Pico Prism ZkVM встановлює новий стандарт для доведення покриття та економічної ефективності

zkVM, або віртуальна машина з нульовими знаннями, генерує криптографічний доказ правильного виконання програми без повторного виконання обчислень, відкриваючи шлях до бездоказової верифікації, більшої пропускної здатності та масштабованіших застосунків. Довгостроковою метою верифікованих обчислень є стати стандартом для інтеграції ширшого інтернету з блокчейном, узгоджуючись з баченням засновника Ethereum Віталіка Бутеріна щодо економічно ефективних та частих доказів дійсності. Користувачі можуть використовувати свої застави без мостів, покращуючи ліквідність та капітальну ефективність, коли Ethereum приймає докази з нульовими знаннями.

Бутерін уявляє можливість агрегувати докази з кількох роллапів в один доказ, який подається один раз за слот, централізуючи активність розрахунків на базовому рівні, зменшуючи залежність від операторів мостів і дозволяючи майже миттєвий рух активів між роллапами через Ethereum.

Прогрес у зменшенні вимог до апаратного забезпечення та покращенні продуктивності

Нещодавнє досягнення зменшило скептицизм щодо поточного стану технології ZK. Brevis, постачальник інфраструктури, який забезпечує розумні, верифіковані застосунки з використанням zk доказів (ZKPs), оголосив, що його Pico Prism zkVM досягла рекордного покриття доказів 99.6% ( нижче 12 секунд ) та покриття доказів в реальному часі 96.8% ( нижче 10) для блоків Ethereum з лімітом газу 45M.

Серед інших покращень Pico Prism в порівнянні з існуючими рішеннями - вартість апаратного забезпечення $128,000 проти $256,000, 64 RTX 5090 GPU проти 160 RTX 4090 GPU для порівнянної продуктивності, середній час доказування 6.9 секунди для 45M газових блоків і 6.04 секунди для 36M газових блоків проти 10.3 секунд, а також покращення продуктивності на 3.4x, використовуючи комбіновані показники рентабельності витрат та швидкості.

Pico Prism перейшов на інфраструктуру, готову до виробництва, усунувши критичне вузьке місце в переході Ethereum до базового рівня верифікації з нульовим знанням. Витрати на апаратуру GPU знижено на 50%, що робить економічно доцільним реальний доказ для розгортання у великому масштабі.

Існуючі проблеми зі масштабованістю та економічною життєздатністю

Zk rollups, такі як StarkNet, zkSync Era та Polygon zkEVM, стискають тисячі транзакцій Ethereum в один ZKP, який доводить їх правильність, а створення одного доказу для повного блоку Ethereum ( близько 45M газу) може займати 10–20 секунд або більше, навіть на кластерах з сотнями GPU або ASIC. Zk rollups залежать від провайдерів для генерування доказів зміни стану з кількома етапами, за жорстких умов доступності та остаточності.

Ці кроки вимагають GPU та іншого дорогого обладнання, а процес досягає фінальності тільки після завершення всіх етапів і публікації результатів в блокчейні. Як тільки роллапи масштабуються, стає важче залишатися економічно життєздатними через динамічні потреби в ресурсах, вимоги до швидкої фінальності та зростаючу пропускну здатність. Нещодавнє дослідження на основі систем доказів Halo2 продемонструвало ці виклики, визначивши час фінальності, середнє використання газу та транзакції за секунду як основні чинники витрат.

Дослідники запропонували модель витрат, що відображає обмеження, специфічні для роллапів, і забезпечує, щоб провайдери встигали за навантаженнями транзакцій, щоб впоратися з цими факторами. Вони сформулювали модель як систему обмежень і знайшли оптимальні за витратами конфігурації, використовуючи рішення Z3 SMT.

Обмеження пам'яті

Багато існуючих zkVM все ще потребують принаймні десяти секунд на доказ і стикаються з обмеженнями пам'яті та масштабування, деякі з них потребують до 82 секунд. Час генерування доказів зростає більш-менш лінійно з розміром вхідних даних, з відповідними збільшеннями вхідних даних Фібоначчі з 10-го до 100 000-го члена. Реалізації на GPU, як правило, демонструють зменшене використання пам'яті хоста (CPU), але споживають значну пам'ять GPU, при цьому протестовані проекти з прискоренням на GPU потребують VRAM щонайменше 24 ГБ.

Покращення в ефективності пам'яті часто є наслідком впровадження продовження та подібних технік, використання менших криптографічних полів і прийняття більш ефективних аргументів перевірки пам'яті, таких як полігональні IOP. Залежно від конкретного zkVM, обмеження пам'яті можуть бути пов'язані з розширенням багатозначних поліномів таблиці пошуку та побудовою дерева Меркла. Що стосується обмежень ЦП, то обмеження стосуються схем зобов'язання поліномів і рекурсії доказів.

Торги між продуктивністю та безпекою

Інша проблема з оптимізацією zkVM виключно для продуктивності пов'язана з гарантіями безпеки. Деякі проекти zkVM не мають комплексної валідації безпеки, оскільки вони все ще в розробці або з інших причин. Оцінки zkVM повинні враховувати зрілість безпеки, включаючи ретельні докази безпеки, завершені сторонні аудити та формальні зусилля з верифікації, щоб надати всебічний аналіз. Brevis використовує ZKP для перенесення дорогих блокчейн-обчислень в більш доступне офчейн-середовище, зберігаючи припущення безпеки L1, дозволяючи при цьому Web3 додаткам безперешкодно масштабуватися.

Шлях ZKP до простоти, ефективності та масштабованості

Докази створюються в кількох етапах, включаючи операції з еліптичними кривими, обчислення хеш-функцій, проміжні докази та інше. Враховуючи безліч технік ZKP з різними характеристиками, ідеальний підхід залежить від специфікацій системи та застосування, про яке йдеться. ZK-STARKs та ZK-SNARKs є прикладами різних варіантів системи ZKP. Перші більш підходять для складних додатків, тоді як другі, як правило, краще працюють для приватних транзакцій.

Більше того, криптографічні стандарти еволюціонують з часом, і системи ZKP повинні мати можливість адаптуватися до цих змін без значних функціональних збоїв. Щодо операцій з еліптичними кривими, схеми, які покладаються на BN254 або інші парування еліптичних кривих, не є квантово-безпечними. Необхідно замінити основну еліптичну криву на постквантову альтернативу, таку як конструкції, основані на хешах або решітках.

Проблеми масштабування виникають у системах з великими обсягами запитів або транзакцій, оскільки для створення і верифікації ZKP використовуються складні обчислювальні процедури. Яскравим прикладом проблеми масштабування є запуск Zcash, коли кожна приватна транзакція вимагала генерації доказу zk-SNARK на особистому комп'ютері.

Один доказ дійсності може займати десятки секунд для генерації та використовувати понад 3 ГБ оперативної пам'яті; багато пристроїв не могли впоратися з обчисленнями, і більшість транзакцій залишалися непублічними, оскільки захищені транзакції були занадто повільними, що суперечило природі криптовалюти. Pico робить криптографію з нульовим знанням більш масштабованою, ефективною та адаптивною, дозволяючи розробникам налаштовувати свої механізми доказу.

Застереження: Ця стаття надається лише для інформаційних цілей. Вона не пропонується і не призначена для використання як юридична, податкова, інвестиційна, фінансова або інша порада.