Tác giả gốc: Nhà nghiên cứu Zeke của YBB Capital
Lời nói đầu
hiện hữu《Xem trước lộ trình tiềm năng: thị trường điện toán phi tập trung (Phần 1)》Chúng tôi đã tìm hiểu về tầm quan trọng của sức mạnh tính toán dưới sự kỳ vọng của AI, đồng thời cũng thảo luận sâu sắc về hai vấn đề nan giải đang tồn tại ở giai đoạn hiện tại trong việc xây dựng thị trường sức mạnh tính toán AGI phi tập trung. Bài viết này sẽ bắt đầu từ các khái niệm cơ bản về bằng chứng không có kiến thức, đi từ nông cạn đến sâu hơn và tiến hành tư duy đa chiều về nhiều khả năng hơn trong xu hướng phát triển của thị trường điện toán phi tập trung. (Thị trường sức mạnh tính toán Bitcoin cũng đã được đề cập trong bài viết trước, nhưng xét đến sự tăng trưởng bùng nổ gần đây của hệ sinh thái Bitcoin, phần này sẽ được mô tả trong các bài viết liên quan đến hệ sinh thái Bitcoin trong tương lai của chúng tôi.)
Tổng quan về bằng chứng không có kiến thức
Vào giữa những năm 1980, ba nhà mật mã học tại MIT (Shafi Goldwasser, Silvio Micali và Charles Rackoff) đã cùng xuất bản một bài báo có tên Sự phức tạp về kiến thức của các hệ thống chứng minh tương tác. Bài báo mô tả một kỹ thuật mã hóa tiên tiến có thể xác minh tính xác thực của thông tin mà không cần làm rõ nó, tác giả gọi đó là “bằng chứng không có kiến thức” và đưa ra định nghĩa, khuôn khổ cụ thể cho khái niệm này.
Trong những thập kỷ tiếp theo, công nghệ chứng minh không có kiến thức dựa trên bài báo này dần dần được phát triển và cải tiến trong nhiều lĩnh vực. Ngày nay, bằng chứng không có kiến thức đã trở thành một thuật ngữ bao hàm tất cả, đại diện cho nhiều “Mật mã học” hiện đại hoặc “tiên tiến”— đặc biệt là mật mã vì nó liên quan đến tương lai của blockchain.
sự định nghĩa
Zero-Knowledge Proof (viết tắt là ZKP, được sử dụng khi thích hợp bên dưới) có nghĩa là người chứng minh (Prover) có thể chứng minh tính đúng đắn của một tuyên bố nhất định cho người xác minh (Verifier) mà không cần cung cấp bất kỳ thông tin cụ thể nào về chính tuyên bố đó. Ba đặc tính cơ bản của phương pháp này bao gồm tính đầy đủ, độ tin cậy và không có kiến thức. Tính đầy đủ đảm bảo rằng các tuyên bố đúng có thể được chứng minh, độ tin cậy đảm bảo rằng các tuyên bố sai không thể được chứng minh và không có kiến thức có nghĩa là người xác minh không thể thu được bất kỳ thông tin nào ngoài sự thật của tuyên bố.
Các loại bằng chứng không có kiến thức
Tùy thuộc vào cách người chứng minh và người xác minh giao tiếp, cũng có hai loại bằng chứng không có kiến thức khác nhau, tương tác và không tương tác. Trong sự tương tác, có một loạt các tương tác giữa người chứng minh và người xác minh. Những tương tác này là một phần của quy trình chứng thực, trong đó người chứng minh chứng minh tính xác thực trong tuyên bố của mình bằng cách trả lời một loạt câu hỏi hoặc thách thức từ người xác minh. Quá trình này thường bao gồm nhiều vòng giao tiếp, mỗi vòng trong đó người xác minh đặt ra một câu hỏi hoặc thách thức và người chứng minh sẽ phản hồi để chứng minh tính đúng đắn của tuyên bố của mình. Không tương tác không yêu cầu nhiều vòng tương tác. Trong trường hợp này, người chứng minh tạo ra một bằng chứng duy nhất, có thể kiểm chứng độc lập và gửi nó cho người xác minh. Người xác minh có thể xác minh một cách độc lập tính xác thực của bằng chứng này mà không cần liên lạc thêm với người chứng minh.
Giải thích phổ biến tương tác và không tương tác
1. Tương tác: Câu chuyện về Alibaba và Bốn mươi tên trộm là một ví dụ điển hình thường được nhắc đến trong việc giải thích các bằng chứng tương tác không có kiến thức, có rất nhiều phiên bản, câu chuyện dưới đây là một phiên bản đơn giản được tôi chuyển thể.
Ali Baba biết câu thần chú mở hang nơi cất giấu kho báu nhưng bị Bốn mươi tên trộm bắt và buộc phải nói câu thần chú. Nếu Alibaba thốt ra câu thần chú, anh ta sẽ bị giết vì vô dụng. Nếu Alibaba vẫn tiếp tục, bọn cướp sẽ không tin rằng anh ta thực sự biết bùa chú và sẽ giết anh ta. Nhưng Alibaba nghĩ ra một ý kiến hay, hiện tại hang động có hai lối vào A và B, đều dẫn vào trung tâm hang, nhưng ở giữa có một cửa mật khẩu, chỉ những người biết bùa chú mới có thể đi từ bên này sang bên kia. cái khác. Để chứng minh rằng mình biết bí quyết mở hang mà không tiết lộ bí mật, Alibaba vào hang và chọn một trong các lối vào A hoặc B, trong khi Bốn mươi tên trộm đứng bên ngoài không thể nhìn thấy sự lựa chọn của anh ta. Sau đó, bốn mươi tên trộm ngẫu nhiên gọi A hoặc B, yêu cầu Alibaba đi ra từ lối vào được chỉ định của chúng. Nếu Alibaba thực sự biết câu thần chú, anh ta có thể sử dụng mật mã để đi qua cánh cửa ở trung tâm và đi ra từ lối vào được chỉ định. Quá trình này được lặp lại nhiều lần và mỗi lần Alibaba đều có thể thoát ra thành công qua lối vào do Forty Thieves chỉ định, do đó chứng minh rằng anh ta biết mật khẩu mà không tiết lộ bí mật.
