Visão geral

A ampla adoção do Web3 enfrenta vários desafios, incluindo permitir que os desenvolvedores tradicionais do Web2 façam a transição suavemente para o desenvolvimento de aplicativos de blockchain sem exigir um conhecimento extensivo de criptografia. O zkWASM (Máquina Virtual WebAssembly de Conhecimento Zero) oferece uma solução eficaz para este problema.

Ao combinar Provas de Conhecimento Zero (ZK) com WebAssembly (WASM), o zkWASM é projetado para facilitar a migração perfeita de aplicativos Web2 para o ecossistema Web3.

Com o zkWASM, os cálculos são processados fora da cadeia, enquanto apenas a prova desses cálculos é armazenada na cadeia. Esta abordagem permite aos programadores construir aplicações descentralizadas (dApps) utilizando linguagens de programação familiares como Rust, C++ e Go. Ao eliminar a necessidade de os programadores compreenderem profundamente a tecnologia de Prova de Conhecimento Zero, o zkWASM reduz significativamente a barreira de entrada e aborda pontos-chave na transição de Web2 para Web3.

Origem: https://delphinuslab.com/tutorial/

Conceitos Principais

zkWASM é principalmente construído em duas tecnologias-chave:

WebAssembly (WASM): WASM é um formato eficiente de bytecode que suporta linguagens como C, Rust e outras para serem executadas em navegadores ou máquinas virtuais de blockchain. Desenvolvido em colaboração por Google, Mozilla, Microsoft e Apple, o WASM oferece excelente desempenho e portabilidade, tornando-o amplamente adotado para desenvolvimento web de alta performance.

Origem: @bhavani.indukuri2/webassembly-wasm-revolutionising-web-development-with-high-performance-and-portability-e4aef76391bb"">https://medium.com/@bhavani.indukuri2/webassembly-wasm-revolutionising-web-development-with-high-performance-and-portability-e4aef76391bb

Prova de Conhecimento Zero (ZK): ZK permite a um provador demonstrar a correção de um cálculo a um verificador sem revelar os detalhes do próprio cálculo.

zkWASM combina as vantagens de ambas as tecnologias, permitindo que os resultados da execução do código WASM sejam verificados através de provas de conhecimento zero, melhorando assim a privacidade e escalabilidade da blockchain.

Princípio de Funcionamento

O cerne do zkWASM reside na combinação do conjunto de instruções WASM com Provas de Conhecimento Zero (ZK) para alcançar uma computação eficiente e verificável. O fluxo de trabalho consiste nos seguintes passos:

1. Execução de Código WASM: WASM executa contratos inteligentes ou tarefas computacionais e produz resultados de computação.
2. Geração de Prova ZK: Utilizando a tecnologia de prova de conhecimento zero para gerar provas verificáveis para o processo de computação WASM.
3. Verificação da Correção da Computação: Os verificadores (como nós na rede blockchain) apenas precisam verificar a prova ZK sem reexecutar a computação, garantindo a correção e credibilidade dos resultados da computação.

Como uma máquina virtual portátil, o zkWASM permite que os desenvolvedores escrevam aplicações de proteção de privacidade usando linguagens de programação familiares e as compilam no formato WASM. Os utilizadores podem executar estas aplicações nos seus navegadores como aplicações regulares, sem necessidade de suporte adicional de hardware ou software.

Projetos Chave

Delphinus Lab

Introdução:
Como pioneira no ecossistema zkWasm, a Delphinus Lab especializa-se no desenvolvimento de soluções de computação confiável e kits de ferramentas abrangentes para desenvolvedores (SDK). A equipe está empenhada em reduzir a distância entre Web2 e Web3, tornando mais fácil para os desenvolvedores tradicionais adotarem a tecnologia blockchain.

Principais Desenvolvimentos:
Construiu uma máquina virtual zkWasm de ponta que permite a computação segura fora da cadeia, garantindo a verificação na cadeia através de provas de conhecimento zero
Criou um ambiente de desenvolvimento versátil que suporta linguagens de programação populares, incluindo C, C++, Rust e AssemblyScript
Foi introduzido o zkWasm Hub - uma plataforma de nuvem inovadora onde os programadores podem descobrir, partilhar e implementar aplicações zkWasm com capacidades de geração de provas automatizadas e processamento em lote

Aplicações:
A plataforma destaca-se na computação focada na privacidade, impulsiona o desenvolvimento de aplicações descentralizadas (DApps) e permite a implementação de protocolo Rollup personalizado.

