Trong Sự kiện Web3 Hồng Kông năm 2024, người đồng sáng lập Ethereum Vitalik Buterin đã có bài phát biểu “Đạt đến giới hạn của thiết kế giao thức”. Trong bài phát biểu này, Vitalik giải thích cách nâng cao hiệu quả của zk-snark.
Trong bài phát biểu của mình, Vitalik đã chỉ ra rằng sự phát triển hiện tại của blockchain dựa trên sự hy sinh quyền riêng tư và khả năng mở rộng, đồng thời các thuộc tính của zk-snark có thể khắc phục sự hy sinh về quyền riêng tư và khả năng mở rộng. Tuy nhiên, hiệu quả của zk-snark hiện còn thấp, trong Ethereum, thời gian để một nút Ethereum xác minh một khối là khoảng 400 mili giây, trong khi thời gian để zk-snark xác minh một khối Ethereum là khoảng 20 phút. , điều này khiến mạng vừa cung cấp quyền riêng tư và khả năng mở rộng, thời gian chạy dài hơn 3000 lần. Do đó, nếu bạn muốn chạy zk-snark vào mạng blockchain hiện có, bạn cần cung cấp “bằng chứng thời gian thực”. Nếu thời gian tạo bằng chứng giảm xuống, quyền riêng tư và khả năng mở rộng có thể được cải thiện trong khi vẫn đảm bảo tốc độ chạy blockchain. .
Phương pháp nào có thể đạt được “bằng chứng thời gian thực”? Để đạt được mục tiêu này, chúng tôi sẽ phân tích những ý tưởng do Vitalik đưa ra trong bài phát biểu của mình và giới thiệu ngắn gọn về các dự án tương ứng.
zk-snark triển khai ba hướng “bằng chứng thời gian thực”
Trước đó, chúng ta cùng tìm hiểu về zk-snark, tên đầy đủ của zk-snark là bằng chứng ngắn gọn, không tương tác, không có kiến thức, để hiểu rõ hơn, chúng tôi sẽ giải thích riêng:
- Bằng chứng không có kiến thức: Người chứng minh (Prover) có thể thuyết phục người xác minh (Verifier) rằng một khẳng định nào đó là đúng mà không cần cung cấp bất kỳ thông tin hữu ích nào cho người xác minh (Verifier).
- Đơn giản: có nghĩa là quá trình xác minh giao dịch không liên quan đến việc truyền lượng lớn dữ liệu và thuật toán xác minh rất đơn giản.
- Không tương tác: Không cần có sự tương tác giữa người chứng minh và người xác minh.
Sau đây là sơ đồ hoạt động của zk-snark. Một cách giải thích đơn giản về zk-snark từ hình ảnh:
- Sử dụng Thiết lập, sử dụng số ngẫu nhiên để tạo tham số độ tin cậy F, tạo khóa chứng minh pk và khóa xác minh v
- Người chứng minh nhập đầu vào riêng W và đầu vào chung x, tạo ra bằng chứng π và ký nó bằng khóa riêng pk. π được mã hóa thông qua đường cong elip, ẩn W
- Người xác minh xác minh bằng chứng: Người xác minh giữ v, nhập x và π và xác nhận rằng người chứng minh biết W. Người xác minh không thể biết W
- Kết quả trả về: TRUE nếu xác minh thành công, ngược lại trả về FALSE.
Qua phần giới thiệu ở trên về quy trình liên quan đến zk-snark của Zcash, không khó nhận thấy zk-snark không thực hiện nhiều bước khi xác minh bằng chứng, đồng thời, theo đặc điểm của zk-snark, việc xác minh không mất nhiều thời gian. Theo số liệu thống kê liên quan đến zk-snark tương ứng, thời gian xác minh và chứng minh thường không vượt quá 80 mili giây. Lý do tại sao zk-snark trở thành trở ngại cho hoạt động của chuỗi công khai là bằng chứng được cung cấp bởi câu tục ngữ.