2. Không tương tác: Đây là một ví dụ đơn giản về bằng chứng không có kiến thức không tương tác trong cuộc sống, hãy tưởng tượng rằng bạn và một người bạn đều có cuốn sách Đi tìm Wally. Bạn tuyên bố biết Wally ở đâu trên một trang nhất định, nhưng bạn của bạn lại nghi ngờ. Nếu bạn muốn chứng minh cho một người bạn rằng bạn biết Wally ở đâu trong bức ảnh mà không tiết lộ vị trí chính xác, bạn có thể sử dụng một mảnh giấy mờ đủ lớn để che toàn bộ bức tranh và để Wally lộ ra qua một lỗ nhỏ trên tờ giấy (một single , một bằng chứng có thể kiểm chứng độc lập), để bạn có thể chứng minh rằng bạn thực sự biết vị trí của Wally, nhưng bạn của bạn vẫn không biết tọa độ chính xác của Wally trong toàn bộ bức ảnh.
Triển khai kỹ thuật trong blockchain
Bằng chứng không có kiến thức hiện đang được triển khai trong nhiều chuỗi khối khác nhau, trong đó nổi tiếng nhất là zk-STARK (Đối số kiến thức minh bạch có thể mở rộng kiến thức bằng không) và zk-SNARK (Đối số kiến thức không tương tác ngắn gọn không có kiến thức) , như “Không tương tác” trong tên của chúng cho biết, cả hai đều là bằng chứng không có kiến thức không tương tác.
zk-SNARK thuộc về một loại sơ đồ chứng minh không có kiến thức phổ quát được sử dụng rộng rãi (cần lưu ý ở đây rằng zk-SNARK thuộc về một thể loại, không phải một công nghệ duy nhất), bằng cách chuyển đổi bất kỳ quy trình tính toán nào thành dạng một số cổng mạch và Một loạt các tính chất toán học của đa thức được sử dụng để chuyển đổi các mạch cổng thành đa thức, sau đó được nén để tạo ra các bằng chứng không tương tác rất nhỏ, có thể được sử dụng trong nhiều tình huống kinh doanh phức tạp khác nhau. Việc khởi chạy zk-SNARK yêu cầu thiết lập đáng tin cậy, trong đó nhiều bên mỗi bên tạo một khóa một phần để khởi chạy mạng và sau đó hủy khóa. Nếu bí mật của các khóa được sử dụng để tạo thiết lập tin cậy không bị hủy thì những bí mật này có thể bị khai thác để giả mạo các giao dịch thông qua xác minh sai.
zk-STARK là một sự phát triển kỹ thuật của zk-SNARK, giúp giải quyết điểm yếu về sự phụ thuộc của SNARK vào cài đặt đáng tin cậy và có thể hoàn tất xác minh blockchain mà không cần dựa vào bất kỳ cài đặt tin cậy nào, từ đó giảm sự phức tạp khi khởi chạy mạng và loại bỏ mọi rủi ro thông đồng. Tuy nhiên, zk-STARK cũng gặp vấn đề lớn trong việc tạo bằng chứng và gặp bất lợi về mặt lưu trữ, xác minh trên chuỗi và thời gian tạo. Nếu bạn đã trải nghiệm phiên bản đầu tiên của StarkNet (Lớp 2 sử dụng zk-STARK), rõ ràng bạn sẽ cảm thấy rằng tốc độ và chi phí gas kém hơn nhiều so với các trải nghiệm Lớp 2 khác. Do đó, sơ đồ zk-SNARK hiện được sử dụng nhiều hơn. Ngoài ra, còn có các giải pháp hơi niche như PLONK và Bulletproofs, mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng về quy mô chứng minh, thời gian chứng minh và thời gian xác minh. Rất khó đạt được một bằng chứng không có kiến thức hoàn toàn lý tưởng và một số thuật toán chính thống thường cân bằng các chiều khác nhau.
Sự phát triển của ZK thường yêu cầu sử dụng hai thành phần chính.
Phương pháp tính toán biểu thức thân thiện với ZK:Đây là ngôn ngữ dành riêng cho miền (DSL) hoặc thư viện cấp thấp. Các thư viện cấp thấp như Arkworks cung cấp các công cụ và nguyên mẫu cần thiết, cho phép các nhà phát triển viết lại mã theo cách thủ công trực tiếp bằng các ngôn ngữ cấp thấp hơn. DSL như Cairo hay Circom là những ngôn ngữ lập trình được thiết kế riêng cho các ứng dụng ZK. Cái sau có thể được biên dịch thành các nguyên thủy cần thiết để tạo ra các bằng chứng. Các thao tác phức tạp hơn dẫn đến thời gian tạo bằng chứng dài hơn, trong khi một số thao tác (chẳng hạn như SHA hoặc các thao tác bit được sử dụng trong Keccak) có thể không phù hợp với ZK, dẫn đến thời gian tạo bằng chứng dài.
Hệ thống chứng minh:Hệ thống chứng minh là cốt lõi của ứng dụng ZK và nó thực hiện hai chức năng cơ bản: Chứng minh (bằng chứng) và Xác minh (xác minh). Hàm Chứng minh cho phép tạo ra một bằng chứng (đòi hỏi nhiều phép tính toán học để tạo ra và bằng chứng càng phức tạp thì quá trình tạo ra càng chậm) cho thấy một tuyên bố nhất định là đúng mà không tiết lộ chi tiết của bằng chứng. Chức năng Xác minh được sử dụng để xác minh tính chính xác của bằng chứng (bằng chứng càng phức tạp và lớn thì hiệu suất càng cao và thời gian cần thiết để xác minh càng ngắn). Các hệ thống chứng minh khác nhau, chẳng hạn như Groth 16, GM 17, PLONK, Spartan và STARK, v.v., cũng khác nhau về hiệu quả, tính bảo mật và tính dễ sử dụng.
