En la reciente conferencia Devcon, Justin Drake, miembro principal de la Fundación Ethereum, presentó la propuesta de Beam Chain, con el objetivo de actualizar la capa de consenso de Ethereum a través de las tecnologías zkSNARK y zkVM para mejorar la escalabilidad, seguridad y eficiencia de la red. Esta visión ha vuelto a llamar la atención sobre la importancia de zkVM. Como una máquina virtual de conocimiento cero de propósito general, zkVM puede manejar cálculos complejos de manera más flexible y eficiente, al tiempo que elimina la dependencia de la lógica de contratos inteligentes tradicionales.

Impulsados por esta tendencia, proyectos como RISC Zero, Succinct y Cysic son considerados actores clave en la conducción de la innovación en este campo. Entre ellos, RISC Zero, con su zkVM basado en la arquitectura RISC-V, ha desarrollado una serie de herramientas de código abierto, incluyendo Zeth, Kailua y Bonsai. Estas herramientas no solo mejoran la validación de blockchain y el rendimiento de rollup, sino que también proporcionan soporte técnico para la actualización ZK de Ethereum.

Matriz de productos del ecosistema RISC zkVM: desde la tecnología central hasta las aplicaciones de escenario

RISC Zero es una implementación zkVM basada en la arquitectura de conjunto de instrucciones RISC-V. Como plataforma de cómputo de conocimiento cero de propósito general, admite múltiples lenguajes de programación principales, como Rust y C++, y puede ejecutar casi cualquier tarea computacional. En comparación con otras plataformas de tecnología de conocimiento cero, los probadores y verificadores de RISC Zero son completamente de código abierto, lo que permite a los desarrolladores generar y verificar pruebas localmente. Además, el verificador de RISC Zero es compatible con múltiples plataformas, se adapta a varios ecosistemas de blockchain y simplifica el proceso de desarrollo de aplicaciones descentralizadas.

En junio de este año, RISC Zero lanzó zkVM 1.0. Esta versión no solo admite múltiples idiomas y tareas computacionales complejas, sino que también utiliza la tecnología de Continuaciones para dividir las computaciones a gran escala en segmentos más pequeños, lo que permite una computación y verificación paralelas eficientes. Según la hoja de ruta, RISC Zero planea lograr una mejora de 20 veces en el rendimiento y costo de zkVM para finales de 2024. Las optimizaciones incluyen migrar por completo el proceso de prueba a las GPUs (80% completado), introducir nuevos diseños de circuitos RISC-V v2 y realizar optimizaciones específicas para circuitos recursivos. Al mismo tiempo, RISC Zero está integrando una serie de módulos de aceleración para algoritmos como RSA, Keccak y ECDSA para mejorar el rendimiento de las tareas relacionadas con Ethereum y operaciones criptográficas.

Alrededor de las capacidades principales de zkVM, RISC Zero también ha desarrollado una serie de herramientas y productos de código abierto. Por ejemplo, con la red Bonsai, los desarrolladores pueden generar pruebas de conocimiento cero sin hardware dedicado; la herramienta Steel permite mover cálculos complejos de EVM a entornos fuera de la cadena mientras se mantienen resultados verificables, reduciendo así los costos de ejecución en la cadena; y Blobstream Zero conecta la capa de disponibilidad de datos Celestia, ofreciendo más posibilidades para compartir y validar datos dentro del ecosistema modular de blockchain.

Zeth: Demostrando la construcción correcta de bloques completos de Ethereum

Zeth, un probador de bloques de conocimiento cero de Ethereum de código abierto desarrollado por RISC Zero basado en su tecnología zkVM, puede validar la validez de los bloques de Ethereum a través de pruebas de conocimiento cero sin depender de validadores tradicionales o comités de sincronización. RISC Zero define a Zeth como un zkEVM de Tipo-0, que es completamente compatible con el protocolo de Ethereum y mejora la eficiencia de desarrollo a través de la reutilización de código.

