Quels changements la dernière solution zkVM Jolt, publiée par a16z Crypto, pourrait-elle apporter ?
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Quels changements la dernière solution zkVM Jolt, publiée par a16z Crypto, pourrait-elle apporter ?
a16z Crypto a lancé Jolt, une solution zkEVM conçue pour accélérer et simplifier les opérations de mise à l'échelle des blockchains.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : Frank, PANews
Le 10 avril, a16z Crypto a publié Jolt, une solution zkEVM conçue pour accélérer et simplifier les opérations de mise à l'échelle des blockchains. Intégrant des preuves à connaissance nulle SNARK, Jolt fournit un cadre pour les rollups compatibles EVM, aidant les développeurs à créer des solutions de niveau 2 basées sur SNARK. Selon l'équipe, Jolt est « deux fois plus rapide » que les zkVM actuels.
Étant donné la complexité technique de Jolt, voici une explication simple des relations entre plusieurs termes techniques concernés :
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zkSNARK est une primitive puissante de preuve à connaissance nulle, servant de base à la construction de zkVM et zkEVM
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zkVM est un concept général de machine virtuelle à connaissance nulle, supportant n'importe quel jeu d'instructions
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zkEVM est un cas particulier de zkVM, spécifiquement destiné à être compatible avec l'EVM
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ZK Rollup utilise zkVM ou zkEVM pour améliorer l'évolutivité d'Ethereum tout en préservant la confidentialité
Qu'est-ce que Jolt ?
Jolt est une nouvelle solution SNARK offrant une approche plus simple et efficace pour construire des zkVM (machines virtuelles à connaissance nulle). En réalité, dès août 2023, a16z crypto avait déjà introduit des concepts liés appelés Lasso et Jolt. Ces deux technologies ont été proposées dans un contexte où les coûts des technologies SNARK étaient à la fois élevés et lents.
Lasso est un nouveau paramètre de recherche qui réduit considérablement le coût pour le générateur de preuve ; Jolt, quant à lui, utilise Lasso pour fournir un nouveau cadre permettant de concevoir des SNARK pour les zkVM et d'autres applications avancées. Ensemble, elles améliorent les performances, l'expérience des développeurs et l'auditabilité de la conception SNARK, renforçant ainsi la création dans l'écosystème web3 et favorisant l'utilisation des preuves à connaissance nulle dans le domaine blockchain.
Avant de comprendre Jolt, il peut être utile de se familiariser avec zkVM et zkEVM.
zkVM est un concept général désignant une machine virtuelle à connaissance nulle. Comme zkEVM, zkVM permet d'écrire des programmes dans des langages de haut niveau tels que C++ ou Rust, puis compile ces programmes en une représentation intermédiaire (comme un circuit ou des contraintes arithmétiques), avant d'utiliser des systèmes de preuve comme zkSNARK pour prouver l'exécution correcte de cette représentation. Contrairement à zkEVM, zkVM n'est pas limité à la compatibilité EVM mais prend en charge n'importe quel jeu d'instructions. Jolt constitue une implémentation performante de zkVM axée sur le jeu d'instructions RISC-V.
On peut voir zkVM comme une sorte de « boîte noire » capable, tout en protégeant la vie privée, de prouver extérieurement qu'elle a bien exécuté un calcul selon un programme prédéfini. Toutefois, les zkVM traditionnels nécessitent d'énormes calculs fastidieux lors de la génération de preuves, ce qui entraîne de faibles performances.
L'innovation centrale de Jolt réside dans une méthode mathématique plus efficace pour générer ces preuves :
Tout d'abord, Jolt transforme habilement le calcul à prouver en un polynôme spécial, que nous pouvons appeler « polynôme de calcul ». Ce polynôme a pour particularité de valoir zéro uniquement si la boîte noire a effectivement exécuté correctement le calcul.
Pour prouver que la valeur du « polynôme de calcul » est nulle, Jolt utilise un protocole interactif appelé « sumcheck ». Ce protocole permet au vérificateur de s'assurer rapidement que le polynôme vaut zéro sans avoir à évaluer complètement ce dernier. Cela ressemble à un professeur qui ne vérifie que quelques exercices pour juger de la justesse d'une copie entière.
