ZK đồng xử lý: Tạo ra một khuôn mẫu mới cho ứng dụng Blockchain

Lịch sử nguồn gốc của bộ xử lý đồng xử lý

Bộ xử lý đồng xử lý đã có từ lâu trong lĩnh vực máy tính, chủ yếu đảm nhận vai trò chia sẻ các nhiệm vụ cụ thể cho CPU. Chẳng hạn, bộ xử lý đồng xử lý chuyển động M7 do Apple ra mắt vào năm 2013 đã cải thiện đáng kể khả năng cảm nhận chuyển động của thiết bị thông minh, trong khi GPU nổi tiếng được Nvidia giới thiệu vào năm 2007 như một bộ xử lý đồng xử lý đồ họa. Kiến trúc này thường được gọi là "tính toán không đồng nhất" hoặc "tính toán hỗn hợp".

Ưu điểm chính của bộ xử lý đồng hành là có thể xử lý một số nhiệm vụ cụ thể phức tạp và yêu cầu hiệu suất cao, từ đó cho phép CPU tập trung vào công việc tính toán linh hoạt hơn.

Thách thức đối mặt với Ethereum

Ethereum hiện đang đối mặt với hai vấn đề chính:

1. Chi phí Gas cao đã hạn chế việc phát triển các ứng dụng phức tạp. Chỉ cần chuyển khoản thông thường đã tốn 21000 Gas, các thao tác phức tạp hơn thì chi phí còn cao hơn, điều này đã cản trở nghiêm trọng việc áp dụng rộng rãi các ứng dụng và người dùng.

2. Hợp đồng thông minh chỉ có thể truy cập dữ liệu khối gần đây có giới hạn. Các nâng cấp mạng trong tương lai có thể hạn chế thêm việc lưu trữ dữ liệu lịch sử, điều này khiến nhiều ứng dụng đổi mới dựa vào lượng dữ liệu lớn trở nên khó khăn để thực hiện.

Những vấn đề này xuất phát từ việc thiết kế ban đầu của Ethereum không xem xét đến việc xử lý các tác vụ tính toán quy mô lớn và tốn nhiều dữ liệu. Để tương thích với những ứng dụng này, cần phải giới thiệu khái niệm về bộ đồng xử lý. Chuỗi chính của Ethereum như "CPU", còn bộ đồng xử lý tương tự như "GPU", có thể linh hoạt xử lý các tác vụ tính toán và tốn dữ liệu. Kết hợp với công nghệ chứng minh không kiến thức, bộ đồng xử lý có thể thực hiện tính toán tin cậy ngoài chuỗi.

Triển vọng ứng dụng của bộ xử lý đồng

Lĩnh vực ứng dụng của bộ xử lý ZK rất rộng lớn, gần như bao trùm tất cả các tình huống ứng dụng phi tập trung thực sự, bao gồm nhưng không giới hạn:

• Ứng dụng xã hội
• Trò chơi
• Giao thức DeFi
• Hệ thống quản lý rủi ro dựa trên dữ liệu chuỗi.
• Oracle
• Lưu trữ dữ liệu
• Huấn luyện và suy diễn mô hình ngôn ngữ lớn

Về lý thuyết, bất kỳ ứng dụng Web2 nào cũng có thể được triển khai trên Blockchain thông qua bộ xử lý ZK, đồng thời cũng có thể tận dụng Ethereum như một lớp thanh toán an toàn.

Tổng quan về các dự án xử lý đa luồng chính

Hiện nay, các dự án bộ xử lý đồng hành nổi tiếng trong ngành chủ yếu tập trung vào ba ứng dụng chính:

1. Chỉ mục dữ liệu trên chuỗi
2. Oracle
3. ZKML ( học máy không kiến thức )

Trong đó, bộ xử lý cộng tác ZK đa dụng ( General-ZKM ) có thể bao phủ cả ba loại kịch bản. Kiến trúc máy ảo cơ sở mà các dự án khác nhau sử dụng cũng khác nhau, chẳng hạn như Delphinus tập trung vào zkWASM, trong khi Risc Zero dựa trên kiến trúc RISC-V.

Kiến trúc kỹ thuật của dự án hợp tác xử lý điển hình

Risc Zero

Bộ đồng xử lý ZK của Risc Zero có tên là Bonsai, mục tiêu của nó là trở thành một bộ đồng xử lý tổng quát không phụ thuộc vào chuỗi. Bonsai dựa trên kiến trúc tập lệnh RISC-V, hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như Rust, C++, Solidity, Go, v.v.

Các thành phần chính của Bonsai bao gồm:

• Mạng người chứng minh: Nhận và tạo ra chứng minh ZK
• Hồ sơ yêu cầu: Lưu trữ các yêu cầu chứng minh do người dùng khởi xướng
• Công cụ Rollup: Thu thập và gửi kết quả chứng minh đến mạng chính
• Image Hub: Nền tảng phát triển trực quan
• Trạng thái lưu trữ: cơ sở dữ liệu key-value ngoài chuỗi
• Chứng minh thị trường: nền tảng khớp nhu cầu và cung cấp sức mạnh tính toán

Lagrange

Lagrange nhằm xây dựng một bộ đồng xử lý và cơ sở dữ liệu có thể xác minh, bao gồm dữ liệu lịch sử trên blockchain, để hỗ trợ phát triển các ứng dụng tính toán và dữ liệu đòi hỏi cao.