En su artículo "Diferentes tipos de zk-EVMsEl cofundador de Ethereum, Vitalik Buterin, categorizó los zkEVM en cuatro tipos: el Tipo 1 apunta a una equivalencia completa e intransigente con Ethereum; el Tipo 2 busca una equivalencia completa con el EVM pero no con Ethereum en su conjunto; el Tipo 3 es casi equivalente al EVM; y el Tipo 4 es completamente incompatible con Ethereum.

Gracias al alto rendimiento de zkVM de RISC Zero, Zeth puede completar la verificación de bloques de Ethereum en solo unos minutos. Los datos de prueba muestran que Zeth puede generar pruebas de bloque a una velocidad de 1.1 MHz, y al aprovechar la función de "continuaciones" para expandir los clústeres de GPU, la velocidad puede aumentar a entre 4.7 MHz y 6.3 MHz. Esta optimización de rendimiento también reduce el costo de generación de pruebas. Según las pruebas, el costo de generar una prueba para un bloque que contiene 182 transacciones es solo $21.72, con un costo por transacción de alrededor de $0.11.

Al desarrollar Zeth, el equipo de RISC Zero hizo pleno uso de componentes del ecosistema de Rust, como revm, ethers y alloy, lo que permite a los desarrolladores implementar rápidamente la funcionalidad de prueba de bloques y aplicarla en varios escenarios. Este diseño proporciona a los desarrolladores más flexibilidad, permitiéndoles ajustar la lógica de construcción de bloques y adaptarse a futuras propuestas de mejora de Ethereum.

En la capa de aplicación, Zeth ofrece soluciones eficientes para zk Rollups, clientes ligeros y puentes entre cadenas. Los zk Rollups tradicionales y la construcción zkEVM requieren tiempo y financiación significativos, lo que puede disuadir a los equipos pequeños. Sin embargo, Zeth, basado en su arquitectura modular zkVM, permite a los desarrolladores personalizar fácilmente la lógica de verificación de bloques. Por ejemplo:

• zk Rollup: Zeth permite una rápida generación de pruebas de bloque, acortando los ciclos de desarrollo y reduciendo los requerimientos de financiación para los zk Rollups.
• Clientes Ligeros: Zeth permite la verificación de la validez del bloque sin necesidad de reconstruir el bloque, lo que reduce los costos operativos.
• Puentes entre Cadenas: Zeth utiliza ZKP para verificar la corrección de los datos entre cadenas sin filtrar información sensible en la cadena, reduciendo la dependencia en la confianza de terceros y minimizando los riesgos de ataques entre cadenas.

En mayo de este año, Zeth logró con éxito expandidopara admitir la extracción de datos de bloques de Optimism desde la red principal de Ethereum y generar ZKPs para verificar la corrección del bloque, también admitir la verificación en cadena. Esto significa que con Zeth, Optimism puede verificar transacciones de manera más eficiente y resolver disputas de transacciones.

Bonsai: Permitiendo a los desarrolladores generar pruebas sin usar su propio hardware

Bonsai es un servicio remoto de prueba diseñado específicamente para aplicaciones zkVM, que permite a los desarrolladores generar pruebas sin usar su propio hardware, resolviendo así el dilema de los recursos informáticos limitados en la cadena y los altos costos. Con Bonsai, los desarrolladores solo necesitan definir la aplicación zkVM y los datos de entrada a ejecutar, y Bonsai se encargará del cálculo en segundo plano y generará las correspondientes pruebas de conocimiento cero. Este proceso no requiere implementar hardware adicional por parte de los desarrolladores. Además, Bonsai aprovecha un gran clúster de GPU para admitir el procesamiento paralelo de múltiples tareas computacionales. Además, Bonsai proporciona APIs y interfaces SDK fáciles de usar, lo que permite a los desarrolladores integrarlo fácilmente en sistemas existentes, reduciendo aún más la complejidad del desarrollo.

