Đọc giải pháp zkEVM mới nhất của a16z Crypto Jolt trong một bài viết
Tác giả gốc: Frank, PANews
Vào ngày 10 tháng 4, a16z Crypto đã phát hành giải pháp zkEVM có tên Jolt, được thiết kế để tăng tốc và đơn giản hóa các hoạt động mở rộng quy mô blockchain. Jolt tích hợp các bằng chứng không có kiến thức về SNARK, cung cấp khuôn khổ cho các Bản tổng hợp tương thích với EVM và có thể giúp các nhà phát triển tạo ra các giải pháp L2 dựa trên SNARK. Nhóm cho biết Jolt nhanh gấp đôi so với zkVM hiện tại.
Vì các nguyên tắc kỹ thuật của Jolt tương đối phức tạp nên sau đây là giải thích ngắn gọn về mối quan hệ giữa một số thuật ngữ kỹ thuật có thể liên quan:
zkSNARK là một bằng chứng nguyên thủy không có kiến thức mạnh mẽ, là nền tảng để xây dựng zkVM và zkEVM
zkVM là một khái niệm máy ảo không có kiến thức chung hỗ trợ mọi tập lệnh
zkEVM là trường hợp đặc biệt của zkVM, được thiết kế đặc biệt để tương thích với EVM
ZK Rollup sử dụng zkVM hoặc zkEVM để cải thiện khả năng mở rộng của Ethereum trong khi vẫn tính đến quyền riêng tư
Jolt là gì?
Jolt là một giải pháp SNARK mới cung cấp giải pháp đơn giản và hiệu quả hơn để xây dựng zkVM (máy ảo không kiến thức). Trên thực tế, ngay từ tháng 8 năm 2023, tiền điện tử a16z đã đề xuất các khái niệm liên quan có tên Lasso và Jolt. Hai công nghệ này được đề xuất trong bối cảnh công nghệ SNARK có tốc độ chậm và chi phí cao.
Trong số đó, Lasso, là một tham số tra cứu mới có thể giảm đáng kể chi phí của bộ chứng minh; Jolt, sử dụng Lasso, cung cấp một khuôn khổ mới để thiết kế SNARK cho cái gọi là zkVM và các giao diện người dùng rộng hơn. Cùng nhau, chúng cải thiện hiệu suất, trải nghiệm của nhà phát triển và khả năng kiểm tra của thiết kế SNARK, từ đó cải thiện việc xây dựng trong web3. Điều này sẽ tăng cường việc sử dụng các bằng chứng không có kiến thức trong lĩnh vực blockchain.
Trước khi hiểu Jolt, trước tiên bạn có thể cần hiểu zkVM và zkEVM.
zkVM là một khái niệm chung đề cập đến một máy ảo không có kiến thức. Tương tự như zkEVM, zkVM cho phép các chương trình được viết bằng các ngôn ngữ cấp cao như C++ hoặc Rust, sau đó máy ảo biên dịch chương trình thành một số biểu diễn trung gian (như mạch hoặc ràng buộc số học), sau đó sử dụng các hệ thống chứng minh như dưới dạng zkSNARK để chứng minh quy trình thực thi của biểu diễn trung gian. So với zkEVM, zkVM không bị giới hạn ở khả năng tương thích với EVM mà còn hỗ trợ mọi tập lệnh. Jolt là một triển khai zkVM hiệu suất cao cho tập lệnh RISC-V.
Chúng ta có thể coi zkVM như một hộp đen đặc biệt có thể chứng minh với thế giới bên ngoài rằng nó thực sự đã thực hiện các phép tính theo các quy trình định trước đồng thời bảo vệ quyền riêng tư. Tuy nhiên, zkVM truyền thống đòi hỏi nhiều tính toán tẻ nhạt trong quá trình tạo ra bằng chứng này, dẫn đến hiệu suất rất thấp.
Đổi mới cốt lõi của Jolt là tìm ra một phương pháp toán học hiệu quả hơn để tạo ra bằng chứng này:
Đầu tiên, Jolt đã khéo léo biến phép tính cần chứng minh thành một đa thức đặc biệt mà chúng tôi tạm gọi là đa thức tính toán. Điểm đặc biệt của đa thức này là giá trị của nó sẽ chỉ bằng 0 nếu hộp đen thực sự thực hiện phép tính chính xác.
Để chứng minh rằng giá trị của một đa thức tính toán bằng 0, Jolt sử dụng một giao thức tương tác có tên là sumcheck. Giao thức này có thể thuyết phục người xác minh rằng giá trị đa thức bằng 0 trong một khoảng thời gian ngắn mà không thực sự tính toán toàn bộ đa thức. Điều này hơi giống với cách giáo viên có thể đánh giá liệu toàn bộ bài kiểm tra có đúng hay không bằng cách chỉ kiểm tra một vài câu hỏi của học sinh.
Ưu điểm kỹ thuật của Jolt
Nói một cách đơn giản, các nguyên tắc kỹ thuật đằng sau Jolt rất phức tạp. Trong quá trình phát triển mạng blockchain, zkVM là công nghệ then chốt giúp cải thiện khả năng mở rộng của mạng blockchain và có thể cung cấp bằng chứng hiệu quả đồng thời đảm bảo quyền riêng tư. Trong bài phát biểu quan trọng gần đây tại Lễ hội Web3 Hồng Kông, Vitalik đã thảo luận chi tiết về công nghệ zkSNARK. Vitalik cho biết: “Việc tìm kiếm ZKSNARKS rất hữu ích về mặt quyền riêng tư và nó cũng rất hữu ích về khả năng mở rộng”.
