ZK Co-processor: uma nova paradigm para aplicações em Blockchain
Os coprocessadores na área da computação são responsáveis por lidar com tarefas complexas para a CPU. Por exemplo, em 2013, a Apple lançou o coprocessador M7 para aumentar a sensibilidade ao movimento em dispositivos inteligentes, e em 2007, a Nvidia apresentou o coprocessador GPU que lida com tarefas como renderização gráfica. Os coprocessadores podem descarregar códigos complexos e com altos requisitos de desempenho, permitindo que a CPU processe partes mais flexíveis.
Existem dois problemas que limitam o desenvolvimento de aplicações na cadeia Ethereum:
As altas taxas de Gas limitam o alcance do desenvolvimento de aplicações na Blockchain. A maioria do código de contratos gira em torno de operações de ativos, operações complexas exigem muito Gas, o que impede a ampla adoção de aplicações e usuários.
Os contratos inteligentes só podem aceder aos dados dos 256 blocos mais recentes. Atualizações futuras farão com que os nós completos deixem de armazenar os dados dos blocos passados. A falta de dados dificulta o surgimento de aplicações inovadoras baseadas em dados, limitando o aparecimento de produtos de "adoção em larga escala".
Esses problemas decorrem do fato de que o design original da blockchain Ethereum não foi concebido para lidar com tarefas computacionais pesadas e intensivas em dados. Para acomodar essas aplicações, é necessário introduzir o conceito de coprocessador. A cadeia Ethereum funciona como a CPU, enquanto o coprocessador é semelhante à GPU, lidando com tarefas computacionais e intensivas em dados. Combinado com a tecnologia ZK, é possível garantir que o coprocessador realize cálculos e utilize dados de forma confiável fora da cadeia.
As aplicações do processador ZK são amplas, abrangendo redes sociais, jogos, DeFi, sistemas de controle de risco, oráculos, armazenamento de dados, treinamento de grandes modelos, entre outros. Em teoria, todas as funcionalidades que as aplicações Web2 podem realizar, o processador ZK também pode realizar, utilizando o Ethereum como camada de liquidação para proteger a segurança das aplicações.
Atualmente, as definições de ZK co-processadores na indústria não são uniformes, como ZK-Query, ZK-Oracle, ZKM, entre outros, que pertencem a esta categoria, podendo ajudar a consultar dados completos na blockchain, dados confiáveis fora da blockchain e resultados de cálculos fora da blockchain. De certa forma, o Layer2 também pode ser visto como um co-processador do Ethereum.
Visão Geral do Projeto de Coprocessador
Os projetos de co-processamento mais conhecidos atualmente podem ser divididos em três grandes categorias: indexação de dados em blockchain, oráculos e ZKML. O projeto General-ZKM abrange todos os três cenários. Os diferentes projetos utilizam máquinas virtuais off-chain distintas, como o Delphinus que se concentra em zkWASM e o Risc Zero que se concentra na arquitetura Risc-V.
Arquitetura da Tecnologia de Co-processadores
A seguir, analisamos alguns projetos típicos de processadores ZK de uso geral, discutindo as semelhanças e diferenças em seu design técnico e de mecanismos.
Risc Zero
O coprocessador ZK da Risc Zero chama-se Bonsai, e é um conjunto de componentes de prova de conhecimento zero independente da cadeia. Baseado na arquitetura de conjunto de instruções Risc-V, suporta várias linguagens como Rust, C++, Solidity, Go, entre outras. As principais funções incluem:
zkVM genérico, pode executar qualquer máquina virtual em um ambiente de conhecimento zero/ verificável.
Sistema de geração de provas ZK que pode ser integrado diretamente a contratos inteligentes ou à blockchain.
Rollup genérico, distribuir os cálculos comprovados no Bonsai para a cadeia.
Os componentes chave do Bonsai incluem a rede de provadores, Request Pool, motor Rollup, Image Hub, State Store e Proving Marketplace, entre outros.
Lagrange
Lagrange visa construir coprocessadores e bases de dados verificáveis, contendo dados históricos de blockchain, facilitando o desenvolvimento de aplicações sem necessidade de confiança. As suas funcionalidades principais incluem:
Base de dados verificável: armazenamento de contratos inteligentes na cadeia de índices, reestruturar o armazenamento, o estado e o bloco do Blockchain.
Cálculo baseado nos princípios do MapReduce: utiliza a separação de dados em múltiplas instâncias para cálculo paralelo, e por fim, integra os resultados.
O design do banco de dados da Lagrange abrange dados de armazenamento de contratos, dados de estado EOA e dados de blocos. A sua máquina virtual ZKMR utiliza os dois passos Map e Reduce para calcular e provar.
Succinct
A Succinct Network está empenhada em integrar fatos programáveis em todos os aspectos do desenvolvimento de Blockchain. Seu coprocessador suporta várias linguagens de programação, incluindo Solidity e uma linguagem de domínio de conhecimento zero especializada. O ZKVM off-chain da Succinct é chamado de SP(Succinct Processor), suportando Rust e outras linguagens LLVM.
