อ่าน Jolt โซลูชัน zkEVM ล่าสุดของ a16z Crypto ได้ในบทความเดียว
ผู้เขียนต้นฉบับ: Frank, PANews
เมื่อวันที่ 10 เมษายน a16z Crypto ได้เปิดตัวโซลูชัน zkEVM ชื่อ Jolt ซึ่งออกแบบมาเพื่อเร่งและลดความซับซ้อนของการดำเนินการปรับขนาดบล็อกเชน Jolt ผสานรวมการพิสูจน์ความรู้แบบศูนย์ของ SNARK จัดทำเฟรมเวิร์กสำหรับ Rollups ที่เข้ากันได้กับ EVM และสามารถช่วยนักพัฒนาสร้างโซลูชัน L2 ที่ใช้ SNARK ทีมงานกล่าวว่า Jolt นั้น เร็วเป็นสองเท่า เมื่อเทียบกับ zkVM ในปัจจุบัน
เนื่องจากหลักการทางเทคนิคของ Jolt ค่อนข้างซับซ้อน ต่อไปนี้เป็นคำอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างคำศัพท์ทางเทคนิคหลายคำที่อาจเกี่ยวข้อง:
zkSNARK เป็นพื้นฐานที่มีประสิทธิภาพในการพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์ ซึ่งเป็นรากฐานสำหรับการสร้าง zkVM และ zkEVM
zkVM เป็นแนวคิดเครื่องเสมือนแบบศูนย์ความรู้ทั่วไปที่รองรับชุดคำสั่งใดๆ
zkEVM เป็นกรณีพิเศษของ zkVM ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษให้เข้ากันได้กับ EVM
ZK Rollup ใช้ zkVM หรือ zkEVM เพื่อปรับปรุงความสามารถในการปรับขนาดของ Ethereum ในขณะที่คำนึงถึงความเป็นส่วนตัว
โจลท์คืออะไร?
Jolt เป็นโซลูชัน SNARK ใหม่ที่นำเสนอโซลูชันที่ง่ายกว่าและมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการสร้าง zkVM (เครื่องเสมือนที่ไม่มีความรู้) ในความเป็นจริง ตั้งแต่เดือนสิงหาคม 2023 a16z crypto ได้เสนอแนวคิดที่เกี่ยวข้องที่เรียกว่า Lasso และ Jolt แล้ว เทคโนโลยีทั้งสองนี้ถูกนำเสนอในบริบทของเทคโนโลยี SNARK ที่ช้าและมีราคาสูง
Lasso เป็นพารามิเตอร์การค้นหาใหม่ที่สามารถลดต้นทุนการพิสูจน์ได้อย่างมาก Jolt ใช้ Lasso จัดเตรียมเฟรมเวิร์กใหม่สำหรับการออกแบบ SNARK สำหรับสิ่งที่เรียกว่า zkVM และส่วนหน้าที่กว้างขึ้น พวกเขาร่วมกันปรับปรุงประสิทธิภาพ ประสบการณ์ของนักพัฒนา และการตรวจสอบการออกแบบ SNARK ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการสร้างใน web3 สิ่งนี้จะปรับปรุงการใช้การพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์ในสาขาบล็อคเชน
ก่อนที่จะทำความเข้าใจ Jolt คุณอาจต้องเข้าใจ zkVM และ zkEVM ก่อน
zkVM เป็นแนวคิดทั่วไปที่อ้างถึงเครื่องเสมือนที่ไม่มีความรู้ เช่นเดียวกับ zkEVM zkVM อนุญาตให้โปรแกรมเขียนในภาษาระดับสูง เช่น C++ หรือ Rust จากนั้นเครื่องเสมือนจะคอมไพล์โปรแกรมเป็นการเป็นตัวแทนระดับกลางบางอย่าง (เช่น วงจรหรือข้อจำกัดทางคณิตศาสตร์) จากนั้นใช้ระบบพิสูจน์อักษร เช่น เป็น zkSNARK เพื่อพิสูจน์กระบวนการดำเนินการของการเป็นตัวแทนระดับกลาง เมื่อเปรียบเทียบกับ zkEVM แล้ว zkVM ไม่ได้จำกัดอยู่แค่ความเข้ากันได้กับ EVM แต่รองรับชุดคำสั่งใดๆ ก็ตาม Jolt เป็นการใช้งาน zkVM ประสิทธิภาพสูงสำหรับชุดคำสั่ง RISC-V
