Qu'est-ce qu'un coprocesseur?

Mo Dong, le co-fondateur de Celer Network et Brevis, estime que, en termes simples, un coprocesseur est un outil qui "donne aux contrats intelligents la capacité de Dune Analytics."

En termes simples, les contrats intelligents généraux actuels ne peuvent pas accéder aux données historiques. Par exemple, en travaillant sur un protocole de gestion de liquidité, j'avais besoin de données de prix historiques pour calculer à quelle fréquence et à quel coût les fournisseurs de liquidité dépassaient la fourchette de prix dans un AMM. Nous devions compter sur un service d'index hébergé sur la chaîne comme The Graph’s.API GraphQL, car l'agrégation, la recherche et les tâches de filtrage ne peuvent pas être effectuées uniquement par interaction contractuelle. En effet, même l'indexation des données standard des transactions blockchain est difficile, sans parler de la lecture de données plus complexes que des informations de base.

En ce qui concerne les protocoles de gestion de liquidité, l'évaluation des performances historiques des pools de test existants ou des pools d'utilisateurs nécessite toujours l'utilisation de l'API d'un service d'index hébergé sur la chaîne. Ces données sont ensuite calculées manuellement dans Excel. Existe-t-il un service capable de simplifier ce processus, fournissant aux contrats intelligents dapp la capacité d'agréger, de filtrer et d'analyser directement ces données sur Gate.io? Les coprocesseurs sont conçus pour résoudre le problème.

Pourquoi est-ce appelé un coprocesseur?

Dans les premiers systèmes informatiques, le processeur CPU ne pouvait souvent effectuer que des opérations de base. Il devait être associé à un "coprocesseur" dédié pour effectuer des types spécifiques de tâches informatiques, telles que des opérations en virgule flottante, afin d'améliorer les performances.

Maintenant, nous pouvons considérer Ethereum comme un superordinateur géant. Les contrats intelligents du monde entier ne peuvent accéder qu'aux données on-chain du bloc actuel, pas aux données historiques, y compris les enregistrements de transactions et les changements de solde des comptes. Cela est dû au fait que la conception d'Ethereum ne permet pas aux contrats intelligents d'accéder à ces données historiques.

Accéder aux données historiques pour garantir leur fiabilité nécessite une méthode cryptographique qui relie les archives historiques au bloc actuel. Cependant, calculer et vérifier cette preuve dans un contrat intelligent directement peut être long et coûteux. En revanche, des requêtes via des nœuds de stockage peuvent être effectuées, mais les contrats intelligents ne peuvent pas interagir directement avec eux, et il y a un problème de confiance. Alors, comment pouvons-nous résoudre ce problème de confiance et permettre un calcul vérifiable? En d'autres termes, comment pouvons-nous permettre à un tiers de vérifier directement les résultats du calcul pour en vérifier la justesse, sans avoir besoin de réexécuter le calcul lui-même? La solution pourrait résider dans les coprocesseurs, qui sont similaires aux premiers systèmes informatiques. Ils peuvent étendre la puissance de calcul des contrats intelligents sur Ethereum, leur donnant la nouvelle capacité d'accéder à des données historiques et d'effectuer des calculs complexes.

Comment fonctionne généralement un coprocesseur ?

En général, le flux de travail principal d'un coprocesseur qui vérifie les données Ethereum est le suivant :

1. Interroger les données historiques et effectuer des calculs pertinents dans un environnement hors chaîne grâce à un service;

2. Le service générera une sorte de preuve pour prouver que son fonctionnement est fiable;

3. L'application décentralisée du développeur interagira avec le contrat de coprocesseur déployé sur Ethereum pour vérifier la preuve;

4. Après avoir interagi avec le contrat de coprocesseur et vérifié le résultat, le dapp peut accéder directement aux données historiques dont il a besoin sans faire confiance.

Projets dans l'espace du coprocesseur ou de la calculabilité vérifiable large

Cette section analyse principalement les piles techniques clés et les avantages concurrentiels des principaux acteurs de l'espace des coprocesseurs.

Axiome

Pionnier dans l'espace des coprocesseurs, Axiom construit une infrastructure de données on-chain pour simplifier l'interaction des contrats intelligents avec les données on-chain. Axiom est également crédité d'avoir introduit le concept de coprocesseurs. Nous approfondirons plus tard dans cet article le fonctionnement de leur coprocesseur en utilisant Axiom comme exemple.