Bản đồ ứng dụng ZKP
Cầu nối chuỗi chéo ZKP và khả năng tương tác: ZKP có thể được sử dụng để tạo bằng chứng về tính hợp lệ của các giao thức nhắn tin chuỗi chéo có thể được xác minh nhanh chóng trên chuỗi mục tiêu. Điều này tương tự như cách zkRollups được xác minh trên L1 cơ bản. Tuy nhiên, đối với nhắn tin chuỗi chéo, độ phức tạp cao hơn vì sơ đồ chữ ký và chức năng mật mã cần được xác minh có thể khác nhau giữa chuỗi nguồn và chuỗi đích;
Công cụ trò chơi trên chuỗi ZKP: Dark Forest cho thấy cách ZKP có thể triển khai các trò chơi trên chuỗi với thông tin không đầy đủ. Điều này rất quan trọng để thiết kế các trò chơi tương tác hơn, trong đó hành động của người chơi được giữ kín cho đến khi họ quyết định tiết lộ chúng. Khi các trò chơi trên chuỗi hoàn thiện, ZKP sẽ trở thành một phần của công cụ thực thi trò chơi. Điều này sẽ rất lớn đối với các công ty khởi nghiệp tích hợp thành công các tính năng bảo mật vào các công cụ trò chơi trên chuỗi có thông lượng cao;
Giải pháp nhận dạng: ZKP có thể mở ra nhiều cơ hội trong không gian nhận dạng. Chúng có thể được sử dụng để chứng minh danh tiếng hoặc để kết nối danh tính Web2 và Web3. Hiện tại, danh tính Web2 và Web3 của chúng tôi là riêng biệt. Các dự án như Clique kết nối những danh tính này thông qua việc sử dụng các lời tiên tri. ZKP có thể tiến thêm một bước nữa bằng cách cho phép nhận dạng Web2 và Web3 được liên kết ẩn danh. Điều này cho phép các trường hợp sử dụng như tư cách thành viên DAO ẩn danh, miễn là họ có thể chứng minh kiến thức chuyên môn về miền cụ thể bằng cách sử dụng dữ liệu Web2 hoặc Web3. Một trường hợp sử dụng khác là cho vay Web3 không thế chấp dựa trên trạng thái xã hội Web2 của người vay (ví dụ: số lượng người theo dõi trên Twitter);
ZKP để tuân thủ quy định: Web3 cho phép các tài khoản trực tuyến ẩn danh tham gia tích cực vào hệ thống tài chính. Theo nghĩa này, Web3 mang lại sự tự do và toàn diện về tài chính to lớn. Khi quy định của Web3 tăng lên, ZKP có thể được sử dụng để đạt được sự tuân thủ mà không phá vỡ tính ẩn danh. ZKP có thể được sử dụng để chứng minh rằng người dùng không phải là công dân hoặc cư dân của một quốc gia bị trừng phạt. ZKP cũng có thể được sử dụng để chứng minh tư cách nhà đầu tư được công nhận hoặc bất kỳ yêu cầu KYC/AML nào khác;
Tài trợ bằng nợ tư nhân Web3 trong nước: Tài trợ bằng nợ TradeFi thường được sử dụng để hỗ trợ các công ty khởi nghiệp đang phát triển nhằm đẩy nhanh tốc độ tăng trưởng hoặc triển khai các ngành kinh doanh mới mà không cần thêm vốn mạo hiểm. Sự nổi lên của Web3 DAO và các công ty ẩn danh tạo cơ hội cho việc tài trợ bằng nợ gốc của Web3. Ví dụ: sử dụng ZKP, DAO hoặc các công ty ẩn danh có thể nhận được các khoản vay không có bảo đảm và lãi suất cạnh tranh dựa trên bằng chứng về số liệu tăng trưởng của họ mà không cần phải tiết lộ thông tin của người đi vay cho người cho vay;
DeFi về quyền riêng tư: Các tổ chức tài chính thường giữ kín lịch sử giao dịch và mức độ rủi ro của họ. Tuy nhiên, khi sử dụng các giao thức tài chính phi tập trung (DeFi) trên chuỗi, việc đáp ứng nhu cầu này trở nên khó khăn do sự tiến bộ không ngừng của công nghệ phân tích trên chuỗi. Một giải pháp khả thi là phát triển các sản phẩm DeFi tập trung vào quyền riêng tư để bảo vệ quyền riêng tư của những người tham gia giao thức. Một trong những giao thức đang cố gắng đạt được điều này là zkSwap của Penumbra. Ngoài ra, zk.money của Aztec cung cấp một số cơ hội kiếm tiền DeFi riêng tư bằng cách cản trở sự tham gia của người dùng vào các giao thức DeFi minh bạch. Thông thường, các giao thức có thể triển khai thành công các sản phẩm DeFi hiệu quả và tập trung vào quyền riêng tư có thể tạo ra khối lượng giao dịch và doanh thu đáng kể từ những người chơi tổ chức;
Quảng cáo ZKP cho Web3: Web3 khuyến khích người dùng sở hữu quyền dữ liệu của riêng họ, chẳng hạn như lịch sử duyệt web, hoạt động ví riêng tư, v.v. Web3 cũng cho phép kiếm tiền từ dữ liệu này để mang lại lợi ích cho người dùng. Vì việc kiếm tiền từ dữ liệu có thể mâu thuẫn với quyền riêng tư nên ZKP có thể đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát dữ liệu cá nhân nào có thể được tiết lộ cho nhà quảng cáo và nhà tổng hợp dữ liệu;
Chia sẻ và kiếm tiền từ dữ liệu riêng tư: Phần lớn dữ liệu riêng tư của chúng tôi có thể có tác động đáng kể nếu được chia sẻ với đúng đối tượng. Dữ liệu sức khỏe cá nhân có thể được huy động từ cộng đồng để giúp các nhà nghiên cứu phát triển các loại thuốc mới. Hồ sơ tài chính cá nhân có thể được chia sẻ với các cơ quan quản lý và cơ quan giám sát để xác định và trừng phạt các hành vi tham nhũng. ZKP cho phép chia sẻ riêng tư và kiếm tiền từ dữ liệu đó;
Quản trị: Với sự phổ biến của DAO (Tổ chức tự trị phi tập trung) và quản trị theo chuỗi, Web3 đang hướng tới nền dân chủ có sự tham gia trực tiếp. Một lỗ hổng lớn với các mô hình quản trị hiện tại là tính chất không riêng tư của sự tham gia. ZKP có thể là cơ sở để giải quyết vấn đề này. Những người tham gia quản trị có thể bỏ phiếu mà không tiết lộ cách họ bỏ phiếu. Ngoài ra, ZKP có thể hạn chế khả năng hiển thị các đề xuất quản trị đối với các thành viên DAO, cho phép DAO xây dựng lợi thế cạnh tranh.