Origem: https://delphinuslab.com/?ref=blog.icme.io

ZKCROSS

Introdução:
ZKCROSS é uma camada de execução zkRollup multi-cadeia que alavanca a tecnologia zkWasm para permitir interoperação entre cadeias e fornecer uma camada de execução universal.

Principais desenvolvimentos:
Isso desacopla as camadas de execução e liquidação, oferecendo um ambiente de execução multi-cadeia confiável através da tecnologia zkWasm.
A plataforma facilita o desenvolvimento e implementação rápidos de produtos nativos de várias cadeias, garantindo segurança através de protocolos de ZKP de ponta a ponta.

Aplicações:
Transferências de ativos entre cadeias, interações de jogos blockchain em diferentes cadeias e protocolos DeFi entre cadeias.

Origem: https://www.zkcross.org/

Colaboração de zkWasm entre Polygon e NEAR

Introdução:
A Polygon Labs e a NEAR Foundation uniram forças para desenvolver um zkWasm Prover para fornecer suporte de prova de conhecimento zero para blockchains baseadas em Wasm.

Principais desenvolvimentos:
A NEAR Foundation tornou-se um contribuinte central para o Kit de Desenvolvimento da Cadeia Polygon (CDK), permitindo que os desenvolvedores utilizem o zkWasm Prover ao construir blockchains de Camada 2 com ZK ativado.
Esta colaboração aprimora a interoperabilidade entre cadeias Wasm e o ecossistema Ethereum, ao mesmo tempo que melhora a segurança e escalabilidade.

Aplicações:
A tecnologia é ideal para a construção de cadeias personalizadas de camada 2 alimentadas por ZK e suporta a expansão por meio dos ecossistemas EVM e Wasm.

Origem: https://polygon.technology/blog/polygon-labs-and-near-foundation-collaborate-to-build-a-zkwasm-prover-as-a-component-for-polygon-cdk

zkWasm Hub

Introdução:
O zkWasm Hub é uma plataforma de nuvem abrangente da Delphinus Lab que simplifica o desenvolvimento e implementação de aplicações zkWasm.

Principais desenvolvimentos:
Fornece armazenamento e acesso para imagens de aplicativos zkWasm, com suporte para acesso via APIs REST.
Suporta serviços de compilação e atualização automatizados, permitindo aos desenvolvedores implantar projetos do GitHub diretamente no zkWasm Hub.
Inclui um explorador de tarefas para monitorizar os estados das tarefas zkWasm.

Aplicações:
Ferramentas para desenvolvedores, plataforma de distribuição de aplicativos e serviços de nuvem descentralizados.

Origem: https://zkwasmhub.com/

Comparação de zkEVM, eWASM e zkWASM

zkEVM concentra-se em melhorar a privacidade e escalabilidade do Ethereum, suportando Solidity. zkWASM visa a transição do Web2 para o Web3, oferecendo suporte para várias linguagens de programação tradicionais. eWASM melhora a eficiência de execução dos contratos inteligentes do Ethereum e também suporta várias linguagens.

As principais diferenças entre zkEVM, zkWASM e eWASM residem nas suas áreas de foco: zkEVM enfatiza a escalabilidade do Ethereum, zkWASM concentra-se em facilitar a migração de desenvolvedores tradicionais para a Web3, e eWASM é dedicado a melhorar o desempenho de contratos inteligentes.

Origem: https://hyperoracle.medium.com/zkwasm-o-próximo-capítulo-de-zk-e-zkvm-471038b1fba6

Vantagens

Privacidade reforçada

zkWASM permite aos utilizadores executar contratos inteligentes ou tarefas computacionais, revelando apenas o resultado final sem divulgar os dados de entrada específicos. Por exemplo, os utilizadores podem realizar cálculos complexos off-chain e provar a correção do resultado usando provas de conhecimento zero (ZK) sem expor o processo de cálculo subjacente.

Computação Verificável

A execução tradicional de contratos inteligentes depende de todos os nós realizarem cálculos redundantes. No entanto, o zkWASM permite que os cálculos sejam realizados fora da cadeia, gerando uma prova ZK que os nós na cadeia podem verificar para confirmar a correção do resultado. Esta abordagem reduz significativamente os custos de cálculo na cadeia.

