¿Qué es un coprocesador?

Mo Dong, el cofundador de Celer Network y Brevis, cree que, en pocas palabras, un coprocesador es una herramienta que "da a los contratos inteligentes la capacidad de Dune Analytics."

En pocas palabras, los contratos inteligentes generales actuales no pueden acceder a datos históricos. Por ejemplo, mientras trabajaba en un Protocolo de Gestión de Liquidez, necesitaba datos de precios históricos para calcular con qué frecuencia y a qué costo los proveedores de liquidez excedían el rango de precios en un AMM. Tuvimos que depender de un servicio de índice alojado en la cadena como The Graph's.API de GraphQL, porque la agregación, búsqueda y filtrado de tareas no pueden realizarse solo a través de la interacción del contrato. De hecho, incluso indexar datos estándar de transacciones de blockchain es un desafío, y mucho menos leer datos más complejos que información básica.

En cuanto a los protocolos de gestión de liquidez, evaluar el rendimiento histórico de los pools de prueba existentes o los pools de usuarios todavía requiere el uso de la API de un servicio de índice alojado en la cadena. Los datos se calculan manualmente en Excel. ¿Existe un servicio capaz de simplificar este proceso, proporcionando contratos inteligentes dapp con la capacidad de aggreGate.io, filtrar y analizar estos datos directamente? Los coprocesadores están diseñados para resolver el problema.

¿Por qué se llama coprocesador?

En los primeros sistemas informáticos, el procesador de la CPU a menudo solo podía realizar operaciones básicas. Necesitaba estar emparejado con un 'coprocesador' dedicado para realizar tipos específicos de tareas de cálculo, como operaciones de punto flotante, para mejorar el rendimiento.

Ahora, podemos pensar en Ethereum como un superordenador gigante. Los contratos inteligentes de todo el mundo solo pueden acceder a datos en cadena desde el bloque actual, no a datos históricos, incluidos registros de transacciones y cambios en el saldo de la cuenta. Esto se debe a que el diseño de Ethereum no proporciona una forma para que los contratos inteligentes accedan a estos datos históricos.

Acceder a datos históricos para asegurar su confiabilidad requiere un método criptográfico que vincule los registros históricos al bloque actual. Sin embargo, calcular y verificar esta prueba en un contrato inteligente directamente puede ser prolongado y costoso. Alternativamente, se pueden realizar consultas a través de nodos de almacenamiento, pero los contratos inteligentes no pueden interactuar directamente con ellos, y existe un problema de confianza. Entonces, ¿cómo podemos resolver este problema de confianza y permitir la computación verificable? En otras palabras, ¿cómo podemos permitir a un tercero verificar directamente los resultados de la computación por corrección, sin necesidad de volver a ejecutar la computación en sí? La solución puede estar en coprocesadores, que son similares a los primeros sistemas informáticos. Pueden ampliar la potencia informática de los contratos inteligentes en Ethereum, dándoles la nueva capacidad de acceder a datos históricos y realizar cálculos complejos.

¿Cómo suele funcionar un coprocesador?

En general, el flujo de trabajo principal de un coprocesador que verifica los datos de Ethereum es el siguiente:

1. Consultar datos históricos y realizar cálculos relevantes en un entorno fuera de la cadena a través de un servicio;

2. El servicio generará algún tipo de prueba para demostrar que su funcionamiento es confiable;

3. La dapp del desarrollador interactuará con el contrato de coprocesador desplegado en Ethereum para verificar la prueba;

4. Después de interactuar con el contrato del coprocesador y verificar el resultado, la dapp puede acceder directamente a los datos históricos que necesita sin confianza.

Proyectos en el Espacio de Coprocesador o Computación Verificable Amplia

Esta sección analiza principalmente las pilas técnicas clave y las ventajas competitivas de los principales actores en el espacio de coprocesadores.

Axioma

Un pionero en el espacio de coprocesadores, Axiom está construyendo infraestructura de datos en cadena para simplificar la interacción de contratos inteligentes con datos en cadena. Axiom también se le atribuye la introducción del concepto de coprocesadores. Profundizaremos más adelante en este artículo en cómo funciona su coprocesador utilizando Axiom como ejemplo.