Lagrange

Lagrange se concentre sur les preuves d'état inter-chaînes et les techniques de traitement parallèle. Leurs preuves peuvent atteindre une vérification inter-chaînes sans dépendre de protocoles de messagerie inter-chaînes comme zkBridge ou IBC. Le Parallel Prover de Lagrange est bien adapté aux produits impliquant le re-staking, ce qui consolide leur position dans l'écosystème RaaS (Rollup as a Service).

Contrairement aux preuves séquentielles, les preuves parallèles peuvent répartir leur charge de travail sur des milliers de threads simultanément. De plus, le restaking sur EigenLayer peut les sécuriser. En d'autres termes, cette approche de calcul parallèle et de preuve parallèle permet une meilleure scalabilité horizontale.

Un cas d'utilisation réel est l'application de Lagrange sur AltLayer. AltLayer propose des services de vérification active pour Restaked Rollup, aidant les développeurs à mettre en œuvre un séquençage décentralisé et à vérifier efficacement la justesse de l'état de Rollup. En mars 2024, Lagrange s'est associé à AltLayer pour utiliser des prouveurs parallèles pour le co-traitement de Rollup. Cela garantit des données et des résultats de calcul vérifiables et sans confiance sur la chaîne pour les clients de RaaS d'AltLayer.

Hérodote

Étroitement lié à l'écosystème Starkware/Starknet, Herodotus s'associe à des projets comme Snapshot. Ils appellent leur système de coprocesseur "Storage Proof", qui peut être combiné avec des preuves ZK pour permettre l'accès aux données entre différentes couches d'Ethereum.

Source : Site Web Hérodote

Le système de preuve de stockage se compose de trois composants:

1. Preuves d'inclusion: Confirmer que les données existent réellement dans la structure de données d'Ethereum.
2. Preuves de calcul : Vérifiez la validité des flux de travail multi-étapes, en particulier ceux impliquant une conversion de données ou d'autres opérations.
3. Preuves ZK : Permettre aux contrats intelligents de confirmer la validité des preuves sans traiter toutes les données sous-jacentes. Toute donnée on-chain dans un nœud d'archive Ethereum peut être prouvée en utilisant le système de preuve de stockage.

Comme d'autres coprocesseurs, le système de preuve de stockage est généré hors chaîne et vérifié sur chaîne, minimisant la consommation de ressources sur chaîne. Il réduit également les données transférées entre les couches Ethereum en ne envoyant que le hachage du bloc ou la racine de l'accumulateur pour vérification.

Brevis

Développé par le réseau Celer, Brevis est une infrastructure pour la construction de divers services de données on-chain, y compris des coprocesseurs ZK. Celer Network, un protocole d'interopérabilité fondé par Mo Dong et Qingkai Liang, a levé 4 millions de dollars lors d'une OIC (Offre Initiale d'Échange) en 2019.

Le réseau Celer a déployé unContrat Brevissur chai. Ce contrat vérifie les preuves des demandes de coprocesseur et renvoie les résultats au contrat de la dapp via une fonction de rappel. Les développeurs peuvent tirer parti du SDK Brevis pour permettre aux dapps d'accéder facilement aux données historiques sur chai. Le SDK abstractise les circuits complexes, éliminant ainsi le besoin pour les développeurs de posséder des connaissances préalables sur les preuves ZK. Le SDK Brevis est construit sur le cadre gnark développé par l'équipe Consensys Linea. De plus, Brevis prend en charge le client léger ZK d'Ethereum, ce qui lui permet de fonctionner avec des données sur chai provenant de n'importe quelle blockchain compatible avec l'EVM d'Ethereum.

Source: Documentation Brevis

Celer Network est actuellement en développementcoChaîne, une blockchain axée sur l'écosystème RaaS, utilisant Brevis comme fondation. coChain est une blockchain basée sur l'algorithme de consensus Proof-of-Stake (PoS) et peut fournir des services de mise en jeu et de sanction Ethereum. La sanction fait référence au processus de pénalisation des validateurs qui enfreignent les règles dans l'écosystème PoS Ethereum, y compris des amendes et des changements d'état. Historiquement, le taux de sanction dans l'écosystème de mise en jeu Ethereum a été très faible, avecdonnées suggérantseul environ 0,04% des validateurs ont été réduits en lambeaux.