zkRollup: Mở rộng quy mô là trường hợp sử dụng quan trọng nhất của ZKP trong chuỗi khối. Công nghệ zkRollup tổng hợp nhiều giao dịch thành một giao dịch duy nhất. Các giao dịch này được xử lý và tính toán ngoài chuỗi, nghĩa là bên ngoài chuỗi chính của blockchain. Đối với các giao dịch tổng hợp này, zkRollup sử dụng ZKP để tạo bằng chứng có thể xác nhận tính hợp lệ của các giao dịch này mà không tiết lộ nội dung cụ thể của giao dịch và nén đáng kể kích thước của dữ liệu. ZKP được tạo ra sau đó sẽ được gửi tới chuỗi chính của blockchain. Các nút trên chuỗi chính chỉ cần xác minh tính hợp lệ của chứng chỉ này và không cần xử lý từng giao dịch riêng lẻ. Bằng cách này, gánh nặng trên chuỗi chính sẽ giảm đi rất nhiều.
Tăng tốc phần cứng ZKP
Mặc dù giao thức chứng minh không có kiến thức có nhiều ưu điểm nhưng vấn đề hiện tại là nó dễ xác minh và khó tạo ra. Điểm nghẽn chính của hầu hết việc tạo hệ thống chứng minh là phép nhân đa vô hướng (MSM) hoặc phép biến đổi Fourier nhanh (FFT) và phép biến đổi nghịch đảo của nó. Thành phần, ưu điểm và nhược điểm của cả hai chủ yếu như sau.
Phép nhân đa vô hướng (MSM):MSM là một phép tính quan trọng trong mật mã liên quan đến phép nhân các điểm và số vô hướng trong mật mã đường cong elip. Trong ZKP, MSM được sử dụng để xây dựng các mối quan hệ toán học phức tạp về các điểm trên đường cong elip. Những tính toán này thường liên quan đến một số lượng lớn các điểm dữ liệu và hoạt động và được sử dụng để tạo và xác minh các phần chính của bằng chứng. MSM đặc biệt quan trọng trong ZKP vì nó giúp xây dựng các bằng chứng có thể xác minh các khiếu nại về mật mã mà không làm lộ thông tin cá nhân. MSM có thể thực thi trên nhiều luồng, do đó hỗ trợ xử lý song song. Tuy nhiên, khi xử lý các vectơ phần tử lớn, chẳng hạn như 50 triệu phần tử, các phép nhân vẫn có thể chậm và yêu cầu tài nguyên bộ nhớ đáng kể. Ngoài ra, MSM còn có những thách thức về khả năng mở rộng và có thể vẫn chậm ngay cả khi thực hiện song song hóa rộng rãi.
Biến đổi Fourier nhanh (FFT):FFT là một thuật toán để tính toán hiệu quả phép nhân đa thức và giải các bài toán nội suy đa thức. Trong ZKP, nó thường được sử dụng để tối ưu hóa quá trình tính toán đa thức, đây là một bước quan trọng trong việc đưa ra chứng minh. FFT tăng tốc độ tính toán bằng cách chia các phép toán đa thức phức tạp thành các phần nhỏ hơn, đơn giản hơn, điều này rất quan trọng để mang lại hiệu quả trong quá trình tạo bằng chứng. Việc sử dụng FFT cải thiện đáng kể khả năng của hệ thống ZKP trong việc xử lý các đa thức phức tạp và tập dữ liệu quy mô lớn. Tuy nhiên, hoạt động FFT dựa vào việc trao đổi dữ liệu thường xuyên, điều này gây khó khăn cho việc cải thiện đáng kể hiệu quả thông qua tính toán phân tán hoặc tăng tốc phần cứng. Trao đổi dữ liệu trong hoạt động FFT yêu cầu băng thông đáng kể, đặc biệt khi cần xử lý các tập dữ liệu lớn vượt quá dung lượng bộ nhớ phần cứng.
Mặc dù tối ưu hóa phần mềm cũng là một hướng nghiên cứu quan trọng, cách trực tiếp và thô sơ nhất để tăng tốc quá trình tạo bằng chứng là xếp chồng phần cứng có sức mạnh tính toán đủ cao để tăng tốc quá trình tạo.Trong nhiều phần cứng máy tính (GPU, FPGA, ASIC), cái nào là tốt nhất sự lựa chọn? Vì chúng tôi đã giới thiệu ngắn gọn về GPU ở phần trước nên ở đây chúng tôi chủ yếu hiểu logic thiết kế, ưu điểm và nhược điểm của FPGA và ASIC.
ASIC：ASIC (Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng) là mạch tích hợp được thiết kế đặc biệt để đáp ứng các yêu cầu ứng dụng cụ thể. So với bộ xử lý đa năng hoặc mạch tích hợp tiêu chuẩn, ASIC được tùy chỉnh để thực hiện một tác vụ hoặc ứng dụng cụ thể và do đó thường thể hiện hiệu quả và hiệu suất cao hơn trong ứng dụng mà nó được thiết kế. Trong lĩnh vực khai thác Bitcoin mà chúng ta quen thuộc, ASIC là phần cứng máy tính rất quan trọng. Hiệu suất hiệu quả và mức tiêu thụ điện năng thấp khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng để khai thác Bitcoin. Tuy nhiên, ASIC cũng có hai nhược điểm rõ ràng, đó là vì nó được thiết kế cho các ứng dụng cụ thể (ví dụ: máy khai thác AISC của Bitcoin được thiết kế dựa trên thuật toán băm SHA-256), nếu không được áp dụng đại trà thì chi phí thiết kế và sản xuất sẽ cao. rất cao và chu trình thiết kế và kiểm tra sẽ tương đối dài.
