Processeur ZK : construire une infrastructure de calcul fiable pour le Web3

Dans le domaine de l'informatique, un coprocesseur est une unité de traitement auxiliaire responsable du traitement d'autres tâches complexes pour le CPU. Par exemple, le GPU est un coprocesseur bien connu, chargé de gérer des tâches telles que le rendu graphique pour le CPU. Les coprocesseurs accélèrent les applications en déchargeant certaines parties du code qui sont intensives en calcul et chronophages, cette architecture est appelée "calcul hétérogène" ou "calcul hybride".

Le coprocesseur peut traiter certains codes complexes avec des exigences de performance uniques ou des exigences de performance très élevées, permettant au CPU de gérer des parties plus flexibles et variées. Sur la chaîne Ethereum, il y a deux problèmes majeurs qui entravent le développement des applications :

1. Les frais de Gas élevés limitent le champ de développement des applications sur la chaîne. La plupart des codes de contrat sont écrits autour des opérations d'actifs, et les opérations complexes nécessitent beaucoup de Gas, ce qui constitue un sérieux obstacle à l'adoption à grande échelle des applications et des utilisateurs.

2. Les contrats intelligents ne peuvent accéder qu'aux données des 256 derniers blocs. Les futures mises à jour pourraient entraîner le fait que les nœuds complets ne stockent plus les données des blocs passés, ce qui limite l'apparition d'applications innovantes basées sur les données.

Cela indique que le calcul et les données ont limité l'émergence de nouveaux paradigmes de calcul. La blockchain Ethereum elle-même n'est pas conçue pour traiter de grandes quantités de calculs et de tâches intensives en données. Pour être compatible avec ces applications, il est nécessaire d'introduire des coprocesseurs. La chaîne Ethereum elle-même sert de CPU, tandis que les coprocesseurs sont similaires aux GPU, la chaîne traitant des données et opérations d'actifs simples, tandis que les applications peuvent utiliser les coprocesseurs pour accéder de manière flexible aux données ou aux ressources de calcul. Pour garantir la fiabilité des calculs hors chaîne, la plupart des coprocesseurs sont développés sur la base de la technologie ZK.

Les limites d'application des coprocesseurs ZK sont très larges, pouvant couvrir n'importe quel scénario d'application décentralisée (dapp) réel, comme les réseaux sociaux, les jeux, la finance décentralisée (DeFi), les systèmes de gestion des risques, les oracles, le stockage de données, l'entraînement et l'inférence de grands modèles, etc. Théoriquement, tout ce que les applications Web2 peuvent faire peut être réalisé dans Web3 avec les coprocesseurs ZK, avec Ethereum comme couche de règlement finale pour protéger la sécurité des applications.

Les projets de coprocesseurs les plus connus dans l'industrie se divisent principalement en trois catégories : l'indexation des données sur la chaîne, les oracles et ZKML. Le projet General-ZKM couvre ces trois grands cas d'utilisation. Différents projets ont des machines virtuelles fonctionnant hors chaîne qui varient, par exemple, Delphinus se concentre sur zkWASM, tandis que Risc Zero se concentre sur l'architecture Risc-V.

Architecture technique des projets de processeurs de consensus mainstream

Risc Zero

Le coprocesseur ZK de Risc Zero s'appelle Bonsai, c'est un ensemble de composants de preuve à connaissance nulle indépendants de la chaîne. Son objectif est de devenir un coprocesseur universel, basé sur l'architecture d'instructions Risc-V, supportant plusieurs langages de programmation. Les principales fonctions incluent :

1. zkVM universel, capable d'exécuter n'importe quelle machine virtuelle dans un environnement à connaissance nulle
2. Système de génération de preuves ZK pouvant être intégré à tout contrat intelligent ou chaîne.
3. Rollup générique, distribuant les calculs prouvés sur Bonsai sur la chaîne.