La fonction unique de coChain est de lier la génération des résultats du coprocesseur aux récompenses et aux sanctions du jalonnement Ethereum. Voici le processus :

1. Le contrat intelligent soumet une demande de coprocesseur et le mécanisme de consensus PoS génère le résultat du coprocesseur;
2. Le résultat généré par PoS est soumis à la blockchain sous la forme d'une « proposition » qui peut être « contestée » par une preuve de connaissance nulle (ZK);
3. Si le défi de preuve ZK est réussi, indiquant un comportement répréhensible du validateur lors du jalonnement, la mise en jeu du validateur correspondant est réduite directement sur Ethereum. En revanche, si le résultat généré par PoS reste sans contestation, le dapp peut utiliser directement le résultat du coprocesseur sans encourir les coûts des preuves ZK. Cette approche "optimiste" des défis de preuve, similaire à Optimism, maintient les coûts plus bas.

Dans l'ensemble, l'approche de coChain combine les incitations à la confiance/vérification des coprocesseurs avec l'écosystème de mise en jeu d'Ethereum. À l'avenir, il s'intégrera à EigenLayer pour réduire le coût de preuve des coprocesseurs ZK.

Nexus

Nexus zkVM permet la vérification de tout résultat de calcul en chaîne. Sa caractéristique unique est la capacité à vérifier les preuves ZK basées sur des techniques de pliage. Fondée en 2022, Nexus est un autre acteur de l'espace zkVM. Bien que les détails n'aient pas encore été largement divulgués, le fondateur, Daniel Marin (diplômé de Stanford avec une expérience antérieure chez Google), a publiépremiers articles de rechercheà travers le Stanford Blockchain Club.

La technologie de pliage ZK est considérée comme une branche prometteuse au sein des solutions zkVM. Nexus zkVM prend en charge la vérification à la fois des preuves de pliage et des schémas d'accumulation. Il vise à être un zkVM évolutif, modulaire et open source. Leur pile technique inclut des mécanismes d'agrégation de preuves parallélisées à grande échelle basés sur le Calcul Vérifiable Incrémental (IVC) et divers schémas de pliage comme Nova, CycleFold, SuperNova et HyperNova. Ils développent également le Réseau Nexus, un réseau d'extraction de preuves parallélisé à grande échelle construit sur Nexus zkVM.

Source: Documentation Nexus, Architecture Nexus zkVM

Tableau de comparaison des approches techniques et des avantages concurrentiels dans la piste du coprocesseur

Comme vous pouvez le voir, différents projets ont choisi des piles techniques différentes basées sur différents écosystèmes (Ethereum EVM, RaaS, inter-chaînes, Ethereum cross-layer), différentes méthodes de preuve (Rollup vs ZK), ou différentes solutions au sein des preuves ZK (zk-SNARK, preuves de pliage, schémas d'accumulation, etc.). Chacun a ses forces et faiblesses en ce qui concerne les avantages compétitifs et présente finalement différentes formes de produit : contrats interactifs sur chaîne, SDK et réseaux conçus pour diverses fins, tels que des réseaux de vérification de mise en jeu et des réseaux de vérification à grande échelle.

Source: Par l'auteur

Opération spécifique des coprocesseurs : Le cas d'Axiom

Pourquoi choisir Axiom?

Axiom est un coprocesseur de preuve ZK construit pour Ethereum. Il permet aux contrats intelligents d'accéder aux données historiques on-chain et garantit la confiance de la computation off-chain grâce à la technologie de preuve ZK. Axiom a été fondé par Jonathan Wang et Yi Sun en 2022. Le 25 janvier 2024, Axiomannoncé sur Twitterqu'elle avait levé 20 millions de dollars lors d'un tour de table de série A dirigé par Paradigm et Standard Crypto. C'est le premier projet à proposer le concept de "coprocesseur" et c'est aussi l'un des projets les plus soutenus par le capital-risque dans l'espace.