Alta Compatibilidade

Com as capacidades multiplataforma do WASM, o zkWASM suporta várias linguagens de programação, como Rust, C++ e Go. Isso permite que os desenvolvedores construam programas de computação ZK usando ferramentas familiares.

Escalabilidade melhorada

Ao mover processos computacionais para fora da cadeia e submeter apenas provas ZK, o zkWASM reduz significativamente o fardo sobre a computação na cadeia, melhorando a escalabilidade da blockchain. Isto é especialmente importante para soluções de dimensionamento como Rollups e protocolos de Camada 2.

Fonte: https://delphinuslab.com/tutorial/

Desafios

Apesar das vantagens notáveis do zkWASM na proteção da privacidade, escalabilidade e compatibilidade multiplataforma, ainda existem vários desafios técnicos na sua adoção:

1. Elevada Sobrecarga Computacional e Geração de Provas Dispendiosa

A execução de código WASM com zkWASM requer a transformação de cada passo computacional num circuito de prova de conhecimento zero, aumentando significativamente a complexidade computacional.

Problema: Os esquemas de prova de conhecimento zero (por exemplo, ZK-SNARKs, ZK-STARKs) frequentemente envolvem operações matemáticas extensas e complexas, como compromissos polinomiais e cálculos de curvas elípticas. Estes processos podem resultar em tempos de geração de prova prolongados e alta consumo de recursos.

Otimização potencial: Pesquisar algoritmos de prova ZK mais eficientes e alavancar aceleração de hardware (por exemplo, FPGA, GPU) pode ajudar a reduzir a sobrecarga computacional.

2. Mapeamento Complexo de WASM para Circuitos de Conhecimento Zero

Embora o WASM seja projetado para execução eficiente, não é otimizado de forma inerente para compatibilidade com prova de conhecimento zero. A conversão direta das instruções do WASM para circuitos ZK pode introduzir gargalos de desempenho.

Problema: O conjunto de instruções do WASM não se mapeia diretamente para o modelo de circuito aritmético usado em provas de conhecimento zero, levando a conversões ineficientes.

Otimização Potencial: Desenvolver uma representação intermediária (IR) mais eficiente pode ajudar a minimizar sobrecarga computacional desnecessária e melhorar a adequação do código WASM para computações ZK.

3. Compatibilidade e Ecossistema de Desenvolvedores

Embora o WASM suporte várias linguagens, o zkWASM ainda deve integrar-se com as ferramentas existentes no ecossistema ZK para reduzir as curvas de aprendizagem dos desenvolvedores.

Problema: As linguagens ZK existentes (por exemplo, Circom, ZoKrates) e o ecossistema WASM têm pilhas técnicas distintas. Garantir que o zkWASM se integre perfeitamente com os ecossistemas blockchain e DApp mainstream é um desafio significativo.

Otimização Potencial: Promover uma integração mais profunda do zkWASM com linguagens populares como Solidity, Rust e C ++, enquanto fornece SDKs amigáveis ao usuário e estruturas de desenvolvimento.

4. Custos de Verificação de Prova e Escalabilidade On-Chain

Em ambientes de blockchain, as provas ZK geradas pelo zkWASM devem ser verificadas on-chain. Uma vez que os recursos on-chain são limitados, otimizar os custos de verificação é crucial.

Problema: Embora a verificação das provas de conhecimento zero (ZK) seja muito menos intensiva em termos de recursos do que a reexecução do cálculo, ainda pode resultar em taxas de gás elevadas em cadeias públicas como o Ethereum.

Otimização Potencial: Pesquisa de algoritmos de verificação mais eficientes (por exemplo, provas aggreGate.io, provas recursivas) e aproveitamento de soluções de Camada 2 para otimizar a verificação on-chain e reduzir os custos de gás.

5. Desenvolvimento do Ecossistema e Padronização

Como uma tecnologia emergente, o zkWASM requer ferramentas de desenvolvimento robustas, suporte da comunidade e padrões da indústria para impulsionar uma adoção mais ampla.

Problema: zkWASM ainda está em seus estágios iniciais, com padrões de API limitados, ferramentas de desenvolvedor e estruturas de auditoria, o que está retardando sua adoção.