Ses principaux composants comprennent :

• Réseau de preuveurs : accepte et génère des preuves ZK
• Request Pool: stocke les demandes de preuve des utilisateurs
• Moteur Rollup : collecte et empaquetage des résultats de preuve pour les télécharger sur la chaîne principale
• Image Hub: plateforme de développement visuelle, stockage de fonctions et d'applications
• État Store: stockage d'état hors chaîne
• Marché de Preuve : Marché de puissance de preuve ZK

Lagrange

L'objectif de Lagrange est de construire des coprocesseurs et des bases de données vérifiables, y compris les données historiques sur la blockchain, pour le développement d'applications sans confiance. Fonctions principales :

1. Base de données vérifiable : statut des contrats intelligents indexés sur la chaîne
2. Calcul selon le principe MapReduce : adoption de la séparation des données et du calcul parallèle

La conception de bases de données implique trois parties : les données de stockage des contrats, les données d'état de l'EOA et les données de bloc. Elle utilise la technologie de preuve récursive SNARK/STARK.

Le calcul de la machine virtuelle ZKMR comprend deux étapes : Map et Reduce, permettant de combiner les preuves de petits calculs en une preuve de calcul global, étendant efficacement le calcul complexe à grande échelle.

Processus d'exécution :

1. Les contrats de développeurs sont enregistrés sur Lagrange et soumettent une demande de preuve.
2. Lagrange décompose la requête en petites tâches parallèles à distribuer aux vérificateurs.
3. Le réseau de preuve est sécurisé par la technologie de Restaking d'EigenLayer.

Succinct

L'objectif de Succinct Network est d'intégrer des faits programmables dans chaque partie du développement de la blockchain. Ses caractéristiques sont :

• Prend en charge plusieurs langages de programmation
• Compléter l'indexation des données de la chaîne cible
• Prouver que le marché est compatible avec divers systèmes de preuve

Le ZKVM hors chaîne est appelé SP(Succinct Processor), caractéristiques principales :

1. Technologie de preuve récursive basée sur STARKs
2. Support des wrappers SNARKs à STARKs
3. Architecture zkVM centrée sur la précompilation

Comparaison des projets de coprocesseurs

Comparaison des dimensions:

1. Capacité d'indexation/synchronisation des données
2. La voie technologique ZK adoptée
3. Est-ce que la preuve récursive est prise en charge
4. Conception du système de preuve
5. Situation de coopération écologique
6. Financement et soutien VC

Dans l'ensemble, les chemins technologiques des différents projets tendent à converger, par exemple, tous utilisent des enveloppes STARKs à SNARKs, supportent la récursivité, construisent des réseaux de prouveurs, etc. Dans des chemins technologiques similaires, les capacités de l'équipe et le soutien des ressources en arrière-plan pourraient devenir des points de différence clés.

Similarités et différences entre le coprocesseur et Layer2

Contrairement à Layer2, le coprocesseur est orienté vers l'application plutôt que vers l'utilisateur. Le coprocesseur peut servir de composant d'accélération ou de composant modulaire, les cas d'utilisation incluent :

1. En tant que composant de machine virtuelle hors chaîne de ZK Layer2
2. Déchargement de la puissance de calcul hors chaîne pour les applications de blockchain publique
3. Oracle de données vérifiables inter-chaînes
4. La transmission de messages du pont inter-chaînes

Les coprocesseurs offrent le potentiel de synchroniser des données en temps réel sur toute la chaîne et de fournir un calcul de confiance à haute performance et à faible coût, pouvant reconstruire de nombreux middleware de la blockchain.

Défis auxquels sont confrontés les coprocesseurs

1. La difficulté de développement est élevée, la courbe d'apprentissage technique est raide.
2. La piste très tôt, optimisation des performances complexe
3. Les infrastructures de base comme le matériel ne sont pas encore matures.
4. Les chemins technologiques sont similaires, il est difficile d'avoir une avance révolutionnaire.

Résumé et perspectives

Le coprocesseur ZK apporte un nouveau paradigme "Ne faites pas confiance, vérifiez-le" à Web3. Ses frontières d'application sont vastes, et théoriquement, il peut réaliser n'importe quelle application Web2. Les deux indicateurs clés de l'adoption "à grande échelle" du coprocesseur ZK sont une base de données prouvable en temps réel sur toute la chaîne et un calcul hors chaîne à faible coût.

Le déploiement des puces de puissance ZK est une condition préalable à la commercialisation à grande échelle des coprocesseurs. On s'attend à ce que la prochaine phase du cycle de la chaîne industrielle ZK réalise une commercialisation, et il s'agit d'une période clé pour construire des technologies capables de supporter les interactions en chaîne de 1 milliard d'utilisateurs.