FPGA：FPGA là tên viết tắt của Field Programmable Gate Array (Field Programmable Gate Array), là một thiết bị có thể lập trình lại và được sử dụng trong PAL (Mảng logic lập trình được), GAL (Logic mảng chung), CPLD (Thiết bị logic lập trình phức tạp), v.v. mạch bán tùy chỉnh được phát triển trên cơ sở các mạch logic và mảng cổng truyền thống.Giống như ASIC, nó là một mạch tích hợp được sử dụng để thiết kế điện tử và thực hiện các chức năng cụ thể.Nó không chỉ giải quyết những thiếu sót của các mạch bán tùy chỉnh trước đây mà còn khắc phục ban đầu Nhược điểm của các thiết bị lập trình là số lượng cổng hạn chế. Các tính năng quan trọng của nó là có thể lập trình lại, tiêu thụ điện năng thấp, độ trễ thấp và sức mạnh tính toán mạnh mẽ. Tuy nhiên, nhược điểm của FPGA là các chức năng của nó hoàn toàn phụ thuộc vào việc triển khai phần cứng, nó không thể thực hiện các hoạt động như nhảy có điều kiện nhánh và chỉ có thể thực hiện các hoạt động điểm cố định. Về mặt giá thành, chi phí của FPGA thấp hơn ASIC trong thiết kế và việc sản xuất cũng cần có thang đo tham chiếu, tất nhiên, tổng chi phí của cả hai đều cao hơn nhiều so với GPU.
Vì vậy, quay trở lại thảo luận về khả năng tăng tốc phần cứng ZKP, trước hết, chúng ta phải thừa nhận rằng ZKP vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu. Vẫn còn rất ít sự tiêu chuẩn hóa các tham số hệ thống (chẳng hạn như độ rộng FFT hoặc kích thước bit của các phần tử) hoặc lựa chọn hệ thống chứng minh (chỉ có năm hệ thống chứng minh được đề cập ở trên). Hãy so sánh hiệu suất của ba loại phần cứng máy tính trong môi trường này:
Những thay đổi trong meta của ZK: Như chúng tôi đã đề cập ở trên, logic nghiệp vụ trên ASIC là ghi một lần. Nếu bất kỳ logic ZKP nào thay đổi, bạn cần bắt đầu lại từ đầu. FPGA có thể làm mới lại bất kỳ số lần nào trong vòng 1 giây, nghĩa là chúng có thể tái sử dụng cùng một phần cứng trên nhiều chuỗi với các hệ thống chứng minh không tương thích (ví dụ: trích xuất MEV chuỗi chéo) và thích ứng linh hoạt với meta ZK. Mặc dù GPU không nhanh và có thể cấu hình lại ở cấp độ phần cứng như FPGA nhưng GPU mang lại sự linh hoạt cao ở cấp độ phần mềm. GPU có thể thích ứng với các thuật toán ZKP khác nhau và những thay đổi logic thông qua các bản cập nhật phần mềm. Mặc dù quá trình cập nhật này có thể không nhanh bằng FPGA nhưng nó vẫn có thể được thực hiện trong một khoảng thời gian tương đối ngắn.
Cung cấp: Thiết kế, sản xuất và triển khai ASIC thường mất từ 12 đến 18 tháng hoặc hơn. Ngược lại, chuỗi cung ứng FPGA tương đối lành mạnh, với các nhà cung cấp hàng đầu như Xilinx cho phép khối lượng lớn đơn đặt hàng bán lẻ đến trong vòng 16 tuần từ một trang web (tức là không cần bất kỳ đầu mối liên hệ nào). Nhìn vào GPU, GPU đương nhiên có lợi thế rất lớn về mặt nguồn cung, kể từ khi Ethereum sáp nhập ở Thượng Hải, có một số lượng lớn máy khai thác GPU nhàn rỗi trong toàn mạng. Các dòng card đồ họa tiếp theo do Nvidia và AMD phát triển cũng có thể được cung cấp với số lượng lớn.
Từ hai điểm trên, trừ khi đường đua ZK đạt được sự đồng thuận và áp dụng giải pháp tiêu chuẩn hóa, ASIC sẽ không có bất kỳ lợi thế nào. Đánh giá từ sự phát triển đa dạng hiện nay của giải pháp ZKP, GPU và FPGA sẽ là hai phần cứng máy tính chính mà chúng ta cần thảo luận tiếp theo.
Chu kỳ phát triển: Do sự phổ biến của GPU và các công cụ phát triển hoàn thiện như CUDA (dành cho GPU NVIDIA) và OpenCL (đa nền tảng). Việc phát triển FPGA thường liên quan đến các ngôn ngữ mô tả phần cứng phức tạp hơn (chẳng hạn như VHDL hoặc Verilog), đòi hỏi thời gian học và phát triển lâu hơn;
Tiêu thụ năng lượng: FPGA thường vượt trội hơn GPU về hiệu quả sử dụng năng lượng. Điều này chủ yếu là do khả năng của FPGA được tối ưu hóa cho các tác vụ cụ thể, từ đó giảm mức tiêu thụ năng lượng không cần thiết. Mặc dù GPU mạnh mẽ trong việc xử lý các tác vụ song song cao nhưng cũng đi kèm với đó là mức tiêu thụ điện năng cao hơn;
Khả năng tùy chỉnh: FPGA có thể được lập trình để tối ưu hóa các thuật toán ZKP cụ thể và tăng hiệu quả. Và đối với một thuật toán ZKP cụ thể, kiến trúc đa năng của GPU có thể không hiệu quả bằng phần cứng chuyên dụng;
Tốc độ tạo: Theo so sánh GPU của Trapdoor-Tech (lấy Nvidia 3090 làm ví dụ) và FPGA (Xilinx VU 9 P làm ví dụ), phép nhân mô-đun tương tự được sử dụng trong BLS 12-381 (một loại đường cong elip cụ thể) / Thuật toán Modulo-add, tốc độ tạo GPU gấp 5 lần FPGA.
