Le prochain champ de bataille incontournable : le marché de la génération de preuves ZK
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Le prochain champ de bataille incontournable : le marché de la génération de preuves ZK
Des ingénieurs talentueux appliquent les ZK à : l'évolutivité, la confidentialité et la crédibilité des données.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesAuteur : Yiping, IOSG Ventures
TL,DR;
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La technologie ZK est principalement utilisée pour améliorer l'évolutivité, la confidentialité et la crédibilité de divers projets (tels que Starkware, zkSync, Scroll, Mina, Risc0, Giza et EZKL).
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La technologie ZK nécessite une puissance de calcul considérable, entraînant un surcoût computationnel compris entre 10^4 et 10^6, ce qui constitue un défi pour les équipes d'infrastructure.
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Les deux principales méthodes de génération de preuves ZK sont les Proof Markets et les Proof Networks. Les Proof Markets fonctionnent comme des marchés ouverts pour échanger des preuves ZK, tandis que les Proof Networks disposent de serveurs internes offrant une expérience similaire aux services cloud pour générer des preuves.
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L'approche Proof Market permet une grande flexibilité et une efficacité coûts, car elle favorise un marché ouvert où les preuves ZK peuvent être échangées sans avoir à gérer des serveurs haut de gamme.
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L'approche Proof Network offre une expérience fluide et conviviale pour les développeurs, fournissant une solution fiable et rapide pour générer des preuves sans se soucier des mécanismes de marché. En théorie, elle peut produire des preuves plus rapidement, car le Proof Market nécessite du temps pour appairer les ordres.
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Les défis incluent des difficultés de test et de débogage, l'apparition de nouvelles vulnérabilités de sécurité, le risque de verrouillage par un fournisseur, des coûts potentiellement plus élevés dans certains cas d'utilisation, ainsi que la perte d'utilité du jeton.
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Les acteurs leaders pourraient être les entreprises ayant les besoins internes les plus élevés en preuves ZK, car elles peuvent tirer parti de leur infrastructure existante et d'équipes spécialisées pour maximiser l'utilisation du matériel.
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Les applications émergentes comprennent les coprocesseurs ZK, l'attestation ZK, le ZKML et les ponts ZK, toutes générant une demande accrue de preuves ZK.
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Dans le domaine ZK, la préférence du secteur blockchain pour la sécurité, la résistance à la censure et la confidentialité pousse vers des réseaux de preuve décentralisés, bien que la sécurité intrinsèque du ZK signifie que ces avantages ne reposent pas nécessairement sur la décentralisation. Pour le ZK, la performance reste le principal enjeu.
Introduction
Demande croissante en ZK
Après des années de recherche dans le domaine ZK et d'importants progrès en performance, le ZK est désormais appliqué à des cas concrets. Des ingénieurs talentueux ont appliqué le ZK à :
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Évolutivité
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Confidentialité
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Créditabilité des données
De nombreux projets intéressants reposent sur le ZK, tels que Starkware, zkSync, Scroll, Mina, Risc0, =nil;Foundation, EZKL, Giza, Polygon et Manta. Ces projets génèrent quotidiennement des preuves ZK de manière stable et continue. Actuellement, le cas d'usage le plus populaire du ZK est le zkRU pour résoudre le problème d'évolutivité d'Ethereum. Au cours du dernier mois, les vérifications ZK ont coûté plusieurs millions de dollars sur Ethereum et ses L2.
Ce graphique, réalisé par l'équipe Near, montre la consommation de gaz des zkSN(T)ARK sur Ethereum et ses L2. Il inclut des projets ZK populaires tels que zkSync, Polygon, Aztec, Tornado Cash, Loopring, Worldcoin, Tailgun, Sismo, StarkNet, ImmutableX et dydx.
Comparé au zkStark, le zkSnark représente 80 % du coût total de vérification. Parmi tous ces projets, Worldcoin a le coût de vérification le plus élevé, suivi par zkSync. Chaque vérification Worldcoin coûte environ 2 dollars, chaque zkSync environ 30 dollars.
