كيف تساعد مصفوفة منتج RISC Zero إيثريوم على التحرك نحو مستقبل قائم على ZK؟

المؤلف: LINDABELL

في مؤتمر Devcon الأخير، جاستن دريك، وهو عضو أساسي في مؤسسة Ethereum، خطط اقتراح Beam Chain المقترحة لترقية طبقة إجماع Ethereum من خلال تقنيات zkSNARK وzkVM لتحسين قابلية التوسع والأمن والكفاءة للشبكة. تعمل هذه الرؤية أيضًا على تسليط الضوء على أهمية zkVM مرة أخرى. باعتبارها آلة افتراضية عامة صفر المعرفة، يمكن لـ zkVM التعامل مع الحسابات المعقدة بطريقة أكثر مرونة وكفاءة، مع التخلص من الاعتماد على منطق العقد الذكي التقليدي.

وبسبب هذا الاتجاه، تعتبر مشاريع مثل RISC Zero وSuccinct وCysic جهات فاعلة مهمة في تعزيز الابتكار في هذا المجال. من بينها، قامت RISC Zero بتطوير سلسلة من الأدوات مفتوحة المصدر مثل Zeth وKailua وBonsai مع zkVM استنادًا إلى بنية RISC-V، والتي لا تعمل على تحسين أداء التحقق من الكتلة وتجميعها فحسب، بل توفر أيضًا الدعم الفني لترقية ZK من الايثيريوم.

مصفوفة المنتجات البيئية RISC zkVM: من التكنولوجيا الأساسية إلى تطبيق السيناريو

RISC Zero هو zkVM يعتمد على بنية مجموعة تعليمات RISC-V التنفيذ، باعتباره منصة عامة للحوسبة صفر المعرفة، فهو يدعم العديد من لغات البرمجة السائدة، مثل Rust وC++، ويمكنه تشغيل أي مهمة حوسبة تقريبًا. بالمقارنة مع منصات تكنولوجيا المعرفة الصفرية الأخرى، تعد أدوات إثبات وتحقق RISC Zero مفتوحة المصدر تمامًا، ويمكن للمطورين إنشاء البراهين والتحقق منها محليًا. بالإضافة إلى ذلك، يتوافق برنامج التحقق الخاص بـ RISC Zero مع منصات متعددة ويمكنه التكيف مع الأنظمة البيئية المختلفة لـ blockchain، مما يبسط عملية تطوير التطبيقات اللامركزية.

في يونيو من هذا العام، أصدرت RISC Zero zkVM 1.0. لا يدعم zkVM 1.0 اللغات المتعددة ومهام الحوسبة المعقدة فحسب، بل يستخدم أيضًا تقنية الاستمرارية لتقسيم العمليات الحسابية واسعة النطاق إلى أجزاء صغيرة متعددة لتحقيق الحوسبة والتحقق المتوازيين الفعالين. وفقًا لخارطة الطريق، تخطط RISC Zero لتحقيق تحسين بمقدار 20 ضعفًا في أداء zkVM والتكلفة بحلول نهاية عام 2024. يتضمن محتوى التحسين ترحيل عملية الإثبات بالكامل إلى وحدة معالجة الرسومات (اكتملت بنسبة 80%)، وتقديم دائرة RISC-V v2 الجديدة التصاميم، واستهداف العودية، والتحسين الخاص للدوائر، وما إلى ذلك. وفي الوقت نفسه، تقوم RISC Zero بدمج سلسلة من وحدات التسريع للخوارزميات مثل RSA وKeccak وECDSA لتحسين أداء المهام المتعلقة بـ Ethereum وعمليات التشفير.

بالنظر إلى الإمكانات الأساسية لـ zkVM، طورت RISC Zero أيضًا سلسلة من الأدوات والمنتجات مفتوحة المصدر. على سبيل المثال، من خلال توفير خدمات الإثبات من خلال شبكة Bonsai، يمكن للمطورين إنشاء إثباتات المعرفة الصفرية دون الحاجة إلى أجهزة مخصصة؛ ومن خلال أداة Steel، يمكن نقل حسابات EVM المعقدة إلى بيئة خارج السلسلة للتشغيل مع الحفاظ على إمكانية التحقق من النتائج. مما يقلل من تكاليف التنفيذ على السلسلة؛ ويوفر Blobstream Zero المزيد من الإمكانيات لمشاركة البيانات والتحقق منها في النظام البيئي المعياري لـ blockchain من خلال سد طبقة توفر بيانات Celestia.