Potencial de otimização: Estabelecer SDKs de código aberto, ferramentas de teste e bibliotecas de contratos inteligentes pode incentivar uma participação mais ampla de desenvolvedores no ecossistema zkWASM, posicionando o zkWASM como uma solução de computação de privacidade universal no Web3.

O zkWASM, como uma combinação inovadora de WASM e provas de conhecimento zero, possui um potencial significativo em computação de privacidade, escalabilidade de Camada 2 e verificação de computação de IA. No entanto, para alcançar uma adoção generalizada, é essencial superar desafios-chave como sobrecarga computacional, problemas de compatibilidade, custos de verificação e desenvolvimento de ecossistemas. À medida que os algoritmos de prova de ZK melhoram, os avanços em aceleração de hardware e as cadeias de ferramentas de desenvolvimento amadurecem, o zkWASM está pronto para se tornar uma tecnologia fundamental na computação de privacidade em blockchain.

Perspetivas Futuras e Cenários de Aplicação

A inovadora arquitetura do zkWASM oferece um potencial imenso para aplicações descentralizadas. À medida que as tecnologias de Prova de Conhecimento Zero (ZKP) e WebAssembly (WASM) evoluem, o zkWASM está preparado para se tornar um elemento fundamental do ecossistema Web3, fornecendo soluções aprimoradas de privacidade, segurança e escalabilidade em diversas indústrias.

Com melhorias técnicas contínuas e uma cadeia de ferramentas de desenvolvimento em amadurecimento, o zkWASM fornecerá aos desenvolvedores um ambiente mais amigável, facilitando a adoção em Web3, DeFi, IA, IoT e outros setores, impulsionando assim uma adoção mais ampla de blockchain.

1. DeFi (Finanças Descentralizadas)

Processamento eficiente de transações: Ao realizar cálculos complexos off-chain e verificá-los com provas ZK, o zkWASM pode reduzir significativamente tanto os custos das transações quanto a latência. Isso o torna ideal para trocas descentralizadas (DEXs), criadores de mercado automatizados (AMMs) e outras aplicações DeFi.

Proteção de Privacidade: Aproveitando a tecnologia ZKP, zkWASM permite transações privadas onde os utilizadores podem transferir fundos ou executar contratos inteligentes sem revelar detalhes sensíveis da transação.

Interoperabilidade entre Cadeias: zkWASM, em combinação com soluções de cadeia cruzada como ZKCROSS, facilita transferências de ativos e agregação de liquidez entre diferentes redes blockchain de forma contínua.

Caso de Uso: Suponha que o Utilizador A queira trocar ETH por USDT de forma anónima. O zkWASM processa a transação fora da cadeia, apenas registando o estado final na cadeia. Isso garante a proteção da privacidade e minimiza os custos da transação.

Origem: https://app.uniswap.org/?lng=pt-PT

2. GameFi (Gaming Finance)

Lógica de Jogo Complexa: o zkWASM suporta a execução de lógica de jogo complexa off-chain (por exemplo, cálculos em tempo real em jogos multiplayer online) e usa provas ZK para verificar os resultados, garantindo justiça e integridade.

Negociação e Gestão de NFTs: Nos ecossistemas GameFi, ativos NFT (como itens de jogo, skins e colecionáveis) podem ser negociados de forma eficiente na camada Rollup otimizada da zkWASM, reduzindo significativamente os custos de transação.

Escalabilidade: Ao alavancar soluções Rollup específicas de aplicação de Camada 3/Camada 4, o zkWASM pode suportar uma grande concorrência de usuários em grande escala, abordando os gargalos de desempenho que frequentemente prejudicam os jogos tradicionais on-chain.

Caso de Uso: Suponha que o Jogador A e o Jogador B participem de uma partida competitiva. O resultado da batalha é calculado off-chain usando zkWASM, que verifica que o Jogador A venceu. O resultado é então registado on-chain, onde o Jogador A recebe um cartão NFT raro como recompensa — tudo com custos de transação mínimos.

Origem: https://axieinfinity.com/

3. SocialFi (Social Finance)

Redes Sociais Descentralizadas: zkWASM pode suportar plataformas sociais descentralizadas onde os dados do utilizador são encriptados e armazenados de forma segura usando Provas de Conhecimento Zero (ZKP), garantindo privacidade e propriedade dos dados.

