ZK coprocessor : une nouvelle paradigme d'application Blockchain
Les coprocesseurs dans le domaine de l'informatique sont responsables du traitement des tâches complexes pour le CPU. Par exemple, en 2013, Apple a lancé le coprocesseur M7 pour améliorer la sensibilité au mouvement des appareils intelligents, et en 2007, Nvidia a introduit le coprocesseur GPU responsable des tâches de rendu graphique, entre autres. Les coprocesseurs peuvent décharger du code complexe et exigeant en performance, permettant au CPU de traiter des parties plus flexibles.
Il existe deux problèmes qui limitent le développement des applications sur la chaîne Ethereum :
Les frais de Gas élevés limitent le champ de développement des applications sur la Blockchain. La plupart des codes de contrat se concentrent uniquement sur les opérations d'actifs, et les opérations complexes nécessitent beaucoup de Gas, ce qui entrave l'adoption large des applications et des utilisateurs.
Les contrats intelligents ne peuvent accéder qu'aux données des 256 derniers blocs. Les futures mises à jour entraîneront la non-conservation des données des blocs passés par les nœuds complets. L'absence de données rend difficile l'émergence d'applications innovantes basées sur les données, limitant l'apparition de produits "d'adoption à grande échelle".
Ces problèmes proviennent de l'idée de conception de la blockchain Ethereum qui n'est pas destinée à traiter des tâches computationnelles massives et intensives en données. Pour être compatibles avec ces applications, il est nécessaire d'introduire le concept de coprocesseur. La chaîne Ethereum fonctionne comme un CPU, tandis que le coprocesseur est similaire à un GPU, traitant des tâches computationnelles et intensives en données. En combinant la technologie ZK, il est possible de garantir que le coprocesseur effectue des calculs fiables et utilise des données hors chaîne.
Les applications des co-processeurs ZK sont vastes, couvrant les réseaux sociaux, les jeux, la DeFi, les systèmes de gestion des risques, les oracles, le stockage de données, l'entraînement de grands modèles, etc. En théorie, toutes les fonctionnalités réalisables par les applications Web2 peuvent être réalisées par les co-processeurs ZK, en utilisant Ethereum comme couche de règlement pour protéger la sécurité des applications.
Actuellement, il existe différentes définitions de coprocesseurs ZK dans l'industrie, tels que ZK-Query, ZK-Oracle, ZKM, etc., qui peuvent aider à interroger des données complètes sur la chaîne, des données fiables hors chaîne et des résultats de calcul hors chaîne. D'un certain point de vue, Layer2 peut également être considéré comme un coprocesseur d'Ethereum.
Aperçu du projet de coprocesseur
Les projets de co-traitement actuellement connus se divisent principalement en trois grandes catégories : l'indexation des données sur la Blockchain, les oracles et le ZKML. Le projet General-ZKM couvre les trois scénarios. Les machines virtuelles hors chaîne utilisées par différents projets varient, par exemple Delphinus se concentre sur le zkWASM, tandis que Risc Zero se concentre sur l'architecture Risc-V.
Architecture technique des coprocesseurs
Cette analyse porte sur plusieurs projets typiques de coprocesseurs ZK polyvalents, en discutant des similitudes et des différences dans la conception technique et mécanique.
Risc Zero
Le coprocesseur ZK de Risc Zero s'appelle Bonsai, c'est un ensemble de composants de preuve à connaissance nulle indépendant de la chaîne. Basé sur l'architecture de jeu d'instructions Risc-V, il prend en charge plusieurs langages tels que Rust, C++, Solidity, Go, etc. Les principales fonctionnalités incluent :
zkVM générique, capable d'exécuter n'importe quelle machine virtuelle dans un environnement de connaissance zéro / vérifiable.
Système de génération de preuves ZK pouvant être directement intégré dans des contrats intelligents ou dans la blockchain.
Rollup général, distribuant les calculs prouvés sur Bonsai sur la chaîne.
Les composants clés de Bonsai incluent le réseau des prouveurs, la piscine de demandes, le moteur de Rollup, le Hub d'images, le magasin d'état et le marché de preuves, etc.
Lagrange
Lagrange vise à construire des coprocesseurs et des bases de données vérifiables, contenant des données historiques de la Blockchain, facilitant le développement d'applications sans confiance. Ses fonctions principales incluent :
Base de données vérifiable : stockage de contrats intelligents sur la chaîne d'index, reconstruction du stockage, de l'état et des blocs de Blockchain.
Calcul basé sur le principe MapReduce : utilisation de l'instance parallèle de séparation des données et intégration des résultats à la fin.
La conception de la base de données de Lagrange couvre les données de stockage des contrats, les données d'état EOA et les données de bloc. Son moteur virtuel ZKMR utilise les étapes Map et Reduce pour le calcul et la preuve.
Succinct
Succinct Network s'engage à intégrer des faits programmables dans chaque étape du développement de la Blockchain. Son coprocesseur prend en charge plusieurs langages de programmation, y compris Solidity et un langage de domaine à connaissance nulle spécialisé. Le ZKVM hors chaîne de Succinct s'appelle SP(Succinct Processor), et prend en charge Rust et d'autres langages LLVM.