เราสามารถมอง zkVM ว่าเป็น กล่องดำ พิเศษที่สามารถพิสูจน์ให้โลกภายนอกเห็นว่าได้ดำเนินการคำนวณตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ล่วงหน้าพร้อมกับปกป้องความเป็นส่วนตัว อย่างไรก็ตาม zkVM แบบดั้งเดิมต้องใช้การคำนวณที่น่าเบื่อมากในกระบวนการสร้างการพิสูจน์นี้ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานต่ำมาก
นวัตกรรมหลักของ Jolt คือการค้นหาวิธีการทางคณิตศาสตร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อสร้างข้อพิสูจน์นี้:
ประการแรก Jolt แปลงการคำนวณอย่างชาญฉลาดเพื่อพิสูจน์เป็นพหุนามพิเศษ ซึ่งเราเรียกอย่างไม่แน่นอนว่า พหุนามเชิงคำนวณ ลักษณะเฉพาะของพหุนามนี้คือค่าของมันจะเท่ากับศูนย์หากกล่องดำทำการคำนวณอย่างถูกต้องจริงๆ
เพื่อพิสูจน์ว่าค่าของ พหุนามเชิงคำนวณ เท่ากับศูนย์ Jolt จะใช้โปรโตคอลแบบโต้ตอบที่เรียกว่า sumcheck โปรโตคอลนี้สามารถโน้มน้าวผู้ตรวจสอบได้ว่าค่าพหุนามเป็นศูนย์ในช่วงเวลาสั้นๆ โดยไม่ต้องคำนวณพหุนามทั้งหมดจริงๆ สิ่งนี้ค่อนข้างคล้ายกับวิธีที่ครูสามารถตัดสินได้ว่าข้อสอบทั้งหมดถูกต้องหรือไม่โดยการตรวจคำถามเพียงไม่กี่ข้อจากนักเรียน
ข้อได้เปรียบทางเทคนิคของ Jolt
หลักการทางเทคนิคที่อยู่เบื้องหลัง Jolt นั้นซับซ้อน หากพูดง่ายๆ ก็คือ ในกระบวนการพัฒนาเครือข่ายบล็อกเชน zkVM เป็นเทคโนโลยีสำคัญที่ปรับปรุงความสามารถในการปรับขนาดของเครือข่ายบล็อกเชน และสามารถให้การพิสูจน์ที่มีประสิทธิภาพพร้อมทั้งรับประกันความเป็นส่วนตัว ในการกล่าวสุนทรพจน์ครั้งล่าสุดของเขาที่งาน Hong Kong Web3 Carnival นั้น Vitalik ได้พูดคุยถึงเทคโนโลยี zkSNARK อย่างละเอียด “การค้นหา ZKSNARKS มีประโยชน์มากในแง่ของความเป็นส่วนตัว และยังมีประโยชน์มากในแง่ของความสามารถในการปรับขนาดด้วย” Vitalik กล่าว
อย่างไรก็ตาม ความเร็วและค่าใช้จ่ายในการคำนวณของการพิสูจน์รุ่นถือเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับการใช้เทคโนโลยี zkSNARK ในทางปฏิบัติมาโดยตลอด และยังเป็นจุดสนใจของการวิจัยในแวดวงวิชาการและอุตสาหกรรมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาอีกด้วย แผน zkSNARK แบบดั้งเดิม เช่น Pinocchio และ Groth 16 อาจใช้เวลานานหลายชั่วโมงหรือหลายวันในการพิสูจน์ตรรกะการคำนวณที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น และต้องใช้หน่วยความจำและทรัพยากรพื้นที่เก็บข้อมูลจำนวนมาก คอขวดของประสิทธิภาพนี้จำกัดการใช้งาน zkSNARK อย่างรุนแรงในสถานการณ์จริงจำนวนมาก
และหากคุณต้องการเปิดใช้งานแอปพลิเคชันบล็อกเชนขนาดใหญ่เพื่อให้ได้รับการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ การปรับปรุงประสิทธิภาพของ zkSNARK ถือเป็นขั้นตอนที่สำคัญมาก
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระบวนการสร้างการพิสูจน์ของ zkSNARK เกี่ยวข้องกับอัลกอริธึมการเข้ารหัสที่ซับซ้อน เช่น การจับคู่เส้นโค้งวงรี การประมาณค่าพหุนาม ฯลฯ การดำเนินการเหล่านี้ใช้ทรัพยากรการประมวลผลจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อขนาดของวงจรคอมพิวเตอร์ที่ได้รับการพิสูจน์มีขนาดใหญ่ ความซับซ้อนในการคำนวณของการสร้างการพิสูจน์จะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ
จากข้อมูลของ a16z Crypto บน CPU การใช้งาน Jolt เริ่มต้นจะเร็วกว่า RISC Zero ประมาณ 6 เท่า และเร็วกว่า SP 1 ที่เพิ่งเปิดตัวประมาณ 2 เท่า โดย Jolt คาดว่าจะเร็วขึ้นประมาณ 1.5 เท่าในอีกไม่กี่สัปดาห์ข้างหน้า
ปัจจุบัน Jolt เร็วกว่า zkVM ที่มีอยู่มากกว่า 2 เท่า แต่ยังมีพื้นที่อีกมากสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพ
การเขย่ายังใช้คุณสมบัติเชิงพีชคณิตบางอย่างของพหุนามอย่างชาญฉลาดเพื่อนำแผนพันธะพหุนามที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นไปใช้ ซึ่งจะช่วยลดขนาดการพิสูจน์และเวลาในการตรวจสอบอีกด้วย
การเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ที่ Jolt จะนำมา
จากมุมมองทางวิศวกรรม Jolt ใช้วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพต่างๆ มากมาย เช่น การออกแบบวงจรให้กะทัดรัดมากขึ้น ไปป์ไลน์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น การขนานที่เพียงพอมากขึ้น เป็นต้น เพื่อเพิ่มพลังการประมวลผลของฮาร์ดแวร์ให้สูงสุด
สมมติว่าคุณเป็นนักพัฒนา Web3 ที่ต้องการปรับใช้เกมโป๊กเกอร์ออนไลน์บน Ethereum เกมนี้ต้องมีการสับไพ่ การแจกไพ่ การเปรียบเทียบขนาดการ์ด ฯลฯ บนเชน การดำเนินการแต่ละครั้งต้องใช้วงจร zkVM เพื่อให้ได้รับการคุ้มครองความเป็นส่วนตัวและการตรวจสอบได้
หากคุณใช้โซลูชัน zkVM ที่มีอยู่ เช่น ZoKrates หรือ Bellman การสร้างวงจรดังกล่าวอาจใช้เวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน เนื่องจากประสิทธิภาพของ zkVM ในปัจจุบันยังค่อนข้างต่ำ การสร้างการพิสูจน์ความรู้แบบศูนย์สำหรับวงจรที่ซับซ้อนจึงต้องใช้ทรัพยากรการประมวลผลและค่าใช้จ่ายด้านเวลาจำนวนมาก ซึ่งหมายความว่าวงจรการพัฒนาและการทดสอบอาจยาวนานมาก
และถ้าคุณใช้ Jolt เพื่อสร้างวงจรเดียวกัน สถานการณ์จะเปลี่ยนไปอย่างมาก จากการทดสอบโดยทีม Jolt การใช้งาน Jolt ในปัจจุบันนั้นเร็วกว่าโซลูชัน zkVM หลักถึง 2-5 เท่าในการสร้างการพิสูจน์ ซึ่งหมายความว่าหากเดิมใช้เวลา 10 ชั่วโมงในการสร้างหลักฐาน ตอนนี้อาจใช้เวลาเพียง 2-5 ชั่วโมงเท่านั้น
โดยรวมแล้ว Jolt ปรับปรุงประสิทธิภาพ 2-5 เท่า หมายความว่าการใช้งานและความง่ายในการใช้งานเทคโนโลยี zkVM ได้รับการปรับปรุงอย่างมาก ซึ่งจะลดเกณฑ์สำหรับนักพัฒนา Web3 ลงอย่างมาก ลดวงจรการพัฒนาแอปพลิเคชัน และนำประสบการณ์ที่ดีขึ้นมาสู่ผู้ใช้ ในระยะยาว Jolt คาดว่าจะเร่งการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี zkVM ในวงกว้าง ซึ่งช่วยให้มีการปกป้องความเป็นส่วนตัวมากขึ้นและความสามารถในการคำนวณที่ตรวจสอบได้จะเป็นประโยชน์ต่อผู้ใช้ Web3 ทุกคน
แน่นอนว่า Jolt ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา และการปรับปรุงประสิทธิภาพ 2-5 เท่าเป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพการทำซ้ำอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยี Jolt ประสิทธิภาพของ zkVM จะได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม ซึ่งท้ายที่สุดจะปูทางไปสู่แอปพลิเคชันขนาดใหญ่ของ Web3