Modelo de Incentivo Econômico: As plataformas SocialFi podem incentivar os criadores de conteúdo e os usuários com recompensas em tokens. A alta taxa de transferência e a estrutura de baixo custo do zkWASM o tornam adequado para lidar com microtransações em grande escala.

Verificação de Conteúdo: Com a tecnologia ZKP, o zkWASM pode verificar a autenticidade do conteúdo ou a propriedade dos direitos autorais, preservando a privacidade do utilizador.

Caso de Uso: Suponha que o Utilizador A publique um artigo encriptado. zkVoice verifica a sua originalidade e regista que recebeu 100 gostos. A plataforma aloca então recompensas de tokens on-chain, garantindo a privacidade do utilizador.

Origem: https://www.thetatoken.org/

4. AI (Inteligência Artificial)

Aprendizagem Automática On-Chain: zkWASM permite a execução off-chain de inferência ou treino de modelos de IA complexos (por exemplo, cálculos de redes neurais) e utiliza Provas de Conhecimento Nulo para verificar os resultados on-chain, tornando-o ideal para aplicações de IA descentralizadas.

Computação Preservadora da Privacidade: Em setores sensíveis como saúde e finanças, o zkWASM permite a inferência de modelos de IA protegidos por privacidade, permitindo que dados do usuário participem de computações sem exposição.

Ecossistema de IA Tokenizado: zkWASM pode facilitar a tokenização de modelos de IA, promovendo a inovação de IA orientada por incentivos e governança descentralizada.

Caso de uso: Um paciente carrega dados criptografados de exames de sangue e o BioPassport prevê um alto risco de diabetes. zkWASM gera uma prova de "alto risco", que é então gravada on-chain. O médico pode rever o resultado sem aceder aos dados pessoais do doente.

Origem: https://biopassport.io/

5. Migração de Aplicações Web2 Complexas para Web3

Aplicações Web2 tradicionais: a versatilidade do zkWASM permite executar lógica complexa da Web2 (por exemplo, plataformas de redes sociais, sistemas de gestão de conteúdos, plataformas de comércio eletrónico) e migrá-las facilmente para a Web3 usando tecnologia ZKP e Rollup.

Computação de alto desempenho: Ao combinar a execução off-chain com a verificação on-chain, o zkWASM pode suportar as demandas de desempenho de aplicativos Web2, mantendo a descentralização e a segurança.

Ambiente Amigável para Desenvolvedores: A adoção generalizada do WebAssembly simplifica o processo de migração, reduzindo a barreira de entrada para os desenvolvedores Web2 que estão transitando para o Web3.

Caso de Uso: Suponha que o Utilizador A compre um smartphone. A ordem é correspondida fora da cadeia, zkWASM verifica o inventário e o pagamento, e a transação é registada na cadeia. A informação logística encriptada é armazenada de forma segura no IPFS.

Origem: https://www.amazon.com/s?k=cell+phone&crid=2J18MS8O3AMA8&sprefix=cell+phone%2Caps%2C603&ref=nb_sb_noss_1

6. Sistemas de Identidade e Autenticação que Preservam a Privacidade

Identidade Descentralizada (DID): zkWASM pode ser aproveitado para construir sistemas de identidade que protegem a privacidade, onde os usuários podem comprovar sua identidade ou qualificações sem revelar dados pessoais.

Autenticação de Conhecimento Zero: Em processos como Conheça o Seu Cliente (KYC), o zkWASM permite aos utilizadores comprovar que cumprem critérios específicos sem divulgar informações pessoais detalhadas.

Caso de Uso: Um utilizador que solicita um empréstimo carrega informações de passaporte encriptadas. zkWASM verifica que a idade do utilizador é superior a 18 anos e gera uma prova on-chain confirmando a elegibilidade. A plataforma pode aprovar o empréstimo sem visualizar os detalhes reais do passaporte.

Origem: https://getaverses.com/

7. Cadeia de Abastecimento e Rastreabilidade

Rastreabilidade Preservadora da Privacidade: Na gestão da cadeia de abastecimento, zkWASM pode verificar as origens do produto, registos de transporte e outros dados importantes, enquanto protege as informações sensíveis do negócio.