Basado en este servicio de prueba remota, RISC Zero lanzó la herramienta de código abierto Bonsai Pay, que combina la autenticación OAuth2.0 y la tecnología ZKP, permitiendo a los usuarios enviar o recibir tokens en la red Ethereum utilizando sus cuentas de Google. Por ejemplo, cuando Alice quiere transferir fondos a Bob, puede ingresar el correo electrónico de Google de Bob y la cantidad de transferencia a través de Bonsai Pay. Luego, Bob inicia sesión en Bonsai Pay e ingresa su dirección de correo electrónico para completar la autenticación de la cuenta de Google. Bonsai Pay utiliza OAuth 2.0 para generar un token de autorización, demostrando que Bob es realmente el propietario de esa dirección de correo electrónico. Luego, Bonsai Pay llama al servicio de prueba de Bonsai para generar una prueba de conocimiento cero, demostrando que la cuenta de Google de Bob está vinculada a su dirección de billetera. Después de que el contrato inteligente verifica la prueba, desbloquea los fondos y los transfiere a la dirección de la billetera de Bob.

A lo largo de este proceso, Bonsai Pay utiliza la tecnología ZKP para verificar el hecho de que "la cuenta de Google de Bob está vinculada a su dirección de billetera" evitando cualquier filtración de información específica de la cuenta de Google.

Otra aplicación importante de Bonsai es el coprocesador ZK de Bonsai (ZK Co-processor). Utiliza la tecnología de prueba de conocimiento cero para transferir tareas de cálculo complejas desde la cadena hacia fuera de la cadena y genera pruebas a prueba de manipulaciones para garantizar la corrección de los resultados. Al mismo tiempo, la implementación del coprocesador Bonsai también es muy sencilla. Los desarrolladores solo necesitan escribir una aplicación zkVM para procesar la lógica y llamar a Bonsai a través de un contrato Solidity simple para ejecutar el cálculo y verificar los resultados. A lo largo del proceso, el Servicio de Prueba de Bonsai se encarga de generar pruebas de conocimiento cero fuera de la cadena que se pueden verificar en la cadena.

El coprocesador Bonsai ZK es adecuado para aplicaciones en cadena que requieren alto rendimiento y bajos costos. Por ejemplo, en la gobernanza DAO, puede mover cálculos de votación complejos fuera de la cadena, reduciendo significativamente las tarifas de gas en la cadena. El Gobernador Bonsai DAO, a través del coprocesador, reduce el costo de gas por voto en más del 50%, mejorando eficazmente la eficiencia de la gobernanza y reduciendo el umbral de participación.

Ilimitado: Capa de Computación Verificable

En las arquitecturas tradicionales de blockchain, para garantizar la validez de las transacciones, cada nodo debe ejecutar de forma redundante todas las computaciones para cada transacción. Si bien este modelo de 're-ejecución global' garantiza seguridad y consistencia, también resulta en costos computacionales extremadamente altos. Para abordar este problema, RISC Zero introdujo Boundless, que permite a un solo nodo completar la computación y generar una prueba verificable de conocimiento cero. Otros nodos solo necesitan verificar la prueba para confirmar el resultado, eliminando la necesidad de volver a ejecutar la computación.

Boundless simplifica el proceso de verificación mediante la tecnología de composición recursiva. Combina múltiples pruebas de conocimiento cero pequeñas en una única prueba global, de modo que los verificadores solo necesiten comprobar una prueba total en lugar de verificar cada prueba de todas las etapas individualmente. Para optimizar aún más la eficiencia de la generación de pruebas de conocimiento cero, Boundless incluye circuitos de aceleración criptográfica especializados que mejoran la eficiencia de tareas comunes como el cálculo de hash y la verificación de firmas digitales.

Además, los desarrolladores que utilizan Boundless no necesitan comprender profundamente la tecnología de conocimiento cero. Simplemente pueden escribir aplicaciones utilizando lenguajes de programación familiares, como Rust o Solidity. Actualmente, Boundless está disponible de forma gratuita para los desarrolladores, lo que les permite construir y desplegar rápidamente aplicaciones de conocimiento cero en cualquier blockchain sin tener que migrar sistemas existentes ni actualizar contratos de verificación.