Zeth: إثبات أن كتلة Ethereum بأكملها تم إنشاؤها بشكل صحيح

يتم تشغيل Zeth بواسطة RISC يمكن لأداة إثبات كتلة المعرفة الصفرية مفتوحة المصدر لإيثريوم والتي تم تطويرها استنادًا إلى تقنية zkVM الخاصة بها التحقق من صحة كتل الإيثريوم من خلال إثباتات المعرفة الصفرية دون الاعتماد على المدققين التقليديين أو لجان المزامنة. يعرّف RISC Zero Zeth بأنه Type-0 zkEVM، وهو متوافق تمامًا مع بروتوكول Ethereum ويحسن كفاءة التطوير من خلال إعادة استخدام التعليمات البرمجية.

قام فيتاليك بوتيرين، المؤسس المشارك لـ Ethereum، بتقسيم zkEVM إلى أربع فئات في المقالة "أنواع مختلفة من zk-EVMs"، ومن بينها النوع 1 الذي يسعى إلى أن يكون كاملاً ومتميزًا المكافئ تمامًا لـ Ethereum؛ يسعى النوع 2 إلى أن يكون مكافئًا تمامًا لـ EVM، ولكنه ليس مكافئًا تمامًا لـ Ethereum؛

بفضل الأداء العالي لـ RISC Zero zkVM، يستطيع Zeth إكمال التحقق من كتل Ethereum في دقائق. تظهر بيانات الاختبار أن Zeth يمكنه إنشاء أدلة كتلة بسرعة 1.1 ميجا هرتز، وتوسيع مجموعة GPU من خلال ميزة "الاستمرارية" لزيادة السرعة إلى 4.7 ميجا هرتز إلى 6.3 ميجا هرتز. يؤدي تحسين الأداء هذا أيضًا إلى تقليل تكلفة إنشاء الإثبات. وفقًا للاختبارات، تبلغ تكلفة إنشاء الإثبات لكتلة تحتوي على 182 معاملة 21.72 دولارًا أمريكيًا فقط، وتبلغ تكلفة كل معاملة حوالي 0.11 دولارًا أمريكيًا.

في الوقت نفسه، أثناء عملية تطوير Zeth، استفاد فريق RISC Zero استفادة كاملة من مكونات نظام Rust البيئي، مثل revm وethers و Alloy، بحيث يمكن للمطورين تنفيذ وظيفة إثبات الكتلة بسرعة وتطبيقها على سيناريوهات مختلفة. يوفر هذا التصميم للمطورين المزيد من المرونة لضبط منطق إنشاء الكتلة حسب الحاجة والتكيف مع مقترحات تحسين Ethereum المستقبلية.

على مستوى التطبيق، توفر Zeth حلولاً فعالة لمجموعات zk والعملاء الخفيفين والجسور عبر السلاسل. يتطلب إنشاء zk Rollup وzkEVM التقليديين الكثير من الوقت والمال، مما يجعلهما مكلفين بالنسبة للفرق الصغيرة. يعتمد Zeth على بنية zkVM المعيارية، مما يسمح للمطورين بتخصيص منطق التحقق من الكتلة بسهولة. على سبيل المثال:

• zk Rollup: يستطيع Zeth تنفيذ شهادة الكتلة بسرعة وتقصير وقت ZK دورة التطوير التراكمية وانخفاض استثمار رأس المال.

• العميل الخفيف: التحقق من صلاحية الكتلة دون إعادة بناء الكتلة، مما يقلل تكاليف التشغيل.

• جسر عبر السلسلة: يمكن لـ Zeth التحقق من صحة البيانات عبر السلسلة دون تسريب معلومات حساسة على السلسلة من خلال ZKP يقلل من الاعتماد على الثقة في الأطراف الثالثة ويقلل من مخاطر الهجمات عبر السلسلة.