Charge sur l'infrastructure de preuve
Le ZK peut résoudre les problèmes d'évolutivité, mais cela a un prix. Cela requiert une puissance de calcul considérable. Le ZK engendre un surcoût computationnel important, que les équipes Rollup doivent gérer. @_weidai estime qu'avec la technologie ZK actuelle, le surcoût computationnel se situe entre 10^4 et 10^6. Théoriquement, nous pourrions atteindre un surcoût de 10x avec des circuits dédiés. Avec une couche d'abstraction de machine virtuelle, cela pourrait atteindre 100x.
Le graphique ci-dessous illustre selon la loi de Koomey la croissance de la puissance de calcul au fil des ans. Après 2000, l'efficacité des puces augmente d'un facteur 10 chaque décennie. Si l'on prend 2000 comme base, on atteindrait un facteur 784 en 2025. Cela indique que le calcul ZK actuel n'est toujours pas comparable à celui de 2000.
Réfléchissez-y. Nous essayons d'augmenter le volume de transactions par un facteur 10 à 100 grâce au ZKRU. Avec cette augmentation, nous faisons face à un surcoût computationnel de 10^4 à 10^6. Ces chiffres mettent une pression énorme sur les équipes d'infrastructure ZKRU. Les meilleures équipes ZKRU utilisent déjà des machines haut de gamme dotées d'au moins 200 Go de RAM, accompagnées d'experts opérationnels talentueux pour gérer cette complexité.
Qu'est-ce que cela signifie alors pour une petite équipe qui souhaite lancer un ZKRU ou construire une solution tierce couche avec la pile technologique ZK ? Comment un développeur indépendant peut-il acheter ces serveurs haut de gamme et les exploiter correctement s'il veut créer une dApp ZK ?
Désormais, lancer un ZKRU n'est pas difficile. Vous pouvez utiliser ZK Stack et suivre les instructions pour déployer un nouveau ZKRU. La partie la plus difficile est de faire fonctionner l'infrastructure haut de gamme. Gérer un ensemble de serveurs est bien plus compliqué que d'entretenir un ordinateur personnel.
En outre, l'accélération matérielle n'est pas « plug-and-play » ; selon le système de preuve ZK utilisé, chaque équipe doit configurer différemment ses serveurs.
Garantir une haute disponibilité est également un sujet délicat. Que faire si soudainement des milliers d'utilisateurs commencent à frapper votre ZKRU pour mint des Ordinals, multipliant le débit par 1000 ? Même une équipe expérimentée comme Arbitrum a été hors service pendant plusieurs heures à cause d'une explosion de transactions Ordinals.
La génération de nombreuses preuves ZK nécessite un support de serveurs haut de gamme. Pour les petites et moyennes équipes, installer et maintenir une série de serveurs haut de gamme serait un fardeau pesant. Afin d'aider les équipes à adopter facilement et rapidement la technologie ZK, des projets émergents cherchent à alléger toute cette complexité liée à l'infrastructure informatique.
Proof Markets
Source : IOSG Ventures
Les Proof Markets et les Proof Networks sont deux approches principales. Un Proof Market ressemble à un marché ouvert : pour générer une preuve, l'utilisateur doit trouver un vendeur prêt à la vendre à un certain prix. Une Proof Network fonctionne comme un service cloud classique : les développeurs soumettent leur circuit et leurs entrées, et un équilibreur de charge centralisé attribue des serveurs internes du réseau pour générer la preuve.
Les Proof Markets sont une méthode populaire pour l'infrastructure de preuve ZK. Il s'agit d'un marché ouvert où acheteurs et vendeurs échangent des preuves ZK. Les équipes de Proof Market n'ont pas besoin de gérer le matériel ou de posséder des serveurs haut de gamme ; elles se concentrent sur les mécanismes d'échange et de vérification des preuves ZK afin d'intégrer des fournisseurs matériels tiers.