Tuy nhiên, tốc độ và chi phí tính toán của việc tạo ra chứng minh luôn là thách thức lớn đối với việc triển khai thực tế công nghệ zkSNARK và nó cũng là trọng tâm nghiên cứu trong giới học thuật và ngành công nghiệp trong những năm gần đây. Các sơ đồ zkSNARK truyền thống, chẳng hạn như Pinocchio và Groth 16, có thể mất tới vài giờ hoặc thậm chí vài ngày để chứng minh logic tính toán phức tạp hơn và yêu cầu một lượng lớn bộ nhớ và tài nguyên lưu trữ. Nút thắt hiệu suất này hạn chế nghiêm trọng việc áp dụng zkSNARK trong nhiều tình huống thực tế.
Và nếu bạn muốn kích hoạt ứng dụng blockchain quy mô lớn để đạt được xác minh theo thời gian thực. Cải thiện hiệu suất của zkSNARK là một bước rất quan trọng.
Cụ thể, quá trình tạo bằng chứng của zkSNARK bao gồm các thuật toán mã hóa phức tạp, chẳng hạn như ghép đường cong elip, nội suy đa thức, v.v. Các hoạt động này tiêu tốn rất nhiều tài nguyên máy tính. Đặc biệt khi quy mô của mạch tính toán được chứng minh lớn thì độ phức tạp tính toán của việc tạo chứng minh sẽ tăng theo cấp số nhân.
Theo a16z Crypto, trên CPU, quá trình triển khai Jolt ban đầu nhanh hơn khoảng 6 lần so với RISC Zero và nhanh hơn gấp 2 lần so với SP 1 được phát hành gần đây, với Jolt dự kiến sẽ nhanh hơn khoảng 1,5 lần trong những tuần tới.
Jolt hiện nhanh hơn zkVM hiện tại hơn 2 lần, nhưng vẫn còn rất nhiều chỗ để tối ưu hóa.
Jolt cũng khéo léo khai thác các tính chất đại số nhất định của đa thức để thực hiện các sơ đồ cam kết đa thức hiệu quả hơn. Điều này tiếp tục làm giảm kích thước bằng chứng và thời gian xác minh.
Những thay đổi có thể xảy ra Jolt sẽ mang lại
Từ góc độ kỹ thuật, Jolt sử dụng một loạt phương pháp tối ưu hóa, chẳng hạn như thiết kế mạch nhỏ gọn hơn, đường ống hiệu quả hơn, song song hóa đầy đủ hơn, v.v., để tối đa hóa sức mạnh tính toán của phần cứng.
Giả sử bạn là nhà phát triển Web3 muốn triển khai trò chơi poker trực tuyến trên Ethereum. Trò chơi này yêu cầu xáo trộn, chia bài, so sánh kích thước thẻ, v.v. trên chuỗi. Mỗi thao tác yêu cầu các mạch zkVM để đạt được khả năng xác minh và bảo vệ quyền riêng tư.
Nếu bạn sử dụng giải pháp zkVM hiện có như ZoKrates hoặc bellman, việc xây dựng một mạch như vậy có thể mất hàng giờ hoặc thậm chí vài ngày. Do hiệu suất zkVM hiện tại vẫn còn tương đối thấp nên việc tạo ra bằng chứng không có kiến thức về các mạch phức tạp đòi hỏi nhiều tài nguyên máy tính và chi phí thời gian. Điều này có nghĩa là chu kỳ phát triển và thử nghiệm có thể rất dài.
Và nếu bạn sử dụng Jolt để xây dựng mạch tương tự, tình hình sẽ thay đổi đáng kể. Theo thử nghiệm của nhóm Jolt, việc triển khai Jolt hiện tại đã nhanh hơn 2-5 lần so với giải pháp zkVM chính thống trong việc tạo bằng chứng. Điều này có nghĩa là nếu ban đầu phải mất 10 giờ để tạo bằng chứng thì bây giờ có thể chỉ mất 2-5 giờ.
Nhìn chung, cải thiện hiệu suất gấp 2-5 lần do Jolt mang lại có nghĩa là khả năng sử dụng và tính dễ sử dụng của công nghệ zkVM đã được cải thiện rất nhiều. Điều này sẽ hạ thấp đáng kể ngưỡng dành cho các nhà phát triển Web3, rút ngắn chu kỳ phát triển ứng dụng và mang lại trải nghiệm tốt hơn cho người dùng cuối. Về lâu dài, Jolt dự kiến sẽ tăng tốc ứng dụng công nghệ zkVM trên quy mô lớn, cho phép bảo vệ quyền riêng tư nhiều hơn và khả năng tính toán có thể kiểm chứng để mang lại lợi ích cho mọi người dùng Web3.
Tất nhiên, Jolt vẫn đang trong giai đoạn phát triển ban đầu và việc cải thiện hiệu suất gấp 2-5 lần chỉ là bước khởi đầu. Với việc tối ưu hóa lặp đi lặp lại liên tục của công nghệ Jolt, hiệu suất của zkVM sẽ được cải thiện hơn nữa, cuối cùng sẽ mở đường cho ứng dụng quy mô lớn của Web3.