Analyse comparative
Lors de la comparaison des coprocesseurs ZK généraux, les facteurs suivants doivent être principalement pris en compte :
Capacité d'indexation/synchronisation des données
Technologie ZK adoptée ( SNARKs vs STARKs )
Est-ce que la récursion est supportée
Efficacité du système de preuve
Situation de coopération écologique
Financement et soutien des VC
Dans l'ensemble, les chemins technologiques des projets convergent, par exemple l'utilisation de wrappers STARKs aux SNARKs, le support de la récursivité, la construction de réseaux de prouveurs et de marchés de puissance de calcul en cloud, etc. Dans un contexte de similitude technologique, la force des équipes et les ressources écologiques des VC en arrière-plan pourraient devenir des facteurs de concurrence clés.
Différences entre le coprocesseur et Layer2
Contrairement aux Layer2 orientés utilisateur, le coprocesseur est orienté vers les applications. Il peut servir de composant d'accélération ou de composant modulaire, utilisé dans les scénarios suivants :
En tant que composant de machine virtuelle hors chaîne de ZK Layer2
Fournir une puissance de calcul hors chaîne pour les applications de blockchain publique
Oracle pour obtenir des données vérifiables d'autres chaînes en tant qu'application de Blockchain publique
Agir en tant que pont inter-chaînes pour la transmission de messages
Le coprocesseur offre le potentiel de synchronisation en temps réel des données sur toute la chaîne et de calcul fiable à haute performance et bas coût, pouvant être utilisé pour reconstruire divers middleware de la Blockchain.
Défis auxquels sont confrontés les coprocesseurs
Le seuil de développement est élevé, il faut maîtriser des langages et des outils spécifiques.
L'industrie est à un stade précoce, les normes de performance sont complexes et le paysage n'est pas encore clair.
L'infrastructure de base, y compris le matériel, n'est pas encore complètement prête.
Les chemins technologiques sont similaires, il est difficile d'atteindre un avantage technologique significatif.
Résumé et perspectives
La technologie ZK présente une grande polyvalence et devrait restructurer plusieurs éléments clés de l'écosystème Blockchain. Le coprocesseur ZK générique est l'un des outils importants pour la mise en œuvre de la technologie ZK, ses frontières d'application couvrant presque tous les scénarios de dapp.
L'adoption à grande échelle des coprocesseurs ZK nécessite de satisfaire deux critères clés : une base de données prouvable en temps réel sur toute la chaîne et un coût bas pour le calcul hors chaîne. Avec la réalisation progressive de ces objectifs, le paradigme de développement logiciel devrait connaître une transformation fondamentale. L'application commerciale des puces de puissance ZK sera une condition préalable importante à l'implémentation à grande échelle des coprocesseurs ZK.
Bien que l'innovation soit relativement rare dans le cycle actuel, c'est justement la période clé pour construire la prochaine génération de technologies et d'applications "d'adoption à grande échelle". On s'attend à ce que la chaîne industrielle ZK réalise une commercialisation lors du prochain cycle. Il est temps de se concentrer sur les technologies clés qui peuvent véritablement soutenir les interactions en chaîne de milliards d'utilisateurs sur Web3.
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ZK coprocesseur : un nouveau paradigme pour reconstruire les applications Blockchain
ZK coprocessor : une nouvelle paradigme d'application Blockchain
Les coprocesseurs dans le domaine de l'informatique sont responsables du traitement des tâches complexes pour le CPU. Par exemple, en 2013, Apple a lancé le coprocesseur M7 pour améliorer la sensibilité au mouvement des appareils intelligents, et en 2007, Nvidia a introduit le coprocesseur GPU responsable des tâches de rendu graphique, entre autres. Les coprocesseurs peuvent décharger du code complexe et exigeant en performance, permettant au CPU de traiter des parties plus flexibles.
Il existe deux problèmes qui limitent le développement des applications sur la chaîne Ethereum :
Les frais de Gas élevés limitent le champ de développement des applications sur la Blockchain. La plupart des codes de contrat se concentrent uniquement sur les opérations d'actifs, et les opérations complexes nécessitent beaucoup de Gas, ce qui entrave l'adoption large des applications et des utilisateurs.
Les contrats intelligents ne peuvent accéder qu'aux données des 256 derniers blocs. Les futures mises à jour entraîneront la non-conservation des données des blocs passés par les nœuds complets. L'absence de données rend difficile l'émergence d'applications innovantes basées sur les données, limitant l'apparition de produits "d'adoption à grande échelle".
Ces problèmes proviennent de l'idée de conception de la blockchain Ethereum qui n'est pas destinée à traiter des tâches computationnelles massives et intensives en données. Pour être compatibles avec ces applications, il est nécessaire d'introduire le concept de coprocesseur. La chaîne Ethereum fonctionne comme un CPU, tandis que le coprocesseur est similaire à un GPU, traitant des tâches computationnelles et intensives en données. En combinant la technologie ZK, il est possible de garantir que le coprocesseur effectue des calculs fiables et utilise des données hors chaîne.