في مايو من هذا العام، نجحت Zeth في التوسع لدعم استخراج بيانات كتلة Optimism من شبكة Ethereum الرئيسية وإنشاء منطقة تحقق ZKP. تدعم صحة الكتلة أيضًا التحقق على السلسلة. بمعنى آخر، مع Zeth، يمكن لـ Optimism التحقق من المعاملات وحل نزاعات المعاملات بشكل أكثر كفاءة.

Bonsai: يسمح للمطورين بإنشاء البراهين دون استخدام أجهزتهم الخاصة

Bonsai محترف تتيح خدمة البرهان عن بعد المصممة لتطبيقات zkVM للمطورين إنشاء البراهين دون استخدام أجهزتهم الخاصة، وبالتالي حل التناقض بين موارد الحوسبة المحدودة على السلسلة والتكاليف المرتفعة. من خلال Bonsai، يحتاج المطورون فقط إلى تحديد تطبيق zkVM وإدخال البيانات التي يجب تنفيذها، ويمكن لـ Bonsai تشغيل الحساب في الخلفية وإنشاء إثبات المعرفة الصفرية المقابل. لا تتطلب هذه العملية من المطورين نشر أجهزة إضافية. وفي الوقت نفسه، يستخدم Bonsai عددًا كبيرًا من مجموعات GPU لدعم المعالجة المتوازية لمهام الحوسبة المتعددة. بالإضافة إلى ذلك، توفر Bonsai واجهات API وSDK بسيطة وسهلة الاستخدام، مما يسمح للمطورين بدمجها بسهولة في الأنظمة الحالية، مما يقلل من صعوبة التطوير.

استنادًا إلى خدمة التصديق عن بعد هذه، أطلقت RISC Zero أداة مفتوحة المصدر Bonsai Pay، والتي تجمع بين مصادقة هوية OAuth2.0 وتقنية ZKP لتمكين المستخدمين من استخدام Google الحسابات: إرسال أو استقبال الرموز المميزة على شبكة Ethereum. على سبيل المثال، عندما تريد Alice تحويل الأموال إلى Bob، يمكنها إدخال البريد الإلكتروني الخاص بـ Bob على Google وتحويل المبلغ من خلال Bonsai Pay. يستطيع بوب بعد ذلك تسجيل الدخول إلى Bonsai Pay وإدخال عنوان بريده الإلكتروني وإكمال مصادقة حساب Google. ستستخدم Bonsai Pay بروتوكول OAuth 2.0 لإنشاء رمز ترخيص لإثبات أن بوب هو بالفعل صاحب عنوان البريد الإلكتروني. تقوم Bonsai Pay بعد ذلك باستدعاء خدمة إثبات Bonsai لإنشاء دليل المعرفة الصفرية الذي يثبت أن حساب Bob الخاص بـ Google مرتبط بعنوان المحفظة. بعد أن يتحقق العقد الذكي من الدليل، فإنه يفتح الأموال ويحولها إلى عنوان محفظة بوب.

خلال العملية بأكملها، استخدمت Bonsai Pay تقنية ZKP للتحقق من حقيقة أن "حساب Bob's Google مرتبط بعنوان المحفظة" مع تجنب الكشف عن أي معلومات محددة معلومات حساب جوجل.

تطبيق مهم آخر لـ Bonsai هو المعالج المشارك Bonsai ZK (المعالج المشترك ZK). ويستخدم تقنية إثبات المعرفة الصفرية لنقل مهام الحوسبة المعقدة من السلسلة إلى خارج السلسلة، وإنشاء أدلة مقاومة للتلاعب لضمان صحة النتائج. في الوقت نفسه، يعد نشر معالج Bonsai المساعد أمرًا بسيطًا للغاية، ويحتاج المطورون فقط إلى كتابة تطبيق zkVM لمعالجة المنطق، واستدعاء Bonsai من خلال عقد Solidity بسيط لتشغيل الحساب والتحقق من النتائج. طوال العملية، تكون خدمة Bonsai Proof مسؤولة عن إنشاء إثباتات المعرفة الصفرية خارج السلسلة والتي يمكن التحقق منها عبر السلسلة.

