ZK Co-processeur : Redéfinir le nouveau paradigme des applications Blockchain

L'histoire des coprocesseurs

Le coprocesseur existe depuis longtemps dans le domaine de l'informatique, jouant principalement le rôle de déchargement de tâches spécifiques pour le CPU. Par exemple, le coprocesseur de mouvement M7 lancé par Apple en 2013 a considérablement amélioré la capacité de perception du mouvement des appareils intelligents, tandis que le GPU largement connu a été proposé par Nvidia en 2007 comme coprocesseur de traitement graphique. Cette architecture est généralement appelée "calcul hétérogène" ou "calcul hybride".

Le principal avantage d'un coprocesseur est qu'il peut traiter certaines tâches spécifiques complexes et exigeant de hautes performances, permettant ainsi au CPU de se concentrer sur des travaux de calcul plus flexibles et variés.

Les défis auxquels Ethereum est confronté

Ethereum fait face à deux problèmes majeurs :

1. Les frais de Gas élevés limitent le développement d'applications complexes. Un simple transfert nécessite 21000 Gas, et des opérations plus complexes coûtent encore plus cher, ce qui entrave gravement l'adoption généralisée des applications et des utilisateurs.

2. Les contrats intelligents ne peuvent accéder qu'à un nombre limité de données récentes de blocs. Les futures mises à niveau du réseau pourraient encore restreindre le stockage des données historiques, ce qui rend difficile la réalisation de nombreuses applications innovantes qui dépendent d'une grande quantité de données.

Ces problèmes proviennent du fait qu'Ethereum n'a pas été conçu dès le départ pour traiter des tâches de calcul à grande échelle et de traitement de données intensif. Pour rendre ces applications compatibles, le concept de coprocesseurs doit être introduit. La chaîne principale d'Ethereum agit comme un "CPU", tandis que les coprocesseurs sont similaires à un "GPU", capables de traiter de manière flexible des tâches intensives en calcul et en données. En combinant la technologie des preuves à divulgation nulle de connaissance, les coprocesseurs peuvent effectuer des calculs fiables hors chaîne.

Perspectives d'application des coprocesseurs

Les domaines d'application des coprocesseurs ZK sont très vastes, couvrant presque tous les scénarios d'applications décentralisées réelles, y compris mais sans s'y limiter :

• Application sociale
• Jeu
• Protocoles DeFi
• Système de gestion des risques basé sur les données en chaîne
• Oracle
• Stockage de données
• Entraînement et inférence des grands modèles de langage

En théorie, toute application Web2 peut être réalisée sur la Blockchain grâce à un coprocesseur ZK, tout en utilisant Ethereum comme couche de règlement sécurisée.

Vue d'ensemble des projets de processeurs de consensus grand public

Actuellement, les projets de coprocesseurs connus dans l'industrie se concentrent principalement sur trois grands scénarios d'application :

1. Index des données sur la chaîne
2. Oracles
3. ZKML ( apprentissage automatique sans connaissance )

Le processeur ZK générique (General-ZKM) peut couvrir les trois scénarios. Les architectures de machines virtuelles sous-jacentes utilisées par différents projets varient également, comme Delphinus qui se concentre sur zkWASM, tandis que Risc Zero est basé sur l'architecture RISC-V.

Architecture technique des projets typiques de coprocesseurs

Risc Zero

Le coprocesseur ZK de Risc Zero s'appelle Bonsai, et son objectif est de devenir un coprocesseur universel indépendant de la chaîne. Bonsai est basé sur l'architecture d'instructions RISC-V et prend en charge plusieurs langages de programmation tels que Rust, C++, Solidity, Go, etc.

Les principaux composants de Bonsai incluent :

• Réseau des validateurs : reçoit et génère des preuves ZK
• Pool de demandes : stockage des demandes de preuve initiées par les utilisateurs
• Moteur Rollup : collecte et soumission des résultats de preuve au réseau principal
• Image Hub: plateforme de développement visuelle
• Stockage d'état : base de données clé-valeur hors chaîne
• Marché de preuve : une plateforme qui fait correspondre l'offre et la demande de puissance de calcul

Lagrange

Lagrange vise à construire un coprocesseur et une base de données vérifiable, contenant des données historiques sur la Blockchain, pour soutenir le développement d'applications intensives en calcul et en données.