Tóm lại, trong ngắn hạn, xem xét chu kỳ phát triển, tính song song, tốc độ tạo, chi phí và số lượng lớn thiết bị nhàn rỗi được yêu cầu trên toàn mạng, GPU chắc chắn là lựa chọn có lợi nhất hiện nay. Hướng tối ưu hóa phần cứng hiện nay cũng tập trung vào GPU, thời điểm FPGA chiếm lĩnh hoàn toàn cuộc chơi vẫn chưa đến, vậy liệu có thể xây dựng một thị trường sức mạnh tính toán ZKP (quan niệm cá nhân của tôi) tương tự như khai thác PoW?
Suy nghĩ về việc xây dựng thị trường điện toán ZKP
Khi suy nghĩ về việc xây dựng thị trường sức mạnh tính toán ZKP, chúng tôi đã rút ra kết luận từ những điều trên về phần cứng sức mạnh tính toán. Các câu hỏi còn lại là ba điểm sau: ZKP có cần được phân quyền không? Quy mô thị trường có hấp dẫn không? Nếu tất cả các chuỗi công khai ZK chọn xây dựng thị trường thế hệ bằng chứng của riêng họ, thì thị trường năng lượng tính toán ZKP có ý nghĩa gì?
Ý nghĩa của phân quyền:Trước hết, hầu hết các dự án zkRollup hiện nay (chẳng hạn như Starkware và zKsync) đều dựa vào các máy chủ tập trung vì chỉ xem xét việc mở rộng Ethereum. Tập trung hóa có nghĩa là thông tin người dùng vẫn có nguy cơ bị kiểm duyệt, hy sinh tính chất không cần cấp phép quan trọng nhất của blockchain ở một mức độ nhất định. Chưa kể việc áp dụng giao thức bảo mật của ZK thì tính phân cấp do ZKP tạo ra là vô cùng cần thiết. Lý do thứ hai cho việc phân cấp là chi phí, tương tự như phần AGI trong bài viết trước, chi phí dịch vụ đám mây và mua phần cứng rất đắt và việc tạo bằng chứng thường chỉ phù hợp với các dự án lớn. Đối với các dự án nhỏ ở giai đoạn đầu, thị trường chứng minh phi tập trung có thể giảm bớt đáng kể vấn đề khó khăn tài chính trong giai đoạn khởi nghiệp, mặt khác, nó cũng làm giảm sự cạnh tranh không lành mạnh do vấn đề tài chính gây ra.
Quy mô thị trường:Paradigm đã dự đoán vào năm ngoái rằng thị trường công cụ khai thác/chứng nhận ZK có thể phát triển trong tương lai tương đương với quy mô của thị trường khai thác PoW trong quá khứ. Lý do cơ bản là người mua và người bán sức mạnh tính toán ZKP vô cùng phong phú trên thị trường sức mạnh tính toán ZKP. Đối với những người khai thác Ethereum trước đây, số lượng lớn các dự án chuỗi công khai và dự án Lớp 2 của ZK hấp dẫn hơn nhiều so với các chuỗi công khai phân nhánh của ETH. Tuy nhiên, chúng ta cũng cần xem xét một tình huống, hầu hết các chuỗi công khai ZK hoặc Lớp 2 cũng hoàn toàn có khả năng xây dựng thị trường tạo bằng chứng của riêng họ. Nếu họ muốn tuân thủ tường thuật phi tập trung, bước này phải có trong lộ trình (Starkware ở trên và zkSync cũng sẽ có các giải pháp phi tập trung của riêng họ trong tương lai), vậy việc xây dựng thị trường điện toán ZKP có còn ý nghĩa gì không?
Ý nghĩa của việc xây dựng:Trước hết, ZKP được sử dụng rộng rãi (chúng tôi đã đưa ra ví dụ nhiều lần ở trên và chúng tôi sẽ sử dụng một dự án làm tài liệu tham khảo bên dưới). Điểm thứ hai là ngay cả khi mỗi chuỗi ZK có thị trường thế hệ bằng chứng riêng, thị trường điện toán vẫn có ba chức năng, cho phép người bán cân nhắc việc bán sức mạnh điện toán.
1. Chia sức mạnh tính toán thành hai phần, một phần dùng để khai thác và phần còn lại dùng để bán các hợp đồng sức mạnh tính toán. Cách tiếp cận này có thể giúp phòng ngừa rủi ro biến động trên thị trường tiền điện tử. Khi thị trường giảm, hợp đồng điện toán bán ra mang lại thu nhập ổn định, còn khi thị trường tăng, phần mình khai thác được có thể mang lại thu nhập bổ sung;
2. Đó là một cách tiếp cận thận trọng hơn để bán tất cả sức mạnh tính toán và có được thu nhập cố định. Điều này có thể làm giảm tác động của biến động thị trường đến thu nhập và đảm bảo sự ổn định của thu nhập;
3. Do sự khác biệt về cơ cấu chi phí (chẳng hạn như chi phí điện), một số thợ đào có thể nhận được chi phí vận hành thấp hơn mức trung bình của thị trường. Những người khai thác này có thể tận dụng lợi thế về chi phí của mình bằng cách bán các hợp đồng điện toán theo giá thị trường và giữ lại chênh lệch giá do chi phí điện thấp hơn để đạt được chênh lệch giá.
