10 апреля a16z Crypto выпустил решение zkEVM под названием Jolt, направленное на ускорение и упрощение операций масштабирования блокчейна. Jolt интегрирует нулевые доказательства SNARK для создания фреймворка для EVM-совместимых Rollups, помогая разработчикам создавать SNARK-основанные решения L2. Команда заявила, что скорость Jolt в два раза превышает скорость существующих решений zkVM.

Поскольку технические принципы Jolt относительно сложны, вот простое объяснение нескольких технических терминов, которые могут быть вовлечены:

zkSNARK - это мощный примитив доказательства нулевого знания и является основой для построения zkVM и zkEVM.

zkVM - это общий концепт нулевой виртуальной машины, поддерживающий любой набор инструкций.

zkEVM - это конкретный экземпляр zkVM, разработанный специально для совместимости с EVM.

ZK Rollup использует zkVM или zkEVM для увеличения масштабируемости Ethereum при сохранении конфиденциальности.

Что такое Jolt?

Jolt - это новое решение SNARK, которое предоставляет более краткий и эффективный подход к созданию zkVM (виртуальной машины с нулевым доказательством). Фактически, уже в августе 2023 года a16z Crypto предложила концепции под названием Lasso и Jolt. Эти технологии были представлены на фоне медленной и дорогостоящей природы технологии SNARK.

Лассо, один из этих концепций, является новым методом поиска параметров, который значительно снижает затраты для проверяющих. С другой стороны, Jolt использует Лассо для создания новой платформы для разработки SNARKs для zkVM и широкого круга фронтенд-приложений. Вместе они улучшают производительность, опыт разработчика и аудитопригодность дизайнов SNARK, тем самым улучшая создание веб-приложений третьего поколения. Это, в свою очередь, повышает использование доказательств нулевого разглашения в области блокчейна.

Прежде чем погружаться в Jolt, может быть полезно понять zkVM и zkEVM.

zkVM - это общий концепт, относящийся к виртуальной машине с нулевым разглашением. Подобно zkEVM, zkVM позволяет программы писать на высокоуровневых языках, таких как C++ или Rust, которые затем компилируются виртуальной машиной в некоторую форму промежуточного представления (например, цепочек или арифметических ограничений). Это промежуточное представление затем доказывается на корректность выполнения с использованием систем доказательств, таких как zkSNARK. В отличие от zkEVM, zkVM не ограничивается совместимостью с EVM, но поддерживает любой набор инструкций. Jolt - это высокопроизводительная реализация zkVM, разработанная для набора инструкций RISC-V.

Мы можем представить zkVM как особый «черный ящик», который может доказать внешнему миру, сохраняя при этом конфиденциальность, что он действительно выполнил вычисление в соответствии с заранее определенной программой. Однако традиционные zkVM требуют обширных и громоздких вычислений для генерации этого доказательства, что приводит к очень низкой производительности.

Основное новшество Jolt заключается в поиске более эффективного математического подхода к генерации этого доказательства:

Сначала Jolt умно преобразует вычисление, которое нужно доказать, в специальный тип полинома, который мы будем называть "полиномом вычисления". Характерной особенностью этого полинома является то, что его значение равно нулю только тогда, когда черный ящик правильно выполняет вычисление.

Для доказательства того, что значение "полинома вычислений" равно нулю, Jolt использует интерактивный протокол под названием "sumcheck". Этот протокол позволяет верификаторам убедиться в том, что значение полинома равно нулю за более короткое время, необходимое для вычисления всего полинома. Это аналогично ситуации, когда учитель проверяет лишь несколько вопросов на тестовой работе студента, чтобы определить правильность всей работы.

Технические преимущества Jolt

Технические принципы Jolt довольно сложны, но чтобы облегчить, zkVM - ключевая технология для увеличения масштабируемости блокчейн-сетей, способная обеспечивать эффективные доказательства, сохраняя конфиденциальность. Виталик подробно обсудил технологию zkSNARK во время своего недавнего выступления на карнавале Web3 в Гонконге. Виталик заявил: «Нахождение ZKSNARKS очень полезно для конфиденциальности и масштабируемости».

