ZK協處理器：重塑區塊鏈應用的新範式

協處理器的歷史淵源

協處理器在計算機領域由來已久，主要承擔爲CPU分擔特定任務的角色。比如蘋果2013年推出的M7運動協處理器大幅提升了智能設備的運動感知能力，而廣爲人知的GPU則是由Nvidia在2007年提出的圖形處理協處理器。這種架構通常被稱爲"異構計算"或"混合計算"。

協處理器的主要優勢在於可以處理一些復雜且性能要求高的特定任務，從而讓CPU能夠專注於更靈活多變的計算工作。

以太坊面臨的挑戰

以太坊當前面臨兩個主要問題:

1. 高昂的Gas費用限制了復雜應用的開發。普通轉帳就需要21000 Gas，更復雜的操作費用更高，這嚴重阻礙了應用和用戶的廣泛採用。

2. 智能合約只能訪問有限的近期區塊數據。未來的網路升級可能進一步限制歷史數據的存儲，這使得很多依賴大量數據的創新應用難以實現。

這些問題源於以太坊設計之初並未考慮處理大規模計算和數據密集型任務。爲了兼容這些應用，需要引入協處理器的概念。以太坊主鏈作爲"CPU"，協處理器則類似"GPU"，可以靈活處理計算和數據密集型任務。結合零知識證明技術，協處理器可以在鏈下進行可信計算。

協處理器的應用前景

ZK協處理器的應用領域十分廣泛，幾乎涵蓋了所有真實的去中心化應用場景，包括但不限於:

• 社交應用
• 遊戲
• DeFi協議
• 基於鏈上數據的風控系統
• 預言機
• 數據存儲
• 大語言模型訓練與推理

理論上，任何Web2應用都可以通過ZK協處理器在區塊鏈上實現，同時還能借助以太坊作爲安全結算層。

主流協處理器項目概覽

目前業內知名的協處理器項目主要聚焦於三大應用場景:

1. 鏈上數據索引
2. 預言機
3. ZKML (零知識機器學習)

其中通用型ZK協處理器(General-ZKM)項目能夠覆蓋全部三種場景。不同項目採用的底層虛擬機架構也有所不同，如Delphinus專注於zkWASM，而Risc Zero則基於RISC-V架構。

典型協處理器項目的技術架構

Risc Zero

Risc Zero的ZK協處理器名爲Bonsai，其目標是成爲一個與鏈無關的通用協處理器。Bonsai基於RISC-V指令集架構，支持多種編程語言如Rust、C++、Solidity、Go等。

Bonsai的主要組件包括:

• 證明者網路:接收並生成ZK證明
• 請求池:存儲用戶發起的證明請求
• Rollup引擎:收集並提交證明結果到主網
• Image Hub:可視化開發者平台
• 狀態存儲:鏈下鍵值對數據庫
• 證明市場:匹配算力供需的平台

Lagrange

Lagrange旨在構建一個協處理器和可驗證數據庫，包含區塊鏈上的歷史數據，以支持計算和數據密集型應用的開發。

其主要功能包括:

1. 可驗證數據庫:索引鏈上智能合約狀態
2. 基於MapReduce原則的並行計算

Lagrange採用了新的數據結構來存儲合約狀態、帳戶狀態和區塊數據,以適應零知識證明的需求。其ZKMR虛擬機通過Map和Reduce兩個步驟實現分布式計算和證明合並。

Succinct

Succinct Network的目標是將可編程事實整合到區塊鏈開發棧的各個環節。其鏈下ZKVM稱爲Succinct Processor (SP),支持Rust等LLVM語言。

SP的核心特性包括:

1. 基於STARKs的遞歸證明
2. SNARKs到STARKs的包裝器
3. 預編譯爲中心的zkVM架構

協處理器項目比較

在比較通用ZK協處理器項目時,主要考慮以下幾個方面:

1. 數據索引/同步能力
2. 底層技術路線(SNARKs vs STARKs)
3. 是否支持遞歸證明
4. 證明系統效率
5. 生態合作情況
6. 融資背景

總體來看,主流項目的技術路徑較爲接近,都採用了STARKs到SNARKs的包裝器、支持遞歸證明,並構建了自己的證明者網路。在同質化嚴重的情況下,生態合作和資源獲取能力可能成爲關鍵的競爭因素。

協處理器與Layer2的區別

與面向用戶的Layer2不同,協處理器主要面向應用開發。它可以作爲加速組件或模塊化組件,應用於以下場景:

1. 作爲ZK Layer2的鏈下虛擬機組件
2. 爲公鏈上應用提供鏈下算力
3. 作爲跨鏈數據的可驗證預言機
4. 充當跨鏈消息傳遞的橋梁

協處理器的潛力遠不止於此,它有望重構區塊鏈生態中的各類中間件,包括預言機、數據查詢、跨鏈橋等。

協處理器面臨的挑戰

1. 開發門檻高:ZK技術復雜,需要掌握特定語言和工具
2. 賽道尚處早期:各項目仍在探索最優技術路線
3. 硬件支持不足:專用ZK硬件尚未大規模商用
4. 技術同質化:難以形成顯著技術優勢,競爭可能轉向資源獲取能力

未來展望

ZK技術有望重塑區塊鏈應用的開發範式。通用ZK協處理器的應用前景廣闊,理論上可以實現任何Web2應用在區塊鏈上的對應版本。

實現"大規模採用"的兩個關鍵指標是:全鏈實時可證明數據庫和低成本鏈下計算。這一目標需要逐步迭代實現,ZK算力芯片的商用化也是一個重要前提。

當前週期缺乏真正的創新,爲構建下一代"大規模採用"技術和應用提供了機會窗口。預計在下一輪週期中,ZK產業鏈將實現商業化落地,爲Web3承載數十億用戶的鏈上交互奠定基礎。