Proof Market
Proof Market là một thị trường sức mạnh tính toán ZKP phi tập trung được xây dựng bởi =nil; (công ty RD Ethereum) (theo như tôi biết, đây cũng là thị trường sức mạnh tính toán duy nhất được xây dựng xung quanh thế hệ ZKP). Về cơ bản, nó là một thị trường không đáng tin cậy. giao thức cho phép các chuỗi khối và giao thức lớp 1 và lớp 2 tạo ra bằng chứng không có kiến thức theo yêu cầu để chia sẻ dữ liệu liền mạch mà không cần dựa vào các trung gian tập trung. Mặc dù Proof Market không phải là một thị trường được xây dựng xung quanh GPU cá nhân như tôi tưởng tượng (Proof Market được xây dựng xung quanh các nhà cung cấp phần cứng chuyên nghiệp, hoạt động khai thác GPU của ZKP cũng có thể đề cập đến kiến trúc Roller Network hoặc Aleo in the Scroll), nhưng còn thị trường sức mạnh tính toán ZKP thì sao? Nó vẫn có ý nghĩa tham khảo lớn về vấn đề xây dựng và ứng dụng rộng rãi. Quy trình làm việc của Proof Market như sau:
Người yêu cầu chứng minh:
Thực thể yêu cầu chứng nhận có thể là một ứng dụng như zkBridge, zkRollup, zkOracle hoặc zkML.
Nếu mạch không tồn tại, cần phải có giai đoạn chuẩn bị để tạo mạch mới bằng cách chạy zkLLVM.
Nếu mạch đã tồn tại, hãy tạo yêu cầu zkProof cho mạch được xác định trước.
zkLLVM：
Thành phần này chịu trách nhiệm tạo ra các mạch, là các chương trình mã hóa các tác vụ tính toán.
Trong giai đoạn chuẩn bị, zkLLVM thực hiện tiền xử lý các phép tính để tạo ra các mạch và gửi chúng tới Thị trường Chứng minh.
Proof Market：
là một thị trường trung tâm khớp lệnh từ những người yêu cầu bằng chứng với trình tạo bằng chứng.
Xác minh tính hợp lệ của bằng chứng và trao phần thưởng sau khi bằng chứng được xác minh.
Trình tạo bằng chứng:
Thực hiện các phép tính để tạo ra các bằng chứng không có kiến thức cần thiết.
Nhận đơn đặt hàng từ Proof Market và trả lại bằng chứng đã tạo.
hệ thống tiền thưởng:
Phần thưởng của nhà phát triển mạch: Bất cứ khi nào người yêu cầu bằng chứng sử dụng một mạch để tạo ra bằng chứng, tác giả của mạch sẽ được khen thưởng.
Phần thưởng của người tạo bằng chứng: Sau khi bằng chứng được xác minh trên Proof Market, người tạo sẽ nhận được phần thưởng theo các điều khoản của đơn đặt hàng.
Trong suốt quá trình, việc yêu cầu, tạo, xác minh và trao thưởng bằng chứng đều xoay quanh Thị trường Bằng chứng. Quá trình này nhằm mục đích tạo ra một thị trường phi tập trung, nơi việc tạo và xác minh ZKP được tự động hóa và người tham gia có thể nhận được phần thưởng tương ứng dựa trên đóng góp của họ.
Kịch bản ứng dụng
Kể từ khi ra mắt phiên bản beta vào tháng 1 năm 2023, các trường hợp sử dụng chính của Proof Market là các giao thức hoạt động bên ngoài lớp đầu tiên của Ethereum (L1): chẳng hạn như zkRollup, zkBridge kết nối với Ethereum và các chuỗi công khai sử dụng zkP.
Với việc tích hợp điểm cuối Ethereum (ám chỉ giao diện cổng cho phép các hệ thống hoặc dịch vụ khác kết nối và tích hợp), Proof Market sẽ phù hợp với nhiều ứng dụng hơn, đặc biệt là những ứng dụng cần yêu cầu trực tiếp bằng chứng từ ứng dụng EVM. hoặc các ứng dụng cần lưu trữ dữ liệu trên chuỗi để có thể hoạt động cùng nhau.
Dưới đây là một số kịch bản ứng dụng tiềm năng:
Học máy (ML): Các yêu cầu suy luận có thể được thực hiện đối với các ứng dụng zkML trên chuỗi. Các ứng dụng như phát hiện gian lận, phân tích dự đoán, xác minh danh tính, v.v. có thể được triển khai trên Ethereum.
Xử lý dữ liệu Ethereum (zkOracles): Nhiều ứng dụng yêu cầu dữ liệu lịch sử hoặc dữ liệu đã xử lý của Ethereum. Sử dụng zkOracles, người dùng có thể lấy dữ liệu lớp thực thi từ lớp đồng thuận.
Truyền dữ liệu (zkBridges): Người dùng có thể trực tiếp yêu cầu truyền dữ liệu và trả phí chứng minh, loại bỏ nhu cầu nhà điều hành cầu nối đóng vai trò trung gian giữa người dùng và thị trường.
Bằng chứng gian lận: Một số bằng chứng gian lận có thể được xác minh dễ dàng trên chuỗi, trong khi những bằng chứng khác thì không thể. Fishermen (những người tham gia mạng tập trung vào việc xác thực giao thức chính và tìm kiếm khả năng gian lận) có thể tập trung vào việc xác thực giao thức chính và chỉ ra các bằng chứng cần thiết do Proof Market cung cấp.
Cập nhật và tích lũy dữ liệu: Các ứng dụng có thể lưu trữ trực tiếp các bản cập nhật mới nhất ở cấp độ đầu tiên và sau đó tích lũy chúng vào cây Merkle với bằng chứng về các bản cập nhật gốc chính xác.
Tạo số ngẫu nhiên: Ứng dụng có thể sắp xếp các số ngẫu nhiên được tạo thông qua VDF dựa trên hàm băm không đáng tin cậy.
Tập hợp bằng chứng: Nếu ứng dụng gửi bằng chứng một cách độc lập (không cần xác minh), chi phí xác minh bằng chứng có thể giảm bằng cách tổng hợp chúng thành một bằng chứng duy nhất và sau đó xác minh tất cả cùng một lúc.
Buổi thực chiến
Lido, dự án LSD mà chúng tôi quen thuộc gần đây, cũng đang xây dựng một giải pháp nhằm nâng cao tính bảo mật và độ tin cậy của hợp đồng Lido Accounting Oracle thông qua Proof Market. Lido Accounting Oracle dựa vào ủy ban Oracle gồm các bên thứ ba đáng tin cậy và cơ chế đại biểu để duy trì trạng thái của nó, điều này tạo ra các vectơ tấn công tiềm năng. Quy trình giải pháp của Proof Market như sau:
định nghĩa vấn đề
Hợp đồng Lido Accounting Oracle: xử lý báo cáo phức tạp, bao gồm dữ liệu lớp đồng thuận (Lớp đồng thuận) (chẳng hạn như Tổng giá trị bị khóa (TVL), số lượng trình xác thực, v.v.).