Các chức năng chính bao gồm:

1. Cơ sở dữ liệu có thể xác minh: Trạng thái hợp đồng thông minh chuỗi chỉ mục
2. Tính toán song song dựa trên nguyên tắc MapReduce

Lagrange đã áp dụng một cấu trúc dữ liệu mới để lưu trữ trạng thái hợp đồng, trạng thái tài khoản và dữ liệu khối, nhằm đáp ứng nhu cầu của chứng minh không kiến thức. Máy ảo ZKMR của nó thực hiện tính toán phân tán và hợp nhất chứng minh thông qua hai bước Map và Reduce.

Succinct

Mục tiêu của Succinct Network là tích hợp các sự kiện có thể lập trình vào từng giai đoạn của ngăn xếp phát triển Blockchain. ZKVM ngoại tuyến của nó được gọi là Succinct Processor (SP), hỗ trợ các ngôn ngữ LLVM như Rust.

Các đặc điểm cốt lõi của SP bao gồm:

1. Chứng minh đệ quy dựa trên STARKs
2. Bộ bọc từ SNARKs đến STARKs
3. Kiến trúc zkVM tập trung vào tiền biên dịch

So sánh dự án bộ xử lý

Khi so sánh các dự án xử lý ZK chung, chủ yếu xem xét các khía cạnh sau:

1. Khả năng chỉ mục/dữ liệu đồng bộ
2. Công nghệ nền tảng ( SNARKs so với STARKs )
3. Có hỗ trợ chứng minh đệ quy không
4. Hiệu quả của hệ thống chứng minh
5. Tình hình hợp tác sinh thái
6. Bối cảnh tài chính

Nhìn chung, các dự án chủ đạo có lộ trình công nghệ khá giống nhau, đều sử dụng bộ bao bọc từ STARKs đến SNARKs, hỗ trợ chứng minh đệ quy và xây dựng mạng chứng minh riêng. Trong bối cảnh đồng nhất hóa nghiêm trọng, khả năng hợp tác sinh thái và khả năng tiếp cận tài nguyên có thể trở thành yếu tố cạnh tranh then chốt.

Sự khác biệt giữa bộ xử lý đồng thời và Layer2

Khác với Layer2 hướng tới người dùng, bộ đồng xử lý chủ yếu hướng tới phát triển ứng dụng. Nó có thể hoạt động như một thành phần tăng tốc hoặc thành phần mô-đun, áp dụng cho các tình huống sau:

1. Là thành phần máy ảo ngoài chuỗi của ZK Layer2
2. Cung cấp sức mạnh tính toán ngoài chuỗi cho ứng dụng trên chuỗi công cộng
3. Là một oracle có thể xác minh dữ liệu chuỗi chéo
4. Đóng vai trò cầu nối cho việc truyền tải tin nhắn giữa các chuỗi.

Tiềm năng của bộ xử lý đồng hành không chỉ dừng lại ở đó, nó hứa hẹn sẽ tái cấu trúc các loại middleware trong hệ sinh thái Blockchain, bao gồm oracle, truy vấn dữ liệu, cầu nối đa chuỗi, v.v.

Thách thức của bộ xử lý đồng xử lý

1. Rào cản phát triển cao: Công nghệ ZK phức tạp, cần nắm vững ngôn ngữ và công cụ cụ thể.
2. Đường đua vẫn còn ở giai đoạn đầu: Các dự án vẫn đang khám phá lộ trình công nghệ tối ưu.
3. Hỗ trợ phần cứng không đủ: Phần cứng ZK chuyên dụng chưa được thương mại hóa quy mô lớn.
4. Đồng nhất công nghệ: khó khăn trong việc hình thành lợi thế công nghệ nổi bật, cạnh tranh có thể chuyển sang khả năng thu hút tài nguyên.

Triển vọng tương lai

Công nghệ ZK có khả năng tái cấu trúc mô hình phát triển ứng dụng blockchain. Triển vọng ứng dụng của bộ xử lý ZK tổng quát rất rộng, về lý thuyết có thể hiện thực hóa bất kỳ ứng dụng Web2 nào trên phiên bản tương ứng của blockchain.

Hai chỉ số chính để đạt được "sự áp dụng quy mô lớn" là: cơ sở dữ liệu có thể chứng minh thời gian thực trên toàn chuỗi và tính toán ngoài chuỗi với chi phí thấp. Mục tiêu này cần được thực hiện qua từng bước lặp, việc thương mại hóa chip tính toán ZK cũng là một điều kiện quan trọng.

Thời kỳ hiện tại thiếu đổi mới thực sự, tạo ra cơ hội để xây dựng công nghệ và ứng dụng "áp dụng quy mô lớn" thế hệ tiếp theo. Dự kiến trong vòng thời gian tiếp theo, chuỗi công nghiệp ZK sẽ thực hiện thương mại hóa, đặt nền tảng cho Web3 phục vụ hàng tỷ người dùng trong các tương tác trên chuỗi.