Однако скорость генерации доказательств и вычислительные накладные расходы всегда были основными проблемами для практического применения технологии zkSNARK, и в последние годы это было одним из основных направлений академических и промышленных исследований. Традиционные схемы zkSNARK, такие как Pinocchio и Groth16, могут занимать несколько часов или даже дней для генерации доказательств для сложных вычислений и требуют значительных ресурсов памяти и хранения. Эта узкая производительность серьезно ограничивает применение zkSNARK во многих практических сценариях.

Для возможности масштабных приложений в сетях блокчейн и достижения моментальной верификации улучшение производительности zkSNARK является важным шагом.

В частности, процесс генерации доказательств zkSNARK включает в себя сложные криптографические алгоритмы, такие как пары эллиптических кривых и интерполяция полиномов, которые требуют значительных вычислительных ресурсов. Особенно когда размер вычисляемой схемы большой, вычислительная сложность генерации доказательств экспоненциально увеличивается.

Согласно a16z Crypto, первоначальная реализация Jolt примерно в 6 раз быстрее, чем RISC Zero, и в 2 раза быстрее, чем недавно выпущенный SP1 на CPU. Кроме того, они планируют дополнительно улучшить скорость Jolt примерно в 1,5 раза в ближайшие недели.

В настоящее время скорость Jolt уже более чем в 2 раза превышает скорость существующего zkVM, но все еще существует значительное пространство для оптимизации. Jolt также умно использует определенные алгебраические свойства многочленов для достижения более эффективной схемы обязательства многочленов, дополнительно уменьшая размеры доказательств и время проверки.

Возможные изменения, которые принесет Джолт

С инженерной точки зрения Jolt использует ряд техник оптимизации, таких как более компактные конструкции схем, более эффективные конвейеры и большую параллелизацию, чтобы максимизировать использование вычислительной мощности аппаратного обеспечения.

Предположим, вы являетесь разработчиком Web3 и хотите развернуть децентрализованную покерную игру на платформе Ethereum. Для этой игры требуется перемешивание, раздача и сравнение карт на блокчейне, при этом каждая операция должна быть реализована через цепи zkVM для обеспечения конфиденциальности и верифицируемости.

Если бы вы использовали существующие решения zkVM, такие как ZoKrates или Bellman, чтобы построить такой цепь, это могло бы занять несколько часов или даже дней. Это связано с тем, что текущая производительность zkVM относительно низкая, и генерация доказательств нулевого знания для сложных цепей требует значительных вычислительных ресурсов и времени. Это приведет к длительным циклам разработки и тестирования.

Однако, если бы вы использовали Jolt для построения того же цепи, ситуация значительно изменилась. Согласно тестам, проведенным командой Jolt, текущая реализация Jolt может генерировать доказательства в 2-5 раз быстрее, чем основные решения zkVM. Это означает, что если изначально на генерацию доказательства уходило 10 часов, то теперь это может занять всего 2-5 часов.

В общем, улучшение производительности в 2-5 раз, достигнутое благодаря Jolt, означает значительное улучшение удобства использования и доступности технологии zkVM. Это значительно снизит барьер для разработчиков Web3, сократит циклы разработки приложений и обеспечит лучший пользовательский опыт для конечных пользователей. В перспективе Jolt имеет потенциал ускорить широкое принятие технологии zkVM, позволяя большему числу пользователей получить преимущества расширенной защиты конфиденциальности и возможностей проверяемых вычислений в экосистеме Web3.

Конечно, Jolt находится все еще на начальном этапе развития, и улучшение производительности в 2-5 раз — это только начало. С непрерывной итерацией и оптимизацией технологии Jolt можно ожидать дальнейших прорывов в производительности zkVM, что в конечном итоге предрекает реализацию крупномасштабных приложений Web3.

Утверждение:

1. Эта статья воспроизведена из [panews], авторские права принадлежат оригинальному автору [Фрэнк], если у вас есть возражение против перепечатки, пожалуйста, свяжитесь Gate Learn Team, команда обработает это как можно скорее в соответствии с соответствующими процедурами.

2. Отказ от ответственности: Взгляды и мнения, выраженные в этой статье, представляют собой только личные взгляды автора и не являются инвестиционным советом.

3. Другие языковые версии статьи переведены командой Gate Learn и не упоминаются в Gate, переведенная статья не может быть воспроизведена, распространена или использована в качестве плагиата.