يعد المعالج المساعد Bonsai ZK مناسبًا للتطبيقات الموجودة على السلسلة والتي تتطلب أداءً عاليًا وتكلفة منخفضة. على سبيل المثال، في حوكمة DAO، يمكنها نقل حسابات التصويت المعقدة خارج السلسلة، مما يقلل بشكل كبير من رسوم الغاز على السلسلة. يقوم محافظ Bonsai DAO بخفض تكلفة الغاز لكل صوت بأكثر من 50% من خلال المعالج المشترك، مما يؤدي بشكل فعال إلى تحسين كفاءة الإدارة وخفض عتبة المشاركة.

بلا حدود: طبقة حوسبة يمكن التحقق منها

في بنية blockchain التقليدية، من أجل ضمان المعاملات الصلاحية، تحتاج جميع العقد إلى إجراء جميع الحسابات بشكل متكرر لكل معاملة. على الرغم من أن وضع "إعادة التنفيذ الشامل" هذا يمكن أن يضمن الأمان والاتساق، إلا أنه يؤدي أيضًا إلى تكاليف حوسبة عالية للغاية. لحل هذه المشكلة، أطلقت RISC Zero Boundless، والذي يسمح لعقدة واحدة بإنشاء دليل معرفة صفرية يمكن التحقق منه بعد إكمال الحساب. تحتاج العقد الأخرى فقط إلى التحقق من الدليل لتأكيد النتيجة دون تكرار الحساب.

يعمل Boundless على تبسيط عملية التحقق من خلال تقنية الجمع العودية. فهو يجمع بين عدة براهين صغيرة للمعرفة الصفرية في برهان شامل، مما يسمح للمدقق بالتحقق من برهان شامل واحد فقط بدلاً من الاضطرار إلى التحقق من جميع مراحل البرهان واحدة تلو الأخرى. من أجل زيادة تحسين كفاءة توليد إثباتات المعرفة الصفرية، قامت شركة Boundless ببناء دوائر تسريع تشفير مخصصة لتحسين كفاءة المهام الشائعة مثل حسابات التجزئة والتحقق من التوقيع الرقمي.

بالإضافة إلى ذلك، لا يحتاج المطورون الذين يستخدمون Boundless إلى فهم متعمق لتقنية المعرفة الصفرية ويمكنهم ببساطة كتابة التطبيقات بلغات برمجة مألوفة مثل كالصدأ أو الصلابة. حاليا، Boundless مفتوح للمطورين للوصول المجاني. يمكن للمطورين استخدام خدمة الإثبات التي تقدمها Boundless لبناء ونشر تطبيقات المعرفة الصفرية بسرعة على أي blockchain دون ترحيل الأنظمة الحالية أو تحديث عقود التحقق.

Blobstream Zero: جسر zkVM عبر السلسلة الذي يبسط التحقق من البيانات عبر السلسلة

Blobstream Zero هو تعاون بين RISC Zero وCelestia يعتمد على تم تصميم جسر zkVM عبر السلسلة لربط طبقة توفر بيانات Celestia بسلاسة مع النظام البيئي المعياري الحالي لـ blockchain. من خلال مشاركة البيانات والتحقق منها على Celestia، يتيح Blobstream Zero نقل البيانات والتحقق منها بشكل أكثر ملاءمة بين السلاسل.

باعتباره منتجًا عامًا مفتوح المصدر تمامًا، يسمح Blobstream Zero لأي مشروع أو مطور بتشغيل مثيل محلي وإنشاء إثباتات المعرفة الصفرية. بالإضافة إلى ذلك، يوفر Blobstream Zero الدعم للمعالج المساعد ZK. يعد المعالج المساعد ZK في الأساس أداة حوسبة خارج السلسلة وبالتالي يتطلب بيانات موثوقة لإجراء العمليات الحسابية. يمكن لـ Blobstream Zero الحصول على البيانات من سلاسل الكتل مثل Celestia ويمكنها إثبات أن البيانات المرسلة موثوقة من خلال إنشاء أدلة ZK.

