ZK协处理器:构建通往Web3大规模应用的桥梁

在传统计算机领域,协处理器负责为CPU处理其它繁杂任务。常见的协处理器包括苹果的M7运动协处理器和Nvidia的GPU。协处理器能够卸载复杂且单一性能要求高的代码,让CPU处理更灵活多变的部分。

以太坊链上存在两个严重制约应用发展的问题:

1. 高额Gas费限制了链上应用的开发范围。
2. 智能合约只能访问近期区块数据,导致基于数据的创新应用难以出现。

这两个问题严重限制了"大规模应用"产品的出现。ZK协处理器可以作为以太坊的辅助处理单元,处理计算和数据密集型任务,从而解决这些问题。

ZK协处理器的应用边界非常广泛,几乎可以覆盖所有真实的dapp应用场景,如社交、游戏、DeFi、风控系统、数据存储、大模型训练等。理论上,Web2应用能实现的功能,ZK协处理器都可以在区块链上实现,同时还能利用以太坊作为结算层保护应用安全。

目前业内知名的协处理器项目主要分为三类:链上数据索引、预言机和ZKML。其中通用型ZK协处理器(General-ZKM)可以覆盖所有这些应用场景。

通用ZK协处理器技术架构

以Risc Zero、Lagrange和Succinct为例分析通用ZK协处理器的技术架构:

Risc Zero

Risc Zero的ZK协处理器名为Bonsai,是一套与链无关的零知识证明组件。其主要功能包括:

1. 通用zkVM,可在零知识/可验证环境中运行任何虚拟机。
2. 可直接集成到智能合约或链中的ZK证明生成系统。
3. 通用rollup,可将Bonsai上证明的计算分发到链上。

Bonsai的组件包括证明者网络、请求池、Rollup引擎、镜像中心、状态存储和证明市场等。

Lagrange

Lagrange旨在构建协处理器和可验证数据库,包括区块链历史数据,以支持计算和数据密集型应用开发。其主要功能有:

1. 可验证数据库:索引链上智能合约存储,重构区块链存储、状态和区块。
2. 基于MapReduce原则的计算:采用数据分离多实例并行计算。

Lagrange设计了新的合约存储、账户状态和区块数据结构,以支持SNARK/STARK证明。其ZKMR虚拟机通过Map和Reduce两个步骤进行分布式计算和证明合并。

Succinct

Succinct Network的目标是将可编程事实集成到区块链开发栈的各个部分。其特点在于证明市场兼容各种证明系统。

Succinct的链下ZKVM称为SP(Succinct Processor),支持Rust等LLVM语言。其核心特性包括:

1. 基于STARKs的递归证明技术
2. SNARKs到STARKs的包装器
3. 预编译为中心的zkVM架构

协处理器与Layer2的异同

与面向用户的Layer2不同,协处理器面向应用,可作为加速组件或模块化组件应用于:

1. ZK Layer2的链下虚拟机
2. 公链应用的链下算力
3. 跨链数据预言机
4. 跨链桥消息传递

协处理器带来了全链实时同步数据与高性能低成本可信计算的潜力,可重构区块链的大部分中间件。

协处理器面临的挑战

1. 开发者进入门槛高
2. 赛道极早期,格局不明朗
3. 硬件等先决条件未落地
4. 技术路径相似,难以形成技术壁垒

总结与展望

ZK协处理器有望重构Web3应用开发范式,实现全链实时可证明数据库和低成本链下计算。ZK算力芯片的落地是大规模商业化应用的前提。预计下一轮周期ZK产业链将实现商业化落地,真正支持10亿用户级的链上交互。