Hình trên là bản tóm tắt các công nghệ liên quan đến zk-snark phổ biến hiện nay. Không khó để nhận thấy rằng quy mô của bằng chứng, thời gian tạo bằng chứng và thời gian xác minh là tiêu chuẩn để đo lường zk-snark công nghệ. Bất kể thời gian xác minh là bao nhiêu, hầu hết các bằng chứng zk-snark đều không phù hợp với các tiêu chuẩn mà Vitalik đã sử dụng Ethereum làm ví dụ ở đầu bài viết này về kích thước bằng chứng và thời gian tạo. nơi nó đặt không có chức năng của hợp đồng thông minh và không thể so sánh với kích thước khối của Ethereum, kích thước bằng chứng yêu cầu và thời gian tạo bằng chứng cao hơn.
Để đạt được mục tiêu này, Vitalik đã đưa ra ba hướng tối ưu hóa giải pháp để triển khai “bằng chứng thời gian thực” zk-snark trong bài phát biểu này.
- Song song hóa và tổng hợp: Cải thiện hiệu quả của việc xác minh các khối lớn thông qua tính toán song song và tổng hợp bằng chứng. Mỗi bước tính toán có thể được chứng minh độc lập và sau đó các bằng chứng này được tổng hợp để giảm thời gian tính toán và mức tiêu thụ tài nguyên trong quá trình xác minh. Điều này có thể đạt được bằng cách tận dụng các đặc tính của hệ thống phân tán và tính toán song song để tăng tốc quá trình xác minh các khối quy mô lớn.
- Cải tiến thiết kế phần cứng: Thiết kế ASIC dành riêng cho tính toán SNARK để cải thiện hiệu quả tính toán. Tương tự như ASIC được sử dụng trong khai thác, SNARK ASIC có thể đẩy nhanh quá trình tính toán SNARK thông qua cấu trúc phần cứng tùy chỉnh và thuật toán được tối ưu hóa, từ đó đạt được tốc độ xác minh nhanh hơn và chi phí thấp hơn.
- Cải thiện thuật toán: tối ưu hóa hơn nữa thuật toán snark, bao gồm Groth 16, bảng tra cứu, snark 64-bit, stark 32-bit, v.v., để nâng cao hiệu quả và khả năng mở rộng của thuật toán. Ngoài ra, các hàm băm và thuật toán chữ ký hiệu quả hơn có thể được nghiên cứu và phát triển để phù hợp hơn cho các phép tính nhanh và cải thiện hơn nữa tốc độ xác minh cũng như việc sử dụng tài nguyên.
Vitalik ủng hộ hướng giải pháp đầu tiên – tính toán song song và tổng hợp bằng chứng, yêu cầu tối ưu hóa các chuỗi công khai có liên quan và quy trình vận hành zk-snark, chẳng hạn như các thuộc tính đệ quy của thuật toán Plonk trong thuật toán zk-snark trước đó. tổng hợp hiện không có sẵn. Không có giải pháp nào tốt hơn để giải quyết vấn đề tương ứng.
Về cải tiến thuật toán, hiện tại trong lĩnh vực zk-snark, từ góc độ hiệu suất, xu hướng chủ đạo vẫn là thuật toán Groth 16. Các thuật toán zk-snark tiếp theo chủ yếu là để giải quyết vấn đề về cài đặt đáng tin cậy và không có cải tiến nào về Tốc độ chạy và thời gian tạo bằng chứng Có nhiều tiến bộ và trong thuật toán zk-snark, cài đặt tin cậy gần như đơn giản, nó chạy càng nhanh nhưng bảo mật càng kém. Vì lý do này, trên cơ sở bảo mật, zk-snark cần tiếp tục được xây dựng để tăng tốc độ.
Hai hướng giải pháp trên chủ yếu được hỗ trợ bởi lý thuyết, sẽ mất nhiều thời gian để đạt được sự đột phá, vậy ngoài lý thuyết, liệu có thể nhanh chóng đạt được “bằng chứng thời gian thực” bằng các phương pháp khác? Cải tiến thiết kế phần cứng có thể là con đường tắt tốt nhất để đạt được mục tiêu của bạn.