Análise Comparativa
Ao comparar processadores ZK de uso geral, os principais fatores a considerar são:
Capacidade de indexação/sincronização de dados
A tecnologia ZK adotada ( SNARKs vs STARKs )
Suporta recursão?
Eficiência do sistema de prova
Situação de cooperação ecológica
Financiamento e apoio de VC
De um modo geral, os caminhos técnicos dos vários projetos estão a convergir, como o uso de wrappers de STARKs para SNARKs, suporte a recursão, construção de redes de provadores e mercados de computação em nuvem, entre outros. Em situações de semelhança técnica, a força da equipa e os recursos ecológicos dos VCs por trás poderão tornar-se fatores de competição chave.
Diferença entre Co-processador e Layer2
Diferente do Layer2 orientado para o usuário, o coprocessador é orientado para aplicações. Ele pode atuar como um componente de aceleração ou um componente modular, utilizado nas seguintes situações:
Como componente de máquina virtual off-chain do ZK Layer2
Fornecer poder de cálculo fora da cadeia para aplicações de blockchain pública
Como um oráculo para obter dados verificáveis de outras cadeias em aplicações de blockchain pública
Servir como ponte entre cadeias para a transmissão de mensagens
O coprocessador trouxe o potencial de sincronização de dados em tempo real de toda a cadeia e computação confiável de alto desempenho e baixo custo, podendo ser utilizado para reconstruir vários middleware de Blockchain.
Desafios enfrentados pelos coprocessadores
A barreira de entrada é alta, é necessário dominar linguagens e ferramentas específicas.
A indústria está em estágio inicial, os padrões de desempenho são complexos e o cenário ainda não está claro.
A infraestrutura básica, como hardware, ainda não está completamente pronta.
O caminho tecnológico é semelhante, dificultando a obtenção de uma vantagem técnica significativa.
Resumo e Perspectivas
A tecnologia ZK possui uma versatilidade extrema e promete reestruturar vários elementos-chave no ecossistema Blockchain. O coprocessador ZK de uso geral é uma das ferramentas importantes para a implementação da tecnologia ZK, com seus limites de aplicação abrangendo quase todos os cenários de dapp.
A adoção em larga escala dos processadores ZK requer o cumprimento de dois indicadores-chave: um banco de dados comprovável em tempo real em toda a cadeia e computação off-chain de baixo custo. À medida que esses objetivos são gradualmente alcançados, espera-se que o paradigma de desenvolvimento de software sofra uma transformação fundamental. A aplicação comercial dos chips de computação ZK será uma condição importante para a implementação em larga escala dos processadores ZK.
Embora a inovação seja relativamente escassa no ciclo atual, este é precisamente o período crítico para construir a próxima geração de tecnologias e aplicações de "adoção em grande escala". Espera-se que na próxima rodada de ciclos, a cadeia de indústria ZK atinja a concretização comercial. É hora de focar nas tecnologias centrais que podem realmente suportar interações em cadeia de bilhões de usuários na Web3.
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ZK Co-processador: um novo paradigma para a reconstrução de aplicações Blockchain
ZK Co-processor: uma nova paradigm para aplicações em Blockchain
Os coprocessadores na área da computação são responsáveis por lidar com tarefas complexas para a CPU. Por exemplo, em 2013, a Apple lançou o coprocessador M7 para aumentar a sensibilidade ao movimento em dispositivos inteligentes, e em 2007, a Nvidia apresentou o coprocessador GPU que lida com tarefas como renderização gráfica. Os coprocessadores podem descarregar códigos complexos e com altos requisitos de desempenho, permitindo que a CPU processe partes mais flexíveis.
Existem dois problemas que limitam o desenvolvimento de aplicações na cadeia Ethereum:
As altas taxas de Gas limitam o alcance do desenvolvimento de aplicações na Blockchain. A maioria do código de contratos gira em torno de operações de ativos, operações complexas exigem muito Gas, o que impede a ampla adoção de aplicações e usuários.
Os contratos inteligentes só podem aceder aos dados dos 256 blocos mais recentes. Atualizações futuras farão com que os nós completos deixem de armazenar os dados dos blocos passados. A falta de dados dificulta o surgimento de aplicações inovadoras baseadas em dados, limitando o aparecimento de produtos de "adoção em larga escala".
Esses problemas decorrem do fato de que o design original da blockchain Ethereum não foi concebido para lidar com tarefas computacionais pesadas e intensivas em dados. Para acomodar essas aplicações, é necessário introduzir o conceito de coprocessador. A cadeia Ethereum funciona como a CPU, enquanto o coprocessador é semelhante à GPU, lidando com tarefas computacionais e intensivas em dados. Combinado com a tecnologia ZK, é possível garantir que o coprocessador realize cálculos e utilize dados de forma confiável fora da cadeia.