Les Proof Markets représentent une approche plus ouverte. Ils accueillent des fournisseurs matériels tiers. Dès lors qu'il existe un vendeur de preuves, l'acheteur peut acheter une preuve ZK à un prix en dollars. Lors de la vérification, il n'est pas nécessaire que tout le monde atteigne un consensus ; seul l'opérateur du marché assume la responsabilité de vérification. Dans un Proof Market, un développeur de zkDapp soumet une commande de preuve incluant prix, délai de génération, délai d'expiration et entrées publiques. Puis un fournisseur matériel tiers accepte la commande et génère la preuve.
La structure économique d'un Proof Market est simple. Les générateurs de preuves doivent s'engager par mise en jeu (staking). S'ils produisent une preuve incorrecte ou ne livrent pas à temps, ils sont pénalisés. Les générateurs ayant misé davantage peuvent générer simultanément plusieurs preuves.
Les principaux acteurs du secteur Proof Market sont =nil et Marlin.
=nil Foundation
Un Proof Market comporte des vendeurs et des acheteurs. Les acheteurs sont des développeurs de dApps. Ils paient les vendeurs pour générer des preuves. Plusieurs facteurs influencent le prix d'une preuve : taille du circuit, système de preuve, temps de génération et taille des entrées.
Voici le flux de travail d'un Proof Market =nil :
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Le demandeur de preuve envoie une requête au marché avec un prix souhaité c_r.
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Le Proof Market bloque c_r jetons sur le compte de l'acheteur.
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Les producteurs de preuve envoient des propositions au marché à un prix c_p <= c_r.
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Le Proof Market appaire la requête avec la proposition du producteur.
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Le producteur génère la preuve et l'envoie au marché.
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Le Proof Market vérifie la preuve et paye c_r - frais jetons au producteur.
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Le demandeur récupère sa preuve et l'utilise.
La conception du marché offre une expérience similaire à un marché financier. Le prix de génération de preuve varie en temps réel.
Voici une capture d'écran du produit Proof Market de =nil.
Actuellement, Proof Market prend en charge un nombre limité de circuits, dont les preuves Mina sont les plus actives. Plus précisément, Proof Market accepte les circuits basés sur son compilateur zkLLVM et le système de preuve Placeholder.
Gevulot
Gevulot cherche à introduire la décentralisation dans le Proof Market. Gevulot est une blockchain de première couche ouverte et programmable, conçue spécifiquement pour le marché des preuves. La blockchain de première couche gère la distribution des requêtes de preuve, la vérification et la répartition des récompenses. Le réseau de prouveurs utilise des unikernels légers pour atteindre de hautes performances. Gevulot utilise une fonction aléatoire vérifiable (VRF) pour attribuer le travail de preuve à un petit groupe de prouveurs, assurant la fiabilité du système.
Les utilisateurs peuvent déployer des programmes sans friction, avec des frais prévisibles, en fixant un prix maximum selon le nombre de cycles requis par le programme.
Les prouveurs sont récompensés via le réseau Gevulot et les frais utilisateurs, ce qui les incite à produire des preuves efficaces et compétitives. Les prouveurs les plus rapides obtiennent les plus grandes récompenses. Les frais utilisateur sont partagés équitablement entre tous les nœuds ayant terminé la preuve.
Gevulot prend en charge plusieurs langages pour le déploiement de programmes : C, C++, Go, Java, Node.js, Python, Rust, Ruby, PHP, etc., car sa machine virtuelle sous-jacente Nanos supporte les binaires ELF Linux x86_64.
Gevulot est une plateforme de calcul généraliste supportant différents langages et systèmes de preuve. Grâce à l'unikernel Nanos, Gevulot garantit que les prouveurs peuvent facilement exécuter leurs tâches sur différentes machines. Tous les prouveurs doivent compiler leur code en une seule image unikernel.