Ses principales fonctions comprennent :

1. Base de données vérifiable : état des contrats intelligents sur la chaîne d'index.
2. Calcul parallèle basé sur le principe MapReduce

Lagrange a adopté une nouvelle structure de données pour stocker l'état des contrats, l'état des comptes et les données des blocs, afin de répondre aux besoins des preuves à divulgation nulle de connaissance. Son VM ZKMR réalise le calcul distribué et la fusion des preuves par deux étapes : Map et Reduce.

Succinct

L'objectif de Succinct Network est d'intégrer des faits programmables à toutes les étapes de la pile de développement Blockchain. Son ZKVM hors chaîne est appelé Succinct Processor (SP), et prend en charge des langages LLVM tels que Rust.

Les caractéristiques clés de SP incluent :

1. Preuve récursive basée sur les STARKs
2. Emballeur de SNARKs à STARKs
3. Architecture zkVM centrée sur la précompilation

Comparaison des projets de coprocesseur

Lors de la comparaison des projets de processeurs ZK polyvalents, plusieurs aspects doivent être pris en compte:

1. Capacité d'indexation/synchronisation des données
2. Route technologique sous-jacente ( SNARKs vs STARKs )
3. Est-ce que la preuve récursive est supportée ?
4. Efficacité des systèmes de preuve
5. Situation de coopération écologique
6. Contexte de financement

Dans l'ensemble, les chemins technologiques des projets principaux sont assez similaires, utilisant tous des wrappers STARKs vers SNARKs, supportant les preuves récursives et construisant leur propre réseau de vérificateurs. Dans un contexte de forte homogénéité, la coopération écologique et la capacité d'acquisition de ressources pourraient devenir des facteurs de concurrence clés.

Différences entre le coprocesseur et Layer2

Contrairement aux Layer2 orientés vers les utilisateurs, le coprocesseur est principalement destiné au développement d'applications. Il peut servir de composant d'accélération ou de composant modulaire, et s'applique aux scénarios suivants :

1. En tant que composant de machine virtuelle hors chaîne de ZK Layer2
2. Fournir de la puissance de calcul hors chaîne pour les applications sur la Blockchain publique
3. En tant qu'oracle vérifiable de données inter-chaînes
4. Servir de pont pour la transmission de messages inter-chaînes

Le potentiel des coprocesseurs ne s'arrête pas là, ils devraient reconstruire divers middleware dans l'écosystème Blockchain, y compris les oracles, les requêtes de données, les ponts inter-chaînes, etc.

Les défis auxquels font face les coprocesseurs

1. Barrière à l'entrée élevée : La technologie ZK est complexe, nécessitant la maîtrise de langages et d'outils spécifiques.
2. La piste est encore à un stade précoce : les projets explorent toujours la meilleure ligne technologique.
3. Support matériel insuffisant : le matériel ZK dédié n'est pas encore commercialisé à grande échelle.
4. Homogénéisation technologique : difficile de créer un avantage technologique significatif, la concurrence pourrait se déplacer vers la capacité d'acquisition de ressources.

Perspectives d'avenir

La technologie ZK a le potentiel de remodeler le paradigme de développement des applications Blockchain. Les perspectives d'application des coprocesseurs ZK généraux sont vastes, et théoriquement, ils peuvent réaliser la version correspondante de n'importe quelle application Web2 sur la Blockchain.

Les deux indicateurs clés pour réaliser "l'adoption à grande échelle" sont : une base de données prouvable en temps réel sur toute la chaîne et un calcul hors chaîne à faible coût. Cet objectif nécessite une réalisation itérative progressive, et la commercialisation des puces de calcul ZK est également un prérequis important.

Le cycle actuel manque d'innovation réelle, offrant une fenêtre d'opportunité pour construire la prochaine génération de technologies et d'applications "à grande échelle". On s'attend à ce que, lors du prochain cycle, la chaîne de valeur ZK se concrétise commercialement, établissant les bases pour des interactions on-chain pour des milliards d'utilisateurs dans le Web3.