الصلب: نموذج جديد للعقود الذكية مع التنفيذ خارج السلسلة والتحقق عبر السلسلة

الصلب هو أداة مفتوحة المصدر أطلقتها RISC Zero تستخدم تقنية zkVM لتحقيق تنفيذ عقود ذكية يمكن التحقق منها خارج السلسلة. من خلال Steel، يمكن للمطورين نقل عمليات EVM من التنفيذ على السلسلة إلى التنفيذ خارج السلسلة مع إنشاء أدلة على المعرفة الصفرية لضمان صحة نتائج الحساب وإمكانية التحقق منها.

تحتاج العقود الذكية التقليدية إلى التنفيذ الكامل لكل المنطق في السلسلة، الأمر الذي لا يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الغاز فحسب، بل يحد أيضًا من تطوير التطبيقات المعقدة. تعمل الحسابات خارج السلسلة وآلية التحقق من السلسلة الخاصة بـ Steel على حل هذه المشكلة. على سبيل المثال، في عقد ذكي بسيط، حدد ما إذا كان رصيد ERC20 للحساب أكبر من 1 وقم بزيادة متغير العداد. تتطلب الأساليب التقليدية تنفيذًا كاملاً للمنطق على السلسلة، بينما تكمل شركة Steel الحسابات وتولد إثباتات المعرفة الصفرية خارج السلسلة فقط التحقق من البراهين مطلوب على السلسلة دون الحاجة إلى تنفيذ منطق العقد بشكل متكرر.

في الوقت الحالي، أصدرت RISC Zero Steel 1.0، وقد قام الشركاء بالفعل بتطوير التطبيقات باستخدام هذه الأداة. على سبيل المثال، في مكالمة عقد تعاملت مع ما يقرب من 400000 عملية SLOAD، نقلت شركة Steel الحساب إلى التنفيذ خارج السلسلة ثم تحققت لاحقًا من إثبات المعرفة الصفرية الناتج على السلسلة. تكلفة إنشاء الإثبات أقل من 10 دولارات، وتكلفة التحقق على السلسلة أقل من 300000 غاز.

Kailua: حل Hybrid ZK الذي يعزز الابتكار في بنية التجميع

بعد إصدار Zeth ، أطلقت RISC Zero شركة Kailua، التي تهدف إلى توفير حل ترقية ZK Rollup مختلط لعمليات التجميع المتفائلة. عادةً ما يتطلب التراكم المتفائل التقليدي فترة تحدي مدتها 7 أيام، مما يؤدي إلى تباطؤ نهائي للمعاملة. في حين أن تراكم ZK يمكن أن يحقق النهاية بسرعة، فإن تكلفة إنشاء أدلة المعرفة الصفرية بشكل مستمر مرتفعة للغاية. تجمع Kailua بين أفضل ما في العالمين، وتحقق التوازن بين التكلفة والكفاءة من خلال بنية هجينة. كامتداد لإطار عمل Optimism Kona، لا يدعم Kailua تشغيل Kona غير المعدل على zkVM فحسب، بل يقدم أيضًا آلية مبتكرة لحل النزاعات تقلل من متطلبات التخزين وتقلل من تأخيرات النهاية، وبالتالي تحسين كفاءة النظام وتوافره.

في هندسة Kailua، تتبنى آلية النزاع تصميمًا جديدًا تمامًا. أولاً، تعمل آلية حل النزاعات الخاصة بها على إزالة الحدود الزمنية، مما يتيح للمدققين وقتًا كافيًا لإنشاء الأدلة عند مواجهة ظروف خاصة مثل انقطاع الشبكة، وبالتالي تعزيز مرونة النظام. حتى في الحالات القصوى، لا يزال بإمكان بنية التوسع في RISC Zero zkVM إثبات ذلك في أقل من ساعة. بالإضافة إلى ذلك، تسمح ميزة التحقق عند الطلب من Kailua للمطورين بتكوين تكرار التحقق بمرونة والانتقال تدريجيًا إلى نموذج تراكمي تم التحقق منه بالكامل وبتكلفة أقل.