Proof Networks
Les Proof Networks offrent une approche plus conviviale pour les développeurs. Ils fonctionnent comme des fournisseurs de services cloud Web2. Les développeurs envoient des données via une API REST, et le Proof Network renvoie ensuite la preuve. Les développeurs n'ont pas à se soucier des fluctuations de prix ni de savoir qui générera la preuve.
Risc0
Risc Zero a lancé Bonsai en exploitant leur zkVM. Grâce à la puissance du zkVM, les utilisateurs peuvent demander à Bonsai de générer diverses preuves. Par exemple, Zeth utilise Bonsai et le VM Risc0 pour générer des preuves de blocs Ethereum.
Succinct
Récemment, Succinct a également lancé un nouveau produit. Plutôt que d'offrir une API REST pour les circuits, Succinct propose une approche plus proche des fonctions cloud.
Voici le flux utilisateur :
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Se connecter au compte GitHub et déployer le circuit
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Appeler l'API via REST ou un contrat intelligent en transmettant les entrées du circuit
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Interroger le résultat via API REST ou contrat intelligent
Par rapport à BONSAI, Succinct présente les avantages suivants en matière d'expérience développeur :
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Gestion simplifiée du référentiel de code du circuit
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Pas besoin de soumettre à nouveau le circuit
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Déploiement en un clic du contrat intelligent pour la génération et vérification de preuves en chaîne
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Exploration des preuves ZK populaires
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Tableau de bord pour surveiller l'état de génération des preuves
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Prise en charge de rustc, gnark, circom, plonky2
Proof Network ou Proof Market ?
Les Proof Markets offrent une plus grande flexibilité tarifaire aux acheteurs et vendeurs de preuves. Ils invitent tous les fournisseurs matériels à participer, ce qui contribue à réduire les coûts pour les acheteurs. Toutefois, les économies réalisées peuvent varier selon les individus et les entreprises. Typiquement, un service centralisé comme un Proof Network peut offrir un service gratuit aux particuliers tout en facturant cher aux entreprises, mais en proposant un support VIP. Par exemple, une entreprise peut réserver à l'avance une capacité de calcul sur un Proof Network pour le lancement d'un nouvel événement ou d'une nouvelle fonctionnalité. Un marché décentralisé peut offrir une tarification plus équilibrée et concurrentielle.
Sur le marché actuel, les produits basés sur Proof Network semblent offrir une expérience plus fluide aux développeurs. Ils gèrent tout le travail de génération de preuves, prennent en charge les principaux systèmes de preuve, sans introduire de concepts nouveaux complexes. Ils offrent une expérience utilisateur cohérente. Théoriquement, comme le Proof Market nécessite du temps pour appairer les commandes, le Proof Network peut fournir une génération plus rapide de preuves. Si vous êtes familier avec le cloud, un Proof Network ressemble davantage à une fonction sans état.
Nous avons =nil Foundation et Gevulot qui travaillent sur les Proof Markets. Succinct et Risc0 se concentrent sur les Proof Networks. Des sociétés matérielles comme Ulvetanna et Cystic apportent également une contribution majeure à l'amélioration des performances des preuves ZK sur GPU et au développement de la prochaine génération de puces ZK spécialisées.
Lancer un Proof Market est relativement simple. Pour un projet d'infrastructure ZK, la conception d'un Proof Market permet d'intégrer facilement davantage de fournisseurs matériels. Grâce à sa conception décentralisée, il peut facilement étendre le réseau pour répondre aux besoins futurs en calcul.
À l'avenir, nous prévoyons une convergence entre les modèles Proof Network et Proof Market. L'objectif est d'offrir une expérience transparente aux développeurs tout en intégrant le Proof Market comme backend pour mobiliser des ressources de calcul supplémentaires. C'est la direction que Succinct envisage de suivre prochainement. Nous observons aussi des transformations similaires sur d'autres marchés, comme Infura. Infura possède ses propres serveurs, mais prévoit aussi d'intégrer des participants autorisés pour fournir l'infrastructure.