Blobstream Zero: puente entre cadenas basado en zkVM para una validación simplificada de datos entre cadenas

Blobstream Zero es un puente intercadena basado en zkVM lanzado por RISC Zero en colaboración con Celestia, diseñado para conectar de forma transparente la capa de disponibilidad de datos de Celestia con el ecosistema modular de blockchain existente. Al compartir y validar datos en Celestia, Blobstream Zero facilita una transferencia y validación de datos más conveniente entre blockchains.

Como producto público totalmente de código abierto, Blobstream Zero permite a cualquier proyecto o desarrollador ejecutar una instancia local y generar pruebas de conocimiento cero. Además, Blobstream Zero admite co-procesadores ZK. Un co-procesador ZK es básicamente una herramienta de computación fuera de cadena que requiere datos confiables para realizar cálculos. Blobstream Zero puede recuperar datos de blockchains como Celestia y, mediante la generación de pruebas de conocimiento cero, verificar la confiabilidad de los datos transmitidos.

Steel: Un Nuevo Paradigma para la Ejecución Fuera de la Cadena y la Verificación en la Cadena de Contratos Inteligentes

Steel es una herramienta de código abierto lanzada por RISC Zero que utiliza la tecnología zkVM para permitir la ejecución verificable fuera de la cadena de contratos inteligentes. Con Steel, los desarrolladores pueden descargar las operaciones de EVM de la cadena para su ejecución fuera de la cadena, al tiempo que generan pruebas de conocimiento cero para garantizar la autenticidad y verificabilidad de los resultados de la computación.

Los contratos inteligentes tradicionales requieren que toda la lógica se ejecute en la cadena, lo que conlleva altos costos de Gas y limita el desarrollo de aplicaciones complejas. El mecanismo de computación fuera de la cadena y verificación en la cadena de Steel aborda este problema. Por ejemplo, en un contrato inteligente simple que verifica si el saldo ERC20 de una cuenta es mayor que 1 e incrementa una variable de contador, los métodos tradicionales requieren que la lógica se ejecute completamente en la cadena. Sin embargo, con Steel, la computación se realiza fuera de la cadena y se genera una prueba de conocimiento cero. El proceso en la cadena solo requiere la verificación de la prueba, eliminando la necesidad de volver a ejecutar la lógica del contrato.

Actualmente, RISC Zero ha lanzado Steel 1.0, y varios socios ya han utilizado la herramienta para desarrollar aplicaciones. Por ejemplo, en el procesamiento de llamadas de contrato con aproximadamente 400,000 operaciones SLOAD, Steel transfirió la computación a la ejecución fuera de la cadena y luego verificó la prueba de conocimiento cero generada en la cadena. El costo de generación de la prueba fue de menos de $10, y el costo de verificación en la cadena fue de menos de 300,000 Gas.

Kailua: Una solución híbrida ZK que impulsa la innovación de la arquitectura Rollup

Después del lanzamiento de Zeth, RISC Zero introdujo Kailua, proporcionando una solución de actualización para Optimistic Rollups a través de un enfoque híbrido ZK Rollup. Los Optimistic Rollups tradicionales suelen requerir un período de desafío de 7 días, lo que resulta en una finalización más lenta de las transacciones. Mientras que los ZK Rollups logran una finalización más rápida, la generación continua de pruebas de conocimiento cero conlleva costos elevados. Kailua combina los beneficios de ambos enfoques, equilibrando costos y eficiencia a través de una arquitectura híbrida. Como extensión del marco Optimism Kona, Kailua admite Kona sin modificaciones que se ejecuta en zkVM e introduce un mecanismo innovador de resolución de disputas que reduce los requisitos de staking y minimiza los retrasos en la finalización, mejorando así la eficiencia y usabilidad del sistema.

En la arquitectura de Kailua, el mecanismo de resolución de disputas adopta un nuevo diseño. En primer lugar, el mecanismo elimina las restricciones de tiempo, permitiendo a los validadores tiempo suficiente para generar pruebas en caso de interrupciones de red u otras circunstancias especiales, mejorando la capacidad de respuesta del sistema. Incluso en casos extremos, la arquitectura escalable de RISC Zero zkVM puede generar pruebas en una hora. Además, la función de validación bajo demanda de Kailua permite a los desarrolladores configurar la frecuencia de validación de forma flexible, lo que permite una transición gradual a los modos de validación de Rollup completa a un costo menor.

