Pourquoi ces cinq projets clés méritent-ils d'être suivis dans la narration de l'évolution de zkEVM vers zkVM ?
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Pourquoi ces cinq projets clés méritent-ils d'être suivis dans la narration de l'évolution de zkEVM vers zkVM ?
Une machine virtuelle à connaissance nulle (zkVM) est une plateforme de calcul universelle basée sur des preuves à connaissance nulle.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : 0XNATALIE
Dans la recherche de solutions pour l'évolutivité et l'efficacité computationnelle des blockchains, la technologie des preuves à connaissance nulle (ZKP) joue un rôle particulièrement important. La machine virtuelle à connaissance nulle (zkVM, Zero-Knowledge Virtual Machine) en est une application concrète. En tant que plateforme de calcul généraliste basée sur les ZKP, la zkVM permet de vérifier la justesse d’un calcul sans en révéler les détails d’exécution. Elle prend en charge le traitement hors chaîne de tâches gourmandes en ressources computationnelles, en soumettant uniquement le résultat de vérification à la blockchain, ce qui améliore considérablement son évolutivité. Actuellement, plusieurs projets comme a16z, Taiko ou encore ZKM développent des solutions zkVM.
Introduction à la zkVM
La zkVM est une plateforme de calcul généraliste fondée sur les preuves à connaissance nulle, capable d'exécuter diverses tâches telles que l'exécution de contrats intelligents, le traitement de données ou des algorithmes complexes. Son fonctionnement repose sur la génération de preuves à connaