zkWASM：ZK+zkVM的下一站？

news2024/10/5 14:25:21

1. 引言

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ZK技术具备极大通用性，也帮助以太坊从去中心化投资走向去信任化的价值观。“Don’t trust, Verify it!”，是ZK技术的最佳实践。ZK技术能够重构链桥、预言机、链上查询、链下计算、虚拟机等等一系列应用场景，而通用型的ZK协处理器就是实现ZK技术落地的工具之一。对于ZK协处理器，其应用边界之广，任何真实的dapp应用场景都能覆盖，从理论上来说，任何Web2应用能做到的事情，有了ZK处理器就都能实现。

NEAR 和 Polygon 等团队认为:

EVM 是以太坊生态系统的完美补充。EVM 不是能够将所有虚拟机整合在一起的唯一虚拟机。
WASM 与 Cosmos 等竞争生态系统的联系更为紧密（Cosmos 甚至举办了一场专门讨论 CosmWASM 的会议）。
WASM有望能将所有VM整合。
WASM为Web2开发者，解锁了Web3。开发者只需用其熟悉的语言来使用尖端科技。
- WASM 是除 HTML、CSS 和 JavaScript 之外的四种 Web 语言之一。
- 所有 Web 浏览器都支持WASM，并且允许任何编译为WASM的编程语言在 Web 上运行。
- 因此，能够编写编译为 WASM 的代码的开发人员数量远远超过能够编写 Solidity 的开发人员。
zkVM将成为为ZK开发的圣杯。（见2022年11月15日以太坊基金会视频Solidity Dev to ZK Dev: Why and How You Should Start ZK Dev Now）
通用zkVM是Web3的未来。
- 通用的 zkVM 不仅可完成 zkEVM 所能完成的任务（方便 Web3 开发者上手），还可从 Web2 所有成熟的生态系统和工具链中获得强大的支持。

zkWASM是：

ZK Web Assembly的缩写
描述了生成计算证明的虚拟环境。
由zkWASM VM运行代码代码，用户进行验证，而用户无需运行整个计算。
- Prover：获取初始状态，运行程序，然后使用witness进行计算，输出最终状态和proof。
- Verifier：验证proof。大大降低计算要求。

当前：

Cosmos 认为 CosmWASM 是在其多链生态系统中构建强大、安全的 dApp 的安全引擎。
Polkadot 强调 WASM 是任何去中心化系统开发的基础。
Solana 的 NEON EVM 允许部署 WASM 智能合约以及原生 Solana 合约。
Axelar 和 LayerZero 都使用 WASM 来促进跨链互操作性，以实现链之间的高效通信。
NEAR 和 Polygon 共同致力于开发 zkWASM 环境。拒绝各自为营，坚信推动该领域发展的是合作而不是零和思维。

2. ZK魔力

ZK技术可用于解决区块链中的各种问题：
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见2022年11月15日以太坊基金会视频Solidity Dev to ZK Dev: Why and How You Should Start ZK Dev Now：

3. 何为zkVM？

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上图摘自Polygon Miden创始人Bobbin Threadbare Feeding Program Source Code to ZK VMs

zkVM：

为通过ZKP来保证安全和可验证可信的虚拟机。
以无需信任的方式输出新状态和证明。
让所有运行在虚拟机中的应用程序都拥有零知识证明的超能力。
开发人员只需要一个可以在 zkVM 中运行的程序，zkVM 会处理其余所有事情。

根据2022年9月27日视频ZK8: How to build a zk-VM - Ferdinand Sauer - Neptune，zkVM的构建，本质分为3步：

1）创建虚拟机（实现虚拟机的所有指令集）。有很多指令集可供选择，如WASM、RISC-V、EVM bytecode、新的定制指令集等。不同的指令集有不同的特性：
2）添加SNARK/STARK引擎（添加证明系统）
3）将 ZK 添加到 SNARK/STARK 引擎（启用隐私）

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目前最为知名的 zkVM 可能就是以太坊 Layer2 的 zkEVM。

4. ZK协处理器

在传统的世界中，处理器也没有一个正式定义，只要能作为协助协助完成任务的单独芯片都叫处理器。当前业内对ZK处理器的定义并不完全相同，如ZK-Query、ZK-Oracle、ZKM等都是协处理器，能够协助查询链上的完整数据、链下的可信数据以及链下的计算结果，从这个定义来看，实际上layer2也算是以太坊的协处理器。
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目前业内比较知名的协处理分成三大部分，分别是：

链上数据索引
预言机
ZKML

这三大应用场景，而三种场景都包含的项目为General-ZKM，在链下运行的虚拟机又各有不同，如Delphinus 的zkWASM，和Risc Zero 的Risc-V架构。

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4.1 协处理器 vs. Layer2

与Layer2不同的是：

协处理器是面向应用的
而Layer2仍然是面向客户端的。

协处理器可作为一个加速组件或者模块化的组件，构成以下几种应用场景：

1）作为ZK Layer2的链下虚拟机组件，这些Layer2可以将自己的VM换成协处理器。
2）作为公链上应用offload算法到链下的处理器。
3）作为公链上应用程序获取其它链可验证的数据机。
4）作为一条链上跨链桥的传递渠道。

对于处理器来说，需要了解其带来了全链的同步数据与高性能节点可信计算的潜力，能够通过处理器重构几乎整个区块链的所有中间件。包括：

Chainlink、The Graph目前也在开发自己的ZK预言机
跨链桥如Wormhole、Layerzero等也在研发基于ZK的跨链桥技术
链下的LLMs（大模型预言）的训练以及可信推理
等等。

4.2 协处理器遇到的问题

协处理器遇到的问题：

1）有影响力，ZK技术从业，但是技术点仍然在不断发展，因此，由于掌握技术，可能更多地关注自身，从而进一步提高工作效率。
2）zkVM 性能非常复杂涉及多个维度（包括硬件、单节点与多节点性能、内存使用、递归成本、哈希函数选择等因素），目前各个维度都有在构建项目中，性能处于非常早期，并且还不明朗。
3）从硬件来看，目前主流的ASIC以及FPGA方式构建，厂商包括Ingonyama、Cysic等，也仍然处于实验室阶段，仍未商业化落地，期待硬件是ZK技术大规模落地的前提。
4）技术路径相似，很难在技术上隔代领先，目前主要比较拼的VC资源以及团队BD能力，是否能拿下主流应用和公链的生态位。

参考资料

[1] NEARWEEK 2024年3月14日博客 zkWASM: The VM to rule them all?
[2] Hyper Oracle 2022年11月26日博客 zkWASM, The Next Chapter of ZK and zkVM
[3] Gate Ventures 2024年6月20日博客 “ZK” Is All You Need

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