Les avantages techniques de Jolt
La technologie sous-jacente à Jolt est extrêmement complexe. Pour faire simple, zkVM est une technologie clé dans le développement des réseaux blockchain, permettant d'améliorer leur évolutivité tout en garantissant la confidentialité via des preuves efficaces. Lors de sa conférence principale au Web3 Festival de Hong Kong, Vitalik a fait une analyse détaillée de la technologie zkSNARK. Il a déclaré : « Les ZKSNARKS sont très utiles en matière de confidentialité, tout comme pour l'évolutivité. »
Cependant, la vitesse de génération des preuves et la charge de calcul restent un défi majeur pour la mise en œuvre pratique de zkSNARK, et constituent depuis plusieurs années un axe prioritaire de recherche académique et industrielle. Les schémas traditionnels de zkSNARK, comme Pinocchio et Groth16, peuvent nécessiter plusieurs heures, voire plusieurs jours, pour produire une preuve dans le cas de logiques computationnelles complexes, tout en consommant d'importantes ressources mémoire et de stockage. Ce goulot d'étranglement limite gravement l'application de zkSNARK dans de nombreux scénarios réels.
Or, pour que la blockchain atteigne des applications à grande échelle avec une validation en temps réel, améliorer les performances de zkSNARK est une étape cruciale.
Plus précisément, la génération de preuves zkSNARK implique des algorithmes cryptographiques complexes, tels que les couplages de courbes elliptiques et l'interpolation polynomiale, dont la consommation de ressources informatiques est très élevée. En particulier, lorsque le circuit à prouver est de grande taille, la complexité du calcul de génération de preuve augmente exponentiellement.
Selon a16z Crypto, l'implémentation initiale de Jolt est environ 6 fois plus rapide que RISC Zero et 2 fois plus rapide que SP1 récemment sorti, sur processeur. De plus, ils prévoient d'accélérer encore Jolt d'environ 1,5 fois dans les prochaines semaines.
Actuellement, Jolt est déjà plus de deux fois plus rapide que les zkVM existants, mais il reste un fort potentiel d'optimisation.
Jolt exploite également habilement certaines propriétés algébriques des polynômes pour mettre en œuvre des schémas d'engagement polynomial plus efficaces, réduisant davantage la taille des preuves et le temps de vérification.
Les changements potentiels apportés par Jolt
D'un point de vue ingénierie, Jolt adopte une série d'optimisations, telles qu'une conception de circuit plus compacte, un pipeline plus efficace, une meilleure parallélisation, etc., afin d'exploiter au maximum la puissance de calcul matérielle.
Imaginez que vous êtes un développeur Web3 souhaitant déployer un jeu de poker sur Ethereum. Ce jeu doit effectuer des opérations comme mélanger les cartes, distribuer les mains et comparer les valeurs des cartes directement sur la chaîne, chaque action devant être réalisée via un circuit zkVM pour assurer confidentialité et vérifiabilité.
Si vous utilisez des solutions zkVM actuelles telles que ZoKrates ou bellman, construire un tel circuit pourrait prendre plusieurs heures, voire plusieurs jours. En effet, les performances actuelles des zkVM étant relativement faibles, la génération de preuves à connaissance nulle pour des circuits complexes requiert beaucoup de ressources informatiques et de temps. Cela signifie que les cycles de développement et de test seraient extrêmement longs.
En revanche, si vous utilisez Jolt pour construire le même circuit, la situation changerait radicalement. D'après les tests de l'équipe Jolt, l'implémentation actuelle de Jolt produit des preuves 2 à 5 fois plus vite que les solutions zkVM dominantes. Ainsi, si la génération d'une preuve prenait auparavant 10 heures, elle pourrait désormais prendre seulement 2 à 5 heures.
En résumé, le gain de performance de 2 à 5 fois offert par Jolt signifie une amélioration significative de l'utilisabilité et de la praticité des zkVM. Cela réduira considérablement la barrière d'entrée pour les développeurs Web3, raccourcira les cycles de développement des applications et offrira aux utilisateurs finaux une meilleure expérience. À plus long terme, Jolt pourrait accélérer l'adoption massive de la technologie zkVM, rendant les capacités de protection de la vie privée et de calcul vérifiable accessibles à tous les utilisateurs Web3.
Bien sûr, Jolt en est encore à un stade précoce de développement, et un gain de performance de 2 à 5 fois n'est qu'un début. Avec les itérations et optimisations futures de la technologie Jolt, les performances des zkVM continueront de progresser, ouvrant ainsi la voie à l'application massive du Web3.
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