ZK協處理器:構建通往Web3大規模應用的橋梁

在傳統計算機領域,協處理器負責爲CPU處理其它繁雜任務。常見的協處理器包括蘋果的M7運動協處理器和Nvidia的GPU。協處理器能夠卸載復雜且單一性能要求高的代碼,讓CPU處理更靈活多變的部分。

以太坊鏈上存在兩個嚴重制約應用發展的問題:

1. 高額Gas費限制了鏈上應用的開發範圍。
2. 智能合約只能訪問近期區塊數據,導致基於數據的創新應用難以出現。

這兩個問題嚴重限制了"大規模應用"產品的出現。ZK協處理器可以作爲以太坊的輔助處理單元,處理計算和數據密集型任務,從而解決這些問題。

ZK協處理器的應用邊界非常廣泛,幾乎可以覆蓋所有真實的dapp應用場景,如社交、遊戲、DeFi、風控系統、數據存儲、大模型訓練等。理論上,Web2應用能實現的功能,ZK協處理器都可以在區塊鏈上實現,同時還能利用以太坊作爲結算層保護應用安全。

目前業內知名的協處理器項目主要分爲三類:鏈上數據索引、預言機和ZKML。其中通用型ZK協處理器(General-ZKM)可以覆蓋所有這些應用場景。

通用ZK協處理器技術架構

以Risc Zero、Lagrange和Succinct爲例分析通用ZK協處理器的技術架構:

Risc Zero

Risc Zero的ZK協處理器名爲Bonsai,是一套與鏈無關的零知識證明組件。其主要功能包括:

1. 通用zkVM,可在零知識/可驗證環境中運行任何虛擬機。
2. 可直接集成到智能合約或鏈中的ZK證明生成系統。
3. 通用rollup,可將Bonsai上證明的計算分發到鏈上。

Bonsai的組件包括證明者網路、請求池、Rollup引擎、鏡像中心、狀態存儲和證明市場等。

Lagrange

Lagrange旨在構建協處理器和可驗證數據庫,包括區塊鏈歷史數據,以支持計算和數據密集型應用開發。其主要功能有:

1. 可驗證數據庫:索引鏈上智能合約存儲,重構區塊鏈存儲、狀態和區塊。
2. 基於MapReduce原則的計算:採用數據分離多實例並行計算。

Lagrange設計了新的合約存儲、帳戶狀態和區塊數據結構,以支持SNARK/STARK證明。其ZKMR虛擬機通過Map和Reduce兩個步驟進行分布式計算和證明合並。

Succinct

Succinct Network的目標是將可編程事實集成到區塊鏈開發棧的各個部分。其特點在於證明市場兼容各種證明系統。

Succinct的鏈下ZKVM稱爲SP(Succinct Processor),支持Rust等LLVM語言。其核心特性包括:

1. 基於STARKs的遞歸證明技術
2. SNARKs到STARKs的包裝器
3. 預編譯爲中心的zkVM架構

協處理器與Layer2的異同

與面向用戶的Layer2不同,協處理器面向應用,可作爲加速組件或模塊化組件應用於:

1. ZK Layer2的鏈下虛擬機
2. 公鏈應用的鏈下算力
3. 跨鏈數據預言機
4. 跨鏈橋消息傳遞

協處理器帶來了全鏈實時同步數據與高性能低成本可信計算的潛力,可重構區塊鏈的大部分中間件。

協處理器面臨的挑戰

1. 開發者進入門檻高
2. 賽道極早期,格局不明朗
3. 硬件等先決條件未落地
4. 技術路徑相似,難以形成技術壁壘

總結與展望

ZK協處理器有望重構Web3應用開發範式,實現全鏈實時可證明數據庫和低成本鏈下計算。ZK算力芯片的落地是大規模商業化應用的前提。預計下一輪週期ZK產業鏈將實現商業化落地,真正支持10億用戶級的鏈上交互。