As aplicações do processador ZK são amplas, abrangendo redes sociais, jogos, DeFi, sistemas de controle de risco, oráculos, armazenamento de dados, treinamento de grandes modelos, entre outros. Em teoria, todas as funcionalidades que as aplicações Web2 podem realizar, o processador ZK também pode realizar, utilizando o Ethereum como camada de liquidação para proteger a segurança das aplicações.
Atualmente, as definições de ZK co-processadores na indústria não são uniformes, como ZK-Query, ZK-Oracle, ZKM, entre outros, que pertencem a esta categoria, podendo ajudar a consultar dados completos na blockchain, dados confiáveis fora da blockchain e resultados de cálculos fora da blockchain. De certa forma, o Layer2 também pode ser visto como um co-processador do Ethereum.
Visão Geral do Projeto de Coprocessador
Os projetos de co-processamento mais conhecidos atualmente podem ser divididos em três grandes categorias: indexação de dados em blockchain, oráculos e ZKML. O projeto General-ZKM abrange todos os três cenários. Os diferentes projetos utilizam máquinas virtuais off-chain distintas, como o Delphinus que se concentra em zkWASM e o Risc Zero que se concentra na arquitetura Risc-V.
Arquitetura da Tecnologia de Co-processadores
A seguir, analisamos alguns projetos típicos de processadores ZK de uso geral, discutindo as semelhanças e diferenças em seu design técnico e de mecanismos.
Risc Zero
O coprocessador ZK da Risc Zero chama-se Bonsai, e é um conjunto de componentes de prova de conhecimento zero independente da cadeia. Baseado na arquitetura de conjunto de instruções Risc-V, suporta várias linguagens como Rust, C++, Solidity, Go, entre outras. As principais funções incluem:
Os componentes chave do Bonsai incluem a rede de provadores, Request Pool, motor Rollup, Image Hub, State Store e Proving Marketplace, entre outros.
Lagrange
Lagrange visa construir coprocessadores e bases de dados verificáveis, contendo dados históricos de blockchain, facilitando o desenvolvimento de aplicações sem necessidade de confiança. As suas funcionalidades principais incluem:
O design do banco de dados da Lagrange abrange dados de armazenamento de contratos, dados de estado EOA e dados de blocos. A sua máquina virtual ZKMR utiliza os dois passos Map e Reduce para calcular e provar.
Succinct
A Succinct Network está empenhada em integrar fatos programáveis em todos os aspectos do desenvolvimento de Blockchain. Seu coprocessador suporta várias linguagens de programação, incluindo Solidity e uma linguagem de domínio de conhecimento zero especializada. O ZKVM off-chain da Succinct é chamado de SP(Succinct Processor), suportando Rust e outras linguagens LLVM.
Análise Comparativa
Ao comparar processadores ZK de uso geral, os principais fatores a considerar são:
De um modo geral, os caminhos técnicos dos vários projetos estão a convergir, como o uso de wrappers de STARKs para SNARKs, suporte a recursão, construção de redes de provadores e mercados de computação em nuvem, entre outros. Em situações de semelhança técnica, a força da equipa e os recursos ecológicos dos VCs por trás poderão tornar-se fatores de competição chave.
Diferença entre Co-processador e Layer2
Diferente do Layer2 orientado para o usuário, o coprocessador é orientado para aplicações. Ele pode atuar como um componente de aceleração ou um componente modular, utilizado nas seguintes situações:
O coprocessador trouxe o potencial de sincronização de dados em tempo real de toda a cadeia e computação confiável de alto desempenho e baixo custo, podendo ser utilizado para reconstruir vários middleware de Blockchain.
Desafios enfrentados pelos coprocessadores
Resumo e Perspectivas
A tecnologia ZK possui uma versatilidade extrema e promete reestruturar vários elementos-chave no ecossistema Blockchain. O coprocessador ZK de uso geral é uma das ferramentas importantes para a implementação da tecnologia ZK, com seus limites de aplicação abrangendo quase todos os cenários de dapp.
A adoção em larga escala dos processadores ZK requer o cumprimento de dois indicadores-chave: um banco de dados comprovável em tempo real em toda a cadeia e computação off-chain de baixo custo. À medida que esses objetivos são gradualmente alcançados, espera-se que o paradigma de desenvolvimento de software sofra uma transformação fundamental. A aplicação comercial dos chips de computação ZK será uma condição importante para a implementação em larga escala dos processadores ZK.
Embora a inovação seja relativamente escassa no ciclo atual, este é precisamente o período crítico para construir a próxima geração de tecnologias e aplicações de "adoção em grande escala". Espera-se que na próxima rodada de ciclos, a cadeia de indústria ZK atinja a concretização comercial. É hora de focar nas tecnologias centrais que podem realmente suportar interações em cadeia de bilhões de usuários na Web3.