Tăng tốc phần cứng ZK có thể kích hoạt “bằng chứng thời gian thực” càng sớm càng tốt
Từ nội dung trước về hiệu suất zk-snark, không khó để nhận ra rằng hạn chế thực sự của hiệu suất zk-snark nằm ở việc tạo ra các bằng chứng, trong đó kích thước bằng chứng và quy mô mạch xác định thời gian tạo ra bằng chứng. Hiện nay, hầu hết các dự án ngày càng trở nên phức tạp hơn, kích thước bằng chứng và quy mô mạch cũng không ngừng tăng lên, sức mạnh tính toán để tạo ra bằng chứng cũng ngày càng tăng.Vì lý do này, dự án tăng tốc phần cứng ZK đã ra đời.
Khả năng tăng tốc phần cứng ZK chủ yếu cung cấp hỗ trợ sức mạnh tính toán cho các tác vụ NTT loại đa thức và các tác vụ MSM đường cong elip trong quá trình tạo bằng chứng. Về cơ bản, logic chạy của hai tác vụ này rất đơn giản, hầu hết logic tính toán được lặp lại và có thể thực hiện các phép tính song song.
Phần cứng ZK không khác nhiều so với phần cứng khai thác, vẫn có ba loại: GPU, FPGA và ASIC. Tuy nhiên, giải pháp GPU/FPGA hiện đang phổ biến hơn trong lĩnh vực tăng tốc phần cứng ZK, giải pháp này dễ triển khai hơn và dễ dàng có được các phụ kiện liên quan hơn. Tuy nhiên, so với hai giải pháp đầu tiên, ASIC có tiềm năng lớn hơn và cũng là một trong những giải pháp điểm tăng trưởng hiện tại trong lĩnh vực tăng tốc phần cứng ZK.
Hiện tại, dự án tăng tốc phần cứng ZK sử dụng hai phương pháp để cung cấp dịch vụ sức mạnh tính toán cho các dự án ZK liên quan, bao gồm bán phần cứng và dịch vụ sức mạnh tính toán SaaS. Bán phần cứng, như tên cho thấy, bán máy khai thác giống như Bitmain; Dịch vụ sức mạnh tính toán SaaS giống như cung cấp một thị trường sức mạnh tính toán, nơi các dự án ZK có thể mua sức mạnh tính toán trên thị trường để giúp các dự án tạo ra bằng chứng ZK.
Hiện tại, lĩnh vực tăng tốc phần cứng ZK tương đối nhỏ, nếu Vitalik không đề cập đến nó trong bài phát biểu của mình thì hầu hết mọi người sẽ không biết có những dự án nào tồn tại. Vì lý do này, Odaily Planet Daily đã sắp xếp các dự án trong lĩnh vực này, có rất ít dự án trong lĩnh vực này, trong đó Cysic , Ingopedia , Supranational , Ulvantanna và Auradine hiện là những dự án tương đối nổi tiếng.
Trong số đó, Cysic hiện đang thu hút rất nhiều sự chú ý và khả năng tăng tốc phần cứng FPGA/ASIC của nó vượt trội về hiệu suất sức mạnh tính toán.Nó cũng có một thị trường sức mạnh tính toán để cung cấp cho khách hàng các dịch vụ hỗ trợ sức mạnh tính toán;Auradine toàn diện hơn và chương trình khuyến mãi chính của nó là máy khai thác Bitcoin.Nó cũng cung cấp phần cứng sức mạnh tính toán ZK tương ứng, nhưng phần cứng ZK không phải là sản phẩm chính của nó, Ulvantanna chủ yếu sử dụng các cụm FPGA để cung cấp hỗ trợ sức mạnh tính toán cho dự án ZK. Điều đáng nói là Paradigm, một Web3 nổi tiếng Capital, là nhà đầu tư của nó; Dự án Siêu quốc gia này khá độc đáo. Các cập nhật trên Twitter và trang web chính thức được cập nhật vào tháng 5 năm ngoái và không rõ liệu chúng có đang hoạt động hay không; Ingopedia cung cấp hai dịch vụ tăng tốc phần cứng dựa trên GPU và FPGA.