Mục tiêu: Để báo cáo không cần phải tin cậy, báo cáo cần được mở rộng để bao gồm bằng chứng về tính hợp lệ của tính toán.
Đặc tả giải pháp
Mục tiêu sơ bộ: Trong giai đoạn đầu tiên, chỉ một tập hợp con của số dư Lido CL (đề cập đến số dư tài sản liên quan đến lớp đồng thuận trong giao thức Lido), số lượng số dư đang hoạt động và đã thoát, v.v., sẽ được báo cáo.
Những người tham gia chính:
Lido: Cần phải cung cấp một số dữ liệu nhất định từ trạng thái lớp đồng thuận trong lớp thực thi (Lớp thực thi).
Oracle: Báo cáo TVL và số lượng người xác thực cho hợp đồng TVL.
Nhà sản xuất bằng chứng: Tạo ra bằng chứng tính toàn vẹn tính toán.
Người xác minh bằng chứng: Xác minh bằng chứng trong hợp đồng EL.
Hiện thực hóa kỹ thuật
Oracle: Ứng dụng độc lập, thu thập dữ liệu đầu vào, tính toán các báo cáo của Oracle và tạo ra các bằng chứng ngăn chặn.
Mạch zkLLVM: Một chương trình xây dựng bằng chứng không có kiến thức về tính toàn vẹn tính toán.
Kiểm toán kế toán không cần tin cậy đối với các hợp đồng của Oracle: xác minh bằng chứng nhị phân, xác minh thông tin tính hợp lệ.
Giai đoạn triển khai
Trạng thái hiện tại: Khi các thành viên Oracle đủ tin tưởng gửi báo cáo và đạt đủ số đại biểu.
Giai đoạn Khởi động tối: Đã đạt được số đại biểu tin cậy nhưng các báo cáo không đáng tin cậy cũng được chấp nhận và các xác minh cần thiết được thực hiện.
Giai đoạn chuyển tiếp: Đã đạt đủ số đại biểu tin cậy, nhận được ít nhất 1 báo cáo không đáng tin cậy hợp lệ và các báo cáo đều nhất quán.
Ra mắt đầy đủ: Hợp đồng kế toán chỉ sử dụng báo cáo không đáng tin cậy để xác định TVL và số lượng người xác thực.
Trạng thái cuối cùng: Bãi bỏ hoàn toàn báo cáo đại biểu và chỉ sử dụng báo cáo không đáng tin cậy.
Phần kết luận
So với kế hoạch chi tiết lớn của thị trường năng lượng tính toán AGI, thị trường sức mạnh tính toán ZKP hiện bị hạn chế hơn đối với các ứng dụng trong blockchain. Nhưng lợi ích ngược lại là sự phát triển của thị trường năng lượng tính toán ZKP không cần phải xem xét đến các thiết kế cực kỳ phức tạp như mạng thần kinh, độ khó phát triển tổng thể thấp hơn và yêu cầu về vốn ít hơn. Tổng hợp các dự án trên, không khó để nhận thấy rằng trong khi thị trường năng lượng tính toán AGI vẫn còn bối rối về cách triển khai thì thị trường sức mạnh tính toán ZKP đã thâm nhập vào nhiều kịch bản ứng dụng trong blockchain ở nhiều chiều.
Từ góc độ thị trường, thị trường sức mạnh tính toán ZKP vẫn đang trong giai đoạn đại dương xanh và Proof Market được đề cập ở trên không phải là thiết kế lý tưởng nhất trong tâm trí tôi. Các thị trường bán điện toán khác nhau, thiết kế của thị trường điện toán ZKP vẫn còn nhiều chỗ cho trí tưởng tượng. Suy nghĩ từ góc độ phát triển, Vitalik đã nhiều lần nhấn mạnh rằng tác động của ZK đối với lĩnh vực blockchain trong mười năm tới sẽ quan trọng như chính blockchain. Tuy nhiên, từ góc độ tính linh hoạt của ZK, khi thiết kế hoàn thiện, tầm quan trọng trong tương lai của ZK trong các lĩnh vực không phải blockchain có thể không thua kém so với AGI hiện tại và không thể đánh giá thấp triển vọng của nó.
người giới thiệu:
1.Hardware Acceleration for Zero Knowledge Proofs：https://www.paradigm.xyz/2022/04/zk-hardware
2.Use of elliptic curves in cryptography ( 1988)：https://link.zhihu.com/?target=https%3A//link.springer.com/content/pdf/10.1007% 252 F 3-540-39799-X_ 31.pdf
3.ZKLLVM + Lido Trustless Accounting oracle: solution spec：https://docs.google.com/document/d/1d5 Ru 7 WWae-yilXzOVgNS5DNweAMj6FNJrZllvD00mB0/edit
4.DIZK: A Distributed Zero Knowledge Proof System：https://www.usenix.org/conference/usenixsecurity18/presentation/wu
5. Hướng dẫn dành cho nhà phát triển thị trường bằng chứng:https://docs.nil.foundation/proof-market/proof-producers/proof-producer
6.Tăng tốc -ZKP hàng tuần của iOSG:https://mirror.xyz/0x5Eba828AB4999825D8416D7EAd9563b64FD90276/8 DGPafCg 1 oLZ 0 T-cXSbcu5q1dYxhFDuilR1brWfLZXM
7.ZK Proof Computing: Hành trình mới cho phần cứng máy tính? :https://mp.weixin.qq.com/s/gInQOIJyLZwzzgmFkbaFwQ
8. Kỷ nguyên mới của ZK được thúc đẩy bởi khả năng tăng tốc phần cứng:https://mp.weixin.qq.com/s/3I-gz4O57_crS7_KZSA8KA
IOS
Android