Lagrange

Lagrange se centra en pruebas de estado entre cadenas y técnicas de procesamiento paralelo. Sus pruebas pueden lograr verificación entre cadenas sin depender de protocolos de mensajería entre cadenas como zkBridge o IBC. El Probador Paralelo de Lagrange es adecuado para productos que implican re-staking, lo que solidifica su posición en el ecosistema de RaaS (Rollup as a Service).

A diferencia de las pruebas secuenciales, las pruebas paralelas pueden distribuir su carga de trabajo a través de miles de hilos simultáneamente. Además, volver a apostar en EigenLayer puede asegurarlas. En otras palabras, este enfoque de computación paralela y pruebas paralelas permite una mejor escalabilidad horizontal.

Un caso de uso del mundo real es la aplicación de Lagrange en AltLayer. AltLayer ofrece servicios de verificación activa para Restaked Rollup, ayudando a los desarrolladores a implementar secuenciación descentralizada y verificar la corrección del estado de Rollup de manera eficiente. En marzo de 2024, Lagrange se asoció con AltLayer para utilizar probadores paralelos para el coprocesamiento de Rollup. Esto garantiza datos en cadena verificables y sin confianza y resultados de cálculos para los clientes de RaaS de AltLayer.

Herodotus

Estrechamente vinculado al ecosistema Starkware/Starknet, Herodotus colabora con proyectos como Snapshot. Llaman a su sistema de coprocesador "Storage Proof", que se puede combinar con pruebas ZK para habilitar el acceso de datos entre capas cruzadas entre diferentes capas de Ethereum.

Fuente: Sitio web de Heródoto

El sistema de prueba de almacenamiento consta de tres componentes:

1. Pruebas de inclusión: Confirma que los datos realmente existen dentro de la estructura de datos de Ethereum.
2. Pruebas de computación: Verificar la validez de flujos de trabajo de múltiples pasos, especialmente aquellos que implican conversión de datos u otras operaciones.
3. Pruebas ZK: Permiten que los contratos inteligentes confirmen la validez de las pruebas sin procesar todos los datos subyacentes. Cualquier dato en cadena en un nodo de archivo de Ethereum puede ser probado usando el sistema de prueba de almacenamiento.

Como otros coprocesadores, el sistema de prueba de almacenamiento se genera fuera de la cadena y se verifica en la cadena, minimizando el consumo de recursos en la cadena. También reduce los datos transferidos entre las capas de Ethereum al enviar solo el hash del bloque o la raíz del acumulador para su verificación.

Brevis

Desarrollado por Celer Network, Brevis es una infraestructura para construir varios servicios de datos en cadena, incluidos coprocesadores ZK. Celer Network, un protocolo de interoperabilidad fundado por Mo Dong y Qingkai Liang, recaudó $4 millones en un IEO (Oferta Inicial de Intercambio) en 2019.

Celer Network ha implementado unContrato breveon-chain. Este contrato verifica pruebas de solicitudes de coprocesador y transmite los resultados de vuelta al contrato dapp a través de una función de devolución de llamada. Los desarrolladores pueden aprovechar el SDK de Brevis para permitir que las dapps accedan fácilmente a datos históricos on-chain. El SDK abstrae circuitos complejos, eliminando la necesidad de que los desarrolladores tengan conocimientos previos de pruebas ZK. El SDK de Brevis está construido sobre el marco gnark desarrollado por el equipo Consensys Linea. Además, Brevis admite el cliente ligero ZK de Ethereum, lo que le permite trabajar con datos on-chain de cualquier blockchain compatible con Ethereum EVM.

Fuente: Documentación de Brevis

Celer Network está actualmente en desarrollocoChain, una cadena de bloques centrada en el ecosistema de RaaS, utilizando Brevis como base. coChain es una cadena de bloques basada en el algoritmo de consenso de Prueba de Participación (PoS) y puede proporcionar servicios de participación y penalización de Ethereum. Penalizar se refiere al proceso de sancionar a los validadores que infringen las reglas en el ecosistema de PoS de Ethereum, incluidas multas y cambios de estado. Históricamente, la tasa de penalización en el ecosistema de participación de Ethereum ha sido muy baja, condatos que sugierenque solo alrededor del 0,04% de validadores han sido sancionados.

