原文作者：Frank，PANews
4 月10 日，a16z Crypto 發布了名為Jolt 的zkEVM 解決方案，旨在加速和簡化區塊鏈擴展操作。 Jolt 整合了SNARK 零知識證明，為EVM 相容Rollups 提供了框架，可以幫助開發人員創建基於SNARK 的L2解決方案。團隊表示，與目前的zkVM 相比，Jolt 的速度「快了兩倍」。
由於Jolt 的技術原理較為複雜，以下是關於可能涉及的幾個技術名詞關係的簡單解釋：
zkSNARK 是一種強大的零知識證明原語，是建立zkVM 和zkEVM 的基礎
zkVM 是一個通用的零知識虛擬機器概念，支援任意指令集
zkEVM 是zkVM 的一個特例，專門用於相容EVM
ZK Rollup 採用zkVM 或zkEVM 來提升以太坊的可擴充性，同時兼顧隱私性
Jolt 是什麼？
Jolt 是一種新型的SNARK 的解決方案，提供了一種更簡潔，高效的方案來建構zkVM（零知識虛擬機）。實際上，早在2023 年8 月，a16z crypto 就已經提出了名為Lasso 和Jolt 相關概念。在SNARK 技術存在又慢又高昂的成本的背景下，這兩項技術被提出。
其中Lasso，是一種新的查找參數，可以顯著降低證明者成本；Jolt，使用Lasso 提供了一個新的框架，用於為所謂的zkVM 和更廣泛的前端設計SNARK。它們共同提高了SNARK 設計的效能、開發人員體驗和可審核性，進而提高了web3 中的建置。從而提升零知識證明在區塊鏈領域的使用。
在理解Jolt 之前，或許需要先了解zkVM 和zkEVM。
zkVM 是一個通用的概念，指零知識虛擬機器。與zkEVM 類似，zkVM 允許用高級語言如C++或Rust 編寫程序，然後虛擬機把程序編譯成某種中間表示(如電路或算術約束)，再用zkSNARK 等證明系統對中間表示的執行過程進行證明。相較於zkEVM，zkVM 不限於相容EVM，而是支援任意指令集。 Jolt 就是一個針對RISC-V 指令集的高效能zkVM 實作。
我們可以將zkVM 看作一個特殊的“黑盒子”，它可以在保護隱私的前提下，向外界證明自己確實按照預定的程序執行了計算。但傳統的zkVM 在產生這個證明的過程中需要進行大量繁瑣的計算，導致效能非常低。
Jolt 的核心創新是找到了更有效率的數學方法，來產生這個證明:
首先，Jolt 巧妙地將待證明的計算轉化為一種特殊的多項式，我們姑且稱之為「計算多項式」。這個多項式的特點是，只有當黑盒子確實正確執行了計算，它的值才會等於零。
為了證明「計算多項式」的值等於零，Jolt 使用了一種稱為「sumcheck」的互動式協定。這個協議可以在較短的時間內，讓驗證者確信多項式值為零，而不需要實際計算整個多項式。這有點類似老師只檢查學生的幾題，就能判斷整份考卷是否正確。
Jolt 的技術優勢
關於Jolt 的技術原理非常複雜，簡單來說。在區塊鍊網絡的發展過程中，zkVM 是一種在提升區塊鍊網絡拓展性的關鍵技術，能夠在保障隱私的情況下提供有效的證明。 Vitalik 在最近的香港Web3嘉年華的主題演講中，就圍繞著zkSNARK 技術進行了詳細的論述。 Vitalik 表示：“尋找ZKSNARKS 在隱私方面非常有用，在可擴展性方面也非常有用。”
但證明產生的速度和計算開銷一直是zkSNARK 技術實用化的一大挑戰，也是近年來學術界和業界重點攻關的方向。傳統的zkSNARK 方案，如Pinocchio 和Groth 16 ，在證明較為複雜的計算邏輯時，證明生成的時間可能會長達幾個小時甚至幾天，而且需要消耗大量的內存和存儲資源。這種效能瓶頸嚴重限制了zkSNARK 在許多實際場景下的應用。
而如果要讓區塊鏈實現大規模應用，達到即時驗證的效果。提升zkSNARK 的效能是非常關鍵的一步。
具體來說，zkSNARK 的證明產生過程涉及複雜的密碼學算法，如橢圓曲線配對、多項式插值等，這些操作對計算資源的消耗非常大。尤其是當被證明的計算電路規模較大時，證明產生的計算複雜度會呈指數級上升。
根據a16z Crypto 表示，在CPU 上，初始Jolt 實現大約比RISC Zero 快6 倍，比最近發布的SP 1 快2 倍，並且未來幾週內將Jolt 的速度提高約1.5 倍。
Jolt 目前的速度已經比現有的zkVM 快2 倍以上，但仍有很大的優化空間。
Jolt 也巧妙地運用多項式的某些代數性質，實現了更有效率的多項式承諾方案。這進一步減少了證明的大小和驗證的時間。
Jolt 可能帶來的變化
從工程角度來說，Jolt 採用了一系列優化手段，例如更緊湊的電路設計、更高效的管線、更充分的平行化等等，最大限度地挖掘硬件的算力。
假設你是Web3開發者，想要在以太坊上部署一款鏈上撲克遊戲。這個遊戲需要在鏈上洗牌、發牌、比較牌面大小等，每個操作都需要透過zkVM 電路來實現隱私保護和可驗證性。
如果你使用現有的zkVM 方案如ZoKrates 或bellman，建構這樣一個電路可能需要幾個小時甚至幾天的時間。因為目前的zkVM 效能仍較為低下，產生複雜電路的零知識證明需要大量的運算資源和時間開銷。這意味著開發和測試週期會非常漫長。
而如果你使用Jolt 來建構同樣的電路，情況會發生顯著變化。根據Jolt 團隊的測試，目前的Jolt 實現產生證明的速度已經比主流的zkVM 方案快2-5 倍。這意味著，如果原來產生證明需要10 小時，現在可能只需要2-5 小時。
總的來說，Jolt 所帶來的2-5 倍效能提升，這意味著zkVM 技術的可用性和易用性得到了大幅改善。這將顯著降低Web3開發者的門檻，縮短應用程式的開發週期，同時為終端用戶帶來更好的使用體驗。從更長遠來看，Jolt 預計將加速zkVM 技術的大規模應用，讓更多的隱私保護和可驗證運算能力惠及每一個Web3用戶。
當然，Jolt 目前還處於發展的早期階段， 2-5 倍的效能提升只是一個開始。隨著Jolt 技術的不斷迭代優化，zkVM 的效能將會進一步的突破，最終為實現Web3的大規模應用鋪平道路。