Source : IOSG Ventures
Qui a vraiment besoin d'une infrastructure ZK cloud ?
Nous pensons que les développeurs souhaitant réduire leur délai de commercialisation et construire des applications légères, flexibles, capables de s'adapter rapidement aux changements, bénéficieront grandement de ces infrastructures ZK cloud.
Pour les applications dont l'utilisation varie fortement entre pics et creux, l'infrastructure ZK cloud réduira les coûts.
Pour ces applications, acheter un ensemble de serveurs fonctionnant en permanence pour garantir la disponibilité en période de pic serait coûteux. Pendant les périodes creuses, cela entraînerait un gaspillage important. L'infrastructure cloud peut s'adapter dynamiquement, augmenter les performances à la demande, et libérer automatiquement les ressources excédentaires en dehors des pics.
Qui seront les leaders ?
À partir de notre compréhension du secteur cloud Web2, nous constatons que les entreprises ayant les besoins de calcul les plus élevés dominent souvent le marché de l'infrastructure cloud. Elles tirent parti de l'évolutivité, des coûts, des équipes et des produits innovants.
Cela s'applique également au cloud ZK. Nous pensons que les projets ayant les besoins internes les plus élevés en génération de preuves ZK ont le potentiel de devenir les leaders de l'infrastructure cloud ZK.
Pour les projets générant massivement des preuves ZK en interne, ils disposent déjà d'importantes infrastructures, d'optimiseurs et d'équipes spécialisées. En mutualisant les ressources de preuve entre applications, ils peuvent maximiser l'utilisation du matériel ; lorsque une application n'a pas besoin de générer immédiatement une preuve, les prouveurs peuvent être réaffectés à d'autres tâches.
Ces grands projets ont chacun leur propre système de preuve. Il est souvent difficile pour une infrastructure tierce d'optimiser les différents systèmes utilisés par ces géants. En proposant des prouveurs cloud rapides et faciles à utiliser, les grands projets peuvent efficacement étendre leur écosystème de preuves.
Pour les ZKRU, une infrastructure cloud ZK peut booster l'adoption de leurs forks. Lancer un nouveau L2 ou L3 sur ces ZKRU n'est pas difficile, mais maintenir l'infrastructure ZK est coûteux. Offrir un prouveur cloud clé en main et flexible peut attirer davantage de développeurs. Actuellement, la plupart des développeurs utilisent généralement le SDK OPRU pour construire de nouveaux L2 ou L3, car l'infrastructure associée est plus facile à gérer.
Sans construire leur propre infrastructure ZK, ces grands projets devraient payer des frais élevés à des fournisseurs externes. Leur vitesse de développement serait aussi limitée, car ils ne pourraient pas toujours personnaliser leur infrastructure pour améliorer encore les performances et réduire les coûts de preuve.
Qui a la plus forte demande en preuves ZK ?
Au-delà des ZKRU et des blockchains de niveau 1, nous observons récemment de nouvelles applications émergentes en preuves ZK. Toutes génèrent une demande massive de génération de preuves.
Les coprocesseurs ZK permettent aux développeurs de contrats intelligents d'accéder sans confiance à des états passés de la blockchain. Ces coprocesseurs génèrent des preuves ZK pour ces états historiques. Cela pourrait être une alternative plus sûre et plus fiable que les oracles.
L'attestation ZK aide les utilisateurs à transférer des données hors chaîne ou des informations d'identité vers la blockchain. Après vérification hors chaîne, l'attestateur génère une preuve ZK qu'il publie sur la blockchain.
Le ZKML rend possible l'inférence sur la blockchain. Les fournisseurs de calcul effectuent les opérations ML hors chaîne, génèrent une preuve ZK, puis publient celle-ci sur la blockchain.
Les ponts ZK sont des versions plus sécurisées des ponts inter-chaînes. Ils génèrent des preuves de stockage, voire des preuves de consensus, sur la chaîne source, et les déposent sur la chaîne cible. Cela pourrait remplacer les ponts inter-chaînes actuels.
Qu'est-ce qui rend spécial un réseau de preuve décentralisé ?
Dans l'industrie blockchain, la décentralisation est la narration dominante. Elle apporte de nombreux avantages :
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Sécurité
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Résistance à la censure
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Confidentialité
Les preuves ZK diffèrent des calculs classiques. Le ZK possède une sécurité intrinsèque. N'importe qui peut facilement et rapidement vérifier une preuve pour garantir l'honnêteté du prouveur. Dans le domaine ZK, la décentralisation n'est donc pas une condition préalable à la sécurité.
Les preuves ZK se concentrent sur des détails complexes en bas niveau, structurés en circuits. Bien que le contenu de ces circuits soit extrêmement difficile à censurer, la censure peut néanmoins être efficace en ciblant les demandeurs de preuves ZK.
Pour les Proof Networks, la confidentialité peut poser problème, car les utilisateurs envoient des entrées privées au réseau. La solution idéale serait de générer la preuve localement pour éviter toute fuite de données, mais cela pose des défis de performance locale. D'autres solutions pourraient inclure un nouveau protocole MPC ZK ou la génération de preuves dans des environnements d'exécution fiables (TEE). Un réseau de preuve décentralisé n'apporte pas davantage de confidentialité.
Au-delà de la narration, la résistance à la censure pourrait être la raison principale de construire un Proof Network décentralisé. La technologie ZK en est encore à ses débuts, et nous n'avons observé aucune forme de censure dans ce domaine jusqu'à présent. Toutefois, le principal défi du ZK reste la performance. Introduire un Proof Network décentralisé pourrait augmenter la demande computationnelle pour générer les preuves.
Conclusion
Les applications ZK progressent rapidement et s'étendent à de nombreux domaines. Nous prévoyons une intégration croissante du ZK dans diverses piles technologiques. Nous avons déjà vu des ZK L1, des réseaux ZK L2, du ZKML, des ZKVM, du ZK-Email. Les développeurs construisent aussi des oracles ZK, des sources de données ZK et des bases de données ZK. Nous sommes sur la voie de la « zékification de tout ». Le surcoût computationnel du ZK oblige les développeurs à déployer leurs circuits sur des serveurs haut de gamme. Par conséquent, nous anticipons une demande croissante pour des infrastructures cloud ZK afin d'aider les développeurs à surmonter la complexité opérationnelle.
Nos principales observations dans ce domaine sont :
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Proof Markets et Proof Networks sont deux approches principales permettant aux développeurs de dApps ZK de s'affranchir de la complexité de l'infrastructure.
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Nous prévoyons l'émergence d'une approche hybride combinant les mécanismes des Proof Networks et des Proof Markets.
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Tous les développeurs de dApps ZK ne sont pas concernés par l'infrastructure cloud ZK. Les projets moyens à trafic stable peuvent réduire leurs coûts en hébergeant eux-mêmes leurs serveurs.
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Les leaders de l'infrastructure cloud ZK seront probablement les projets ayant une forte demande interne de preuves ZK, comme les principaux ZKRU. Ils ont une incitation économique à développer ce service.
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La décentralisation est la narration dominante dans la cryptosphère, car elle apporte confidentialité, résistance à la censure et sécurité. Or les preuves ZK intègrent déjà certaines de ces propriétés. Actuellement, le principal argument de vente d'un Proof Market décentralisé est la résistance à la censure.
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La popularité de l'infrastructure cloud ZK est étroitement liée au nombre actuel de dApps ZK sur le marché. Bien que certains projets insistent initialement sur leur infrastructure cloud ZK comme caractéristique clé, beaucoup finissent par se concentrer sur d'autres narrations émergentes.
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