La característica única de coChain es vincular la generación de resultados de coprocesador con las recompensas y castigos del staking de Ethereum. Aquí está el proceso:

1. El contrato inteligente envía una solicitud de coprocesador, y el mecanismo de consenso de PoS genera el resultado del coprocesador;
2. El resultado generado por PoS se envía a la cadena de bloques como una "propuesta" que puede ser "desafiada" por una prueba de conocimiento cero (ZK);
3. Si el desafío de la prueba ZK tiene éxito, lo que indica un mal comportamiento del validador durante el staking, la participación correspondiente del validador se reduce directamente en Ethereum. Por el contrario, si el resultado generado por PoS no es impugnado, la dapp puede utilizar directamente el resultado del coprocesador sin incurrir en el costo de las pruebas ZK. Este enfoque "optimista" para los desafíos de prueba, similar a Optimism, mantiene los costos más bajos.

En general, el enfoque de coChain combina los incentivos de confianza/verificación de los coprocesadores con el ecosistema de participación en Ethereum. En el futuro, se integrará con EigenLayer para reducir el costo de prueba de los coprocesadores ZK.

Nexus

Nexus zkVM permite la verificación de cualquier resultado de cálculo en cadena. Su característica única es la capacidad de verificar pruebas de conocimiento cero basadas en técnicas de plegado. Fundado en 2022, Nexus es otro jugador en el espacio zkVM. Aunque los detalles aún no se han revelado ampliamente, el fundador, Daniel Marin (graduado de Stanford con experiencia previa en Google), publicóprimeros trabajos de investigacióna través del Stanford Blockchain Club.

La tecnología de plegamiento ZK se considera una rama prometedora dentro de las soluciones zkVM. Nexus zkVM admite la verificación de pruebas de plegamiento y esquemas de acumulación. Su objetivo es ser un zkVM escalable, modular y de código abierto. Su pila técnica incluye mecanismos de agregación de pruebas paralelizadas a gran escala basados en Cómputo Verificable Incremental (IVC) y varios esquemas de plegamiento como Nova, CycleFold, SuperNova y HyperNova. También están desarrollando la Red Nexus, una red de minería de pruebas paralelizadas a gran escala construida en Nexus zkVM.

Origen: Documentación de Nexus, Arquitectura Nexus zkVM

Tabla de comparación de enfoques técnicos y ventajas competitivas en la pista de coprocesador

Como puedes ver, diferentes proyectos han elegido diferentes pilas técnicas basadas en diferentes ecosistemas (Ethereum EVM, RaaS, interoperabilidad entre cadenas, capa cruzada de Ethereum), diferentes métodos de prueba (Rollup vs ZK), o diferentes soluciones dentro de las pruebas ZK (zk-SNARK, pruebas de plegado, esquemas de acumulación, etc.). Cada uno tiene sus fortalezas y debilidades en cuanto a ventajas competitivas y, en última instancia, presentan diferentes formas de producto: contratos interactivos en cadena, SDK y redes diseñadas para varios propósitos, como redes de verificación de participación y redes de verificación a gran escala.

Fuente: Por el Autor

Operación específica de los coprocesadores: El caso de Axiom

¿Por qué elegir Axiom?

Axiom es un coprocesador de prueba ZK construido para Ethereum. Permite que los contratos inteligentes accedan a datos históricos en cadena y garantiza la confianza de la computación fuera de cadena a través de la tecnología de prueba ZK. Axiom fue fundada por Jonathan Wang y Yi Sun en 2022. El 25 de enero de 2024, Axiomanunciado en Twitterque había recaudado $20 millones en financiación de la Serie A liderada por Paradigm y Standard Crypto. Es el primer proyecto en proponer el concepto de “coprocesador” y también es uno de los proyectos con más respaldo de capital de riesgo en el espacio.