Liquidação eficiente: Ao alavancar a tecnologia Rollup, o zkWASM permite que transações e registros de várias partes na cadeia de suprimentos sejam processados de forma eficiente fora da cadeia, com apenas a prova final enviada on-chain.

Caso de Uso: Um consumidor digitaliza um código QR em um pacote de leite, e o zkTrace verifica que ele se originou da Fazenda A e passou por inspeções de qualidade. Os dados de produção detalhados permanecem criptografados para proteção da privacidade.

Fonte: https://ethglobal.com/showcase/zktrace-imqfh

8. Computação em Nuvem Descentralizada

Tarefas de Computação Distribuída: zkWASM permite que tarefas de computação complexas sejam distribuídas por nós fora da cadeia para execução, com os resultados verificados na cadeia usando Provas de Conhecimento Zero. Isso torna o zkWASM ideal para plataformas de computação em nuvem descentralizadas.

Otimização de Recursos: Ao utilizar estratégias de expansão em camadas (por exemplo, Rollups L3/L4), o zkWASM aloca eficientemente recursos de computação, reduzindo custos mantendo o desempenho.

Caso de uso: Um pesquisador submete uma tarefa de dobragem de proteínas. Nós off-chain completam a computação, zkWASM verifica os resultados e a transação é registrada on-chain com recompensas de tokens distribuídas de acordo.

9. Internet das Coisas (IoT) e dispositivos inteligentes

Comunicação por Dispositivo Privado: o zkWASM permite a preservação da privacidade entre dispositivos IoT, garantindo a segurança e autenticidade dos dados através da verificação da Prova de Conhecimento Zero.

Microtransações: zkWASM suporta pagamentos em pequena escala entre dispositivos inteligentes (por exemplo, negociação de energia ou partilha de dados) com transações de baixo custo e alta capacidade, potenciadas pela tecnologia Rollup.

Caso de Uso: O painel solar da Casa A vende energia excedente para a Casa B. A transação é processada fora da cadeia, o zkWASM verifica o resultado, e o pagamento é registado na cadeia com custos mínimos.

Fonte: https://bloxmove.com/

10. Outras Aplicações Potenciais

Votação e Governança: o zkWASM pode alimentar sistemas de votação anônima com base em ZKP, garantindo a privacidade do eleitor ao mesmo tempo que mantém a transparência e verificabilidade dos resultados.

Gestão de Dados Médicos: zkWASM pode proteger a privacidade do paciente, permitindo ao mesmo tempo a partilha e análise segura de dados no setor da saúde.

Educação e Certificação: zkWASM pode facilitar a emissão de certificados académicos e de competências descentralizados, garantindo que são à prova de adulteração e facilmente verificáveis.

Conclusão

O zkWASM foi projetado para abordar as barreiras técnicas enfrentadas durante a migração de aplicativos Web2 para Web3, impulsionando uma adoção mais ampla de tecnologias Web3. Ao combinar linguagens de programação tradicionais com a tecnologia Zero-Knowledge Proof (ZKP), o zkWASM oferece segurança aprimorada, proteção de privacidade e interoperabilidade, facilitando a transição suave para aplicativos Web2 para plataformas Web3. Os desenvolvedores podem criar aplicativos descentralizados (dApps) usando linguagens de programação familiares, como Rust, C++ e Go, sem entender profundamente conceitos complexos de blockchain, reduzindo significativamente a barreira do desenvolvimento.

As aplicações potenciais do zkWASM são extensas, abrangendo setores como DeFi, GameFi, SocialFi, IA, migração Web2, proteção de privacidade, rastreabilidade da cadeia de abastecimento, computação em nuvem descentralizada e IoT. Através da alavancagem das tecnologias ZKP e Rollup, o zkWASM oferece alto desempenho, proteção de privacidade e escalabilidade, fornecendo suporte técnico essencial para o avanço do Web3.

Embora o zkWASM ainda enfrente desafios relacionados com sobrecarga computacional, maturidade do ecossistema de desenvolvimento e custos de verificação de provas, melhorias tecnológicas contínuas e a adoção de aceleração de hardware estão gradualmente a desbloquear o seu potencial. No futuro, o zkWASM está preparado para se tornar uma tecnologia-chave para a computação descentralizada, impulsionando o ecossistema Web3 em direção a uma maior eficiência, segurança e inclusão.