protocolo DeFi
• Sistema de gestión de riesgos basado en datos de la cadena de bloques
• Oráculo
• Almacenamiento de datos
• Entrenamiento e inferencia de grandes modelos de lenguaje

Teóricamente, cualquier aplicación Web2 se puede implementar en la cadena de bloques a través de un procesador ZK, y también puede utilizar Ethereum como capa de liquidación segura.

Resumen de proyectos de procesadores de acuerdo mainstream

Actualmente, los conocidos proyectos de coprocesadores en la industria se centran en tres grandes escenarios de aplicación:

1. Índice de datos en la cadena de bloques
2. Oráculo
3. ZKML ( aprendizaje automático de conocimiento cero)

El procesador auxiliar ZK de tipo general ( General-ZKM) puede cubrir las tres escenas. La arquitectura de máquina virtual subyacente utilizada por diferentes proyectos también varía, como Delphinus que se centra en zkWASM, mientras que Risc Zero se basa en la arquitectura RISC-V.

Arquitectura técnica de proyectos típicos de coprocesadores

Risc Zero

El coprocesador ZK de Risc Zero se llama Bonsai, y su objetivo es convertirse en un coprocesador genérico independiente de la cadena. Bonsai se basa en la arquitectura de conjunto de instrucciones RISC-V y admite varios lenguajes de programación como Rust, C++, Solidity, Go, entre otros.

Los principales componentes de Bonsai incluyen:

• Red de demostradores: recibir y generar pruebas ZK
• Pool de solicitudes: Almacena las solicitudes de prueba iniciadas por el usuario
• Motor de Rollup: recopila y envía los resultados de las pruebas a la cadena de bloques principal
• Image Hub: plataforma de desarrollo visual
• Almacenamiento de estado: base de datos de clave-valor fuera de la cadena
• Prueba de mercado: plataforma que empareja la oferta y la demanda de potencia de cálculo

Lagrange

Lagrange tiene como objetivo construir un coprocesador y una base de datos verificable que contenga datos históricos en la Cadena de bloques para apoyar el desarrollo de aplicaciones que requieren un alto consumo de cálculos y datos.

Sus principales funciones incluyen:

1. Base de datos verificable: estado del contrato inteligente en la cadena de bloques
2. Cálculo paralelo basado en el principio de MapReduce

Lagrange adoptó una nueva estructura de datos para almacenar el estado de los contratos, el estado de las cuentas y los datos de los bloques, para adaptarse a las necesidades de la prueba de conocimiento cero. Su máquina virtual ZKMR implementa el cálculo distribuido y la fusión de pruebas a través de dos pasos: Map y Reduce.

Succinct

El objetivo de Succinct Network es integrar hechos programables en cada etapa de la cadena de bloques de desarrollo. Su ZKVM fuera de la cadena se llama Succinct Processor (SP), que soporta lenguajes LLVM como Rust.

Las características clave de SP incluyen:

1. Prueba recursiva basada en STARKs
2. Envoltorio de SNARKs a STARKs
3. Arquitectura zkVM centrada en la precompilación

Comparación de proyectos de coprocesadores

Al comparar proyectos de procesadores ZK de uso general, se deben considerar principalmente los siguientes aspectos:

1. Capacidad de indexación/sincronización de datos
2. Ruta técnica subyacente ( SNARKs vs STARKs )
3. ¿Se admite la prueba recursiva?
4. Eficiencia del sistema de prueba
5. Situación de cooperación ecológica
6. Contexto de financiamiento

En general, las rutas tecnológicas de los proyectos principales son bastante similares, todos utilizan envolturas de STARKs a SNARKs, soportan pruebas recursivas y han construido sus propias redes de demostradores. En un contexto de homogeneización severa, la colaboración en el ecosistema y la capacidad de adquisición de recursos pueden convertirse en factores clave de competencia.

Diferencias entre coprocesadores y Layer2

A diferencia de Layer2 orientado al usuario, el coprocesador está principalmente orientado al desarrollo de aplicaciones. Puede funcionar como un componente de aceleración o un componente modular, aplicándose a los siguientes escenarios:

1. Como componente de máquina virtual fuera de la cadena de ZK Layer2
2. Proporcionar potencia de cálculo fuera de la cadena para aplicaciones en la Cadena de bloques pública
3. Como oráculo verificable de datos entre cadenas
4. Actuar como un puente para la transmisión de mensajes entre cadenas.

El potencial del coprocesador va mucho más allá de esto, se espera que reconstruya varios middleware en el ecosistema de la cadena de bloques, incluyendo oráculos, consultas de datos, puentes entre cadenas, etc.

Desafíos que enfrentan los coprocesadores

1. Alta barrera de entrada para el desarrollo: la tecnología ZK es compleja y requiere dominar lenguajes y herramientas específicos.
2. La pista aún está en sus primeras etapas: cada proyecto todavía está explorando la ruta técnica óptima.
3. Soporte de hardware insuficiente: el hardware ZK dedicado aún no se utiliza a gran escala.
4. Homogeneización tecnológica: difícil de formar ventajas tecnológicas significativas, la competencia puede trasladarse a la capacidad de adquisición de recursos

Perspectivas futuras

La tecnología ZK tiene el potencial de remodelar el paradigma de desarrollo de aplicaciones de la cadena de bloques. Las perspectivas de aplicación de los coprocesadores ZK son amplias y, en teoría, pueden lograr versiones equivalentes de cualquier aplicación Web2 en la cadena de bloques.

Los dos indicadores clave para lograr la "adopción masiva" son: una base de datos completamente verificable en tiempo real de la cadena de bloques y cálculos fuera de la cadena de bajo costo. Este objetivo requiere una implementación iterativa gradual, y la comercialización de los chips de potencia ZK también es un prerequisito importante.

El ciclo actual carece de verdadera innovación, lo que brinda una ventana de oportunidad para construir la próxima generación de tecnologías y aplicaciones de "adopción masiva". Se espera que en el próximo ciclo, la cadena industrial ZK logre una implementación comercial, estableciendo las bases para las interacciones en cadena de Web3 que soportarán miles de millones de usuarios.