Fuente: Cuenta oficial de Axiom X

Historia de Axiom

En 2017, Yi Sun recibió un doctorado en matemáticas del MIT y también trabajó para una empresa de trading de alta frecuencia por un período de tiempo. Comenzó a adentrarse en el campo de las criptomonedas y se dio cuenta de que la prueba de conocimiento cero es la clave para la escalabilidad de la cadena de bloques. Sin embargo, en ese momento, creía que la tecnología ZK todavía estaba en sus primeras etapas, por lo que optó por seguir observando el espacio. No fue hasta finales de 2021 que la tecnología ZK comenzó a despegar, con la infraestructura y las herramientas de desarrollo madurando gradualmente. Además, Yi Sun se encontró con problemas para acceder a datos históricos en contratos inteligentes que escribió al construir protocolos DeFi. Todos estos factores llevaron al nacimiento de Axiom.

¿Qué tecnología de prueba ZK usa Axiom?

Axiom actualmente utiliza el sistema de prueba SNARK basado en Halo2 y los backends de KZG y herramientas de prueba ZK como tablas de búsqueda (LUTs). En el pasado, las pruebas ZK eran complejas y difíciles de auditar. Las tablas de búsqueda son un conjunto de valores precalculados que permiten al probador demostrar de manera más eficiente al verificador que el valor existe.

Cómo funciona Axiom V2

En enero de 2024, Axiom V2 se puso en marcha en la red principal de Ethereum, lo que permite el acceso a transacciones, recibos, almacenamiento de contratos, encabezados de bloques y otros datos de contratos inteligentes. Esto significa que ahora admite el acceso a todos los datos históricos en la red principal de Ethereum.

Usando las herramientas SDK desarrolladas por Axiom, los desarrolladores pueden escribir circuitos de Axiom en Typescript para emitir solicitudes de datos y personalizar cálculos. Axiom está a la vanguardia porque facilita mucho que los contratos inteligentes accedan a datos en cadena:

1. Los desarrolladores utilizan el SDK de Axiom Typescript para escribir circuitos de Axiom y emitir solicitudes de cálculo de verificación ZK para datos históricos de Ethereum;

2. Axiom realiza el cálculo solicitado y genera una prueba de conocimiento nulo, demostrando la corrección de los datos y los resultados del cálculo;

3. Los desarrolladores implementan una función de devolución de llamada en el contrato inteligente para verificar y ejecutar los datos enviados desde Axiom con el resultado de la prueba ZK;

4. Las consultas de Axiom se realizan enviando una transacción en cadena, y el resultado devuelto se cifra mediante prueba de conocimiento cero para asegurar su credibilidad.

Sin embargo, a diferencia de Heródoto, Axiom actualmente no admite la consulta de datos históricos de otras redes Ethereum EVM o redes L2 y se enfoca únicamente en la red principal de Ethereum. No se descarta el soporte futuro para funciones relacionadas.

Aplicaciones de Axiom V2

En la capa de aplicación, Axiom puede ayudar a las dapps a implementar las siguientes funciones:

• Proporcionar recompensas y programas de fidelización basados en los registros de actividad en cadena de los usuarios
• Implementar responsabilidad basada en el comportamiento en cadena de los usuarios
• Establecer oráculos que pueden ser personalizados según las necesidades de identidad, gobernanza y liquidación

Conclusión

El líder actual en el espacio de coprocesadores, Axiom, tiene una relación complementaria con proyectos de nodo ligero como Succinct. Succinct intenta probar el consenso de Ethereum en sí mismo, mientras que Axiom prueba cualquier dato histórico en cadena basado en el consenso, asumiendo que el resultado del consenso es aceptado.

El campo de la prueba ZK se está desarrollando rápidamente con invenciones innovadoras como pruebas plegables, esquemas de acumulación y grandes tablas de búsqueda. Este crecimiento ha llamado la atención a proyectos como Nexus, que apoyan los últimos avances en la tecnología de prueba ZK. Mientras que las pruebas ZK se están volviendo comunes, otros proyectos como Lagrange también están siendo notados por proporcionar pruebas para Rollup a través de probadores paralelos, llenando así un vacío en el mercado.

Los avances tecnológicos en curso han mejorado el rendimiento de varias pruebas de conocimiento, reduciendo su tamaño y costos de verificación. Y esto amplía su uso potencial. En este contexto, la flexibilidad proporcionada por la modularización está ganando reconocimiento, especialmente dentro del espacio de coprocesadores.