A diferencia de ZK Rollups, el diseño de Kailua no requiere generación continua de pruebas. Para bloques vacíos de baja frecuencia o Rollups con necesidades especiales de contrato, Kailua ofrece una alternativa más rentable. Kailua también reduce significativamente los costos de apuesta para Rollups. Mientras que los Rollups optimistas tradicionales aumentan los requisitos de apuesta de forma lineal a medida que la longitud del período de finalidad aumenta, el diseño optimizado de Kailua fija la demanda de apuesta, manteniendo la seguridad y la actividad a menores costos incluso en períodos más largos.

Actualmente, Kailua es completamente de código abierto. Los desarrolladores pueden utilizar sus herramientas de línea de comandos para implementar testnets locales de Optimism y actualizar rápidamente a redes que admiten pruebas de fallas ZK. Kailua también admite la simulación de propuestas de falla, lo que permite a los desarrolladores comprender cómo los validadores desafían estados erróneos a través de zkVM, proporcionando una comprensión más profunda del mecanismo de resolución de disputas. En el futuro, Kailua optimizará aún más el costo y el rendimiento, y extenderá el soporte a más marcos de Rollup.

Resumen

Como se ve en lo anterior, la suite de productos zkVM de RISC Zero impulsa el desarrollo de la tecnología de prueba de conocimiento cero en diversos campos. Zeth y Kailua se centran en optimizar la arquitectura de Rollup, mejorar la eficiencia de verificación de bloques y la velocidad de resolución de disputas. Bonsai ofrece servicios de prueba remota, reduciendo las dependencias de hardware y los costos operativos, permitiendo a los desarrolladores construir aplicaciones de manera más eficiente. Blobstream Zero ofrece una verificación eficiente de datos entre cadenas, brindando un soporte confiable para los ecosistemas de blockchain modulares. Además, Steel reduce los costos de Gas para la ejecución de contratos inteligentes a través de su modelo de cálculo fuera de la cadena y validación en la cadena.

Por supuesto, mientras se mejora continuamente la suite de productos zkVM, RISC Zero también está avanzando en innovaciones en la tecnología subyacente de zkVM. Recientemente, se lanzó la versión 1.2 de RISC Zero zkVM, que introduce un nuevo método de precompilación que permite a los desarrolladores implementar lógica precompilada junto con aplicaciones, sin necesidad de que esta se construya en el propio zkVM. Esto significa que los desarrolladores pueden agregar nueva lógica precompilada sin modificar contratos de verificación en cadena, coordinarse con generadores de pruebas o realizar cambios importantes en el zkVM para lograr optimizaciones de rendimiento. Además, al definir precompilaciones a través de aplicaciones, se puede reducir el costo computacional de la generación de pruebas. Por ejemplo, después de integrar la precompilación RSA, Automata redujo el ciclo de ejecución de 39 millones a 217,000, reduciendo los costos aproximadamente 180 veces.

Con la optimización continua de la tecnología zkVM, su potencial se manifestará gradualmente en múltiples escenarios de aplicación. Sin embargo, para liberar completamente este potencial, la colaboración del ecosistema y el rendimiento real de la implementación tecnológica siguen siendo cruciales.

Descargo de responsabilidad:

1. Este artículo es reproducido de [Investigación de ChainFeeds)]. Todos los derechos de autor pertenecen al autor original [@chainfeeds">Linda Bell]. Si hay objeciones a esta reimpresión, póngase en contacto con el Gate Learnequipo y ellos lo manejarán rápidamente.
2. Descargo de responsabilidad: Las opiniones expresadas en este artículo son únicamente las del autor y no constituyen asesoramiento de inversión.
3. El equipo de gate Learn tradujo el artículo a otros idiomas. Está prohibido copiar, distribuir o plagiar los artículos traducidos a menos que se mencione.