Les applications des co-processeurs ZK sont vastes, couvrant les réseaux sociaux, les jeux, la DeFi, les systèmes de gestion des risques, les oracles, le stockage de données, l'entraînement de grands modèles, etc. En théorie, toutes les fonctionnalités réalisables par les applications Web2 peuvent être réalisées par les co-processeurs ZK, en utilisant Ethereum comme couche de règlement pour protéger la sécurité des applications.
Actuellement, il existe différentes définitions de coprocesseurs ZK dans l'industrie, tels que ZK-Query, ZK-Oracle, ZKM, etc., qui peuvent aider à interroger des données complètes sur la chaîne, des données fiables hors chaîne et des résultats de calcul hors chaîne. D'un certain point de vue, Layer2 peut également être considéré comme un coprocesseur d'Ethereum.
Aperçu du projet de coprocesseur
Les projets de co-traitement actuellement connus se divisent principalement en trois grandes catégories : l'indexation des données sur la Blockchain, les oracles et le ZKML. Le projet General-ZKM couvre les trois scénarios. Les machines virtuelles hors chaîne utilisées par différents projets varient, par exemple Delphinus se concentre sur le zkWASM, tandis que Risc Zero se concentre sur l'architecture Risc-V.
Architecture technique des coprocesseurs
Cette analyse porte sur plusieurs projets typiques de coprocesseurs ZK polyvalents, en discutant des similitudes et des différences dans la conception technique et mécanique.
Risc Zero
Le coprocesseur ZK de Risc Zero s'appelle Bonsai, c'est un ensemble de composants de preuve à connaissance nulle indépendant de la chaîne. Basé sur l'architecture de jeu d'instructions Risc-V, il prend en charge plusieurs langages tels que Rust, C++, Solidity, Go, etc. Les principales fonctionnalités incluent :
Les composants clés de Bonsai incluent le réseau des prouveurs, la piscine de demandes, le moteur de Rollup, le Hub d'images, le magasin d'état et le marché de preuves, etc.
Lagrange
Lagrange vise à construire des coprocesseurs et des bases de données vérifiables, contenant des données historiques de la Blockchain, facilitant le développement d'applications sans confiance. Ses fonctions principales incluent :
La conception de la base de données de Lagrange couvre les données de stockage des contrats, les données d'état EOA et les données de bloc. Son moteur virtuel ZKMR utilise les étapes Map et Reduce pour le calcul et la preuve.
Succinct
Succinct Network s'engage à intégrer des faits programmables dans chaque étape du développement de la Blockchain. Son coprocesseur prend en charge plusieurs langages de programmation, y compris Solidity et un langage de domaine à connaissance nulle spécialisé. Le ZKVM hors chaîne de Succinct s'appelle SP(Succinct Processor), et prend en charge Rust et d'autres langages LLVM.
Analyse comparative
Lors de la comparaison des coprocesseurs ZK généraux, les facteurs suivants doivent être principalement pris en compte :
Dans l'ensemble, les chemins technologiques des projets convergent, par exemple l'utilisation de wrappers STARKs aux SNARKs, le support de la récursivité, la construction de réseaux de prouveurs et de marchés de puissance de calcul en cloud, etc. Dans un contexte de similitude technologique, la force des équipes et les ressources écologiques des VC en arrière-plan pourraient devenir des facteurs de concurrence clés.
Différences entre le coprocesseur et Layer2
Contrairement aux Layer2 orientés utilisateur, le coprocesseur est orienté vers les applications. Il peut servir de composant d'accélération ou de composant modulaire, utilisé dans les scénarios suivants :
Le coprocesseur offre le potentiel de synchronisation en temps réel des données sur toute la chaîne et de calcul fiable à haute performance et bas coût, pouvant être utilisé pour reconstruire divers middleware de la Blockchain.
Défis auxquels sont confrontés les coprocesseurs
Résumé et perspectives
La technologie ZK présente une grande polyvalence et devrait restructurer plusieurs éléments clés de l'écosystème Blockchain. Le coprocesseur ZK générique est l'un des outils importants pour la mise en œuvre de la technologie ZK, ses frontières d'application couvrant presque tous les scénarios de dapp.
L'adoption à grande échelle des coprocesseurs ZK nécessite de satisfaire deux critères clés : une base de données prouvable en temps réel sur toute la chaîne et un coût bas pour le calcul hors chaîne. Avec la réalisation progressive de ces objectifs, le paradigme de développement logiciel devrait connaître une transformation fondamentale. L'application commerciale des puces de puissance ZK sera une condition préalable importante à l'implémentation à grande échelle des coprocesseurs ZK.
Bien que l'innovation soit relativement rare dans le cycle actuel, c'est justement la période clé pour construire la prochaine génération de technologies et d'applications "d'adoption à grande échelle". On s'attend à ce que la chaîne industrielle ZK réalise une commercialisation lors du prochain cycle. Il est temps de se concentrer sur les technologies clés qui peuvent véritablement soutenir les interactions en chaîne de milliards d'utilisateurs sur Web3.