Source: Compte officiel X d'Axiom

Histoire de l'Axiome

En 2017, Yi Sun a obtenu un doctorat en mathématiques du MIT et a également travaillé pour une société de trading à haute fréquence pendant un certain temps. Il a commencé à se plonger dans le domaine des cryptomonnaies et a réalisé que la preuve ZK est la clé de la scalabilité de la blockchain. Cependant, à l'époque, il croyait que la technologie ZK en était encore à ses débuts, alors il a choisi de continuer à observer l'espace. Ce n'est qu'à la fin de 2021 que la technologie ZK a commencé à décoller, avec une infrastructure et des outils de développement qui se sont progressivement matures. De plus, Yi Sun a rencontré des problèmes d'accès aux données historiques dans les contrats intelligents qu'il a écrits lors de la construction de protocoles DeFi. Tous ces facteurs ont conduit à la naissance d'Axiom.

Quelle technologie de preuve ZK utilise Axiom?

Axiom utilise actuellement le système de preuve SNARK basé sur les backends Halo2 et KZG et les outils de preuve ZK tels que les tables de recherche (LUT). Dans le passé, les preuves ZK étaient complexes et difficiles à auditer. Les tables de recherche sont un ensemble de valeurs pré-calculées qui permettent au prouveur de prouver plus efficacement au vérificateur que la valeur existe.

Comment fonctionne Axiom V2

En janvier 2024, Axiom V2 est entré en service sur le réseau principal Ethereum, prenant en charge l'accès aux transactions, aux reçus, au stockage de contrats, aux en-têtes de bloc et à d'autres données provenant de contrats intelligents. Cela signifie qu'il prend désormais en charge l'accès à toutes les données historiques sur le réseau principal Ethereum.

En utilisant les outils SDK développés par Axiom, les développeurs peuvent écrire des circuits Axiom en Typescript pour émettre des demandes de données et personnaliser les calculs. Axiom est en avance sur la courbe car il rend très facile pour les contrats intelligents d'accéder aux données on-chain:

1. Les développeurs utilisent le kit de développement logiciel Axiom Typescript pour écrire des circuits Axiom et émettre des demandes de calcul de vérification ZK pour les données historiques d'Ethereum;

2. Axiom effectue le calcul demandé et génère une preuve ZK, prouvant la justesse des données et des résultats du calcul;

3. Les développeurs implémentent une fonction de rappel dans le contrat intelligent pour vérifier et exécuter les données envoyées par Axiom avec le résultat de la preuve de connaissance nulle;

4. Les requêtes Axiom sont envoyées par une transaction on-chain, et le résultat retourné est crypté par une preuve de ZK pour assurer sa crédibilité.

Cependant, contrairement à Hérodote, Axiom ne prend actuellement pas en charge la consultation de données historiques provenant d'autres réseaux Ethereum EVM ou de réseaux de couche 2 et se concentre uniquement sur le réseau principal Ethereum. Un support futur pour les fonctionnalités connexes n'est pas exclu.

Applications de Axiom V2

Au niveau de l'application, Axiom peut aider les dapps à implémenter les fonctions suivantes :

• Fournir des récompenses et des programmes de fidélité basés sur les enregistrements d'activité on-chain des utilisateurs
• Implémenter la responsabilité basée sur le comportement des utilisateurs sur la chaîne
• Établir des oracles pouvant être personnalisés en fonction des besoins d'identité, de gouvernance et de règlement

Conclusion

Le leader actuel dans l'espace du coprocesseur, Axiom, entretient une relation complémentaire avec des projets de nœuds légers tels que Succinct. Succinct tente de prouver le consensus d'Ethereum lui-même, tandis qu'Axiom prouve des données historiques sur la chaîne basées sur le consensus, en supposant que le résultat du consensus est accepté.

Le domaine de la preuve ZK se développe rapidement avec des inventions innovantes telles que les preuves de pliage, les schémas d'accumulation et les grandes tables de recherche. Cette croissance a attiré l'attention sur des projets comme Nexus, qui soutiennent les dernières avancées en matière de technologie de preuve ZK. Alors que les preuves ZK deviennent courantes, d'autres projets comme Lagrange attirent également l'attention en fournissant des preuves pour Rollup grâce à des prouveurs parallèles, comblant ainsi une lacune sur le marché.

Les progrès technologiques en cours ont amélioré les performances de diverses preuves de connaissances, réduisant leur taille et leurs coûts de vérification. Et cela élargit leur utilisation potentielle. Dans ce contexte, la flexibilité offerte par la modularisation est de plus en plus reconnue, en particulier dans l'espace des coprocesseurs.