بخلاف ZK Rollup، لا يتطلب تصميم Kailua إنشاءًا مستمرًا للإثباتات. بالنسبة للكتل الفارغة أو المجموعات الفارغة ذات التردد المنخفض مع متطلبات العقد الخاصة، توفر Kailua خيارًا أكثر فعالية من حيث التكلفة. وفي الوقت نفسه، تعمل Kailua أيضًا على تقليل متطلبات تكلفة التخزين في Rollup بشكل كبير. سيزداد مبلغ التعهد الخاص بالتراكم المتفائل التقليدي خطيًا مع فترة نهائية أطول، بينما يعمل التصميم الأمثل لـ Kailua على إصلاح متطلبات التعهد، مما يسمح للنظام بالحفاظ على الأمان والنشاط بتكلفة أقل حتى في فترة طويلة.

حاليًا، Kailua مفتوح المصدر تمامًا. يمكن للمطورين استخدام أدوات سطر الأوامر الخاصة به لنشر شبكة اختبار التفاؤل المحلية والترقية بسرعة إلى شبكة تدعم إثباتات فشل ZK. تدعم Kailua أيضًا مقترحات الأخطاء المحاكاة لمساعدة المطورين على فهم كيفية قيام المدققين بتحدي حالات الخطأ من خلال zkVM، مما يوفر فهمًا أعمق لآلية حل النزاعات الخاصة بها. في المستقبل، ستعمل Kailua على تحسين التكلفة والأداء والتوسع لدعم المزيد من أطر العمل التراكمية.

الملخص

كما يتبين مما سبق، فإن مصفوفة المنتج zkVM الخاصة بـ RISC Zero هي ​​الترويج لتطوير تكنولوجيا إثبات المعرفة الصفرية في مجالات متعددة. يركز Zeth وKailua على تحسين بنية مجموعة التحديثات لتحسين كفاءة التحقق من الكتلة وسرعة حل النزاعات. توفر Bonsai خدمات التصديق عن بعد، مما يقلل من الاعتماد على الأجهزة وتكاليف التشغيل، مما يسمح للمطورين ببناء التطبيقات بشكل أكثر كفاءة. يوفر Blobstream Zero دعمًا موثوقًا للنظام البيئي المعياري لـ blockchain من خلال التحقق بكفاءة من البيانات عبر السلسلة. بالإضافة إلى ذلك، تعمل شركة Steel على تقليل تكلفة الغاز لتنفيذ العقود الذكية من خلال الحساب خارج السلسلة ونموذج التحقق عبر السلسلة.

بالطبع، مع التحسين المستمر لمصفوفة منتجات zkVM، تواصل RISC Zero أيضًا تعزيز الابتكار في التكنولوجيا الأساسية لـ zkVM. مؤخرًا، أصدرت RISC Zero zkVM الإصدار 1.2، الذي يقدم طريقة ترجمة مسبقة جديدة تسمح للمطورين بنشر المنطق المترجم مسبقًا مع التطبيق دون الحاجة إلى دمجه في zkVM نفسه. وهذا يعني أن المطورين يمكنهم إضافة منطق جديد مُجمَّع مسبقًا دون تعديل تكوين عقود التحقق على السلسلة أو تنسيق المُثبتات، ويمكنهم تحقيق تحسينات في الأداء دون تفرع أو تغييرات كبيرة في zkVM. بالإضافة إلى ذلك، من خلال تطبيق التجميع المسبق للتعريف، يمكن تقليل التكلفة الحسابية لتوليد الإثبات. على سبيل المثال، بعد قيام Automata بدمج التجميع المسبق لـ RSA، يتم تقليل دورة التنفيذ من 39 مليونًا إلى 217000، كما يتم تقليل التكلفة بحوالي 180 مرة.

مع التحسين المستمر لتقنية zkVM، ستنعكس إمكانات تطويرها تدريجيًا في سيناريوهات التطبيق المتعددة، ومع ذلك، إذا أردنا إطلاق العنان لهذه الإمكانات بشكل أفضل، فلا يزال بإمكاننا ذلك تحتاج إلى ذلك يعتمد على الأداء الفعلي للتعاون البيئي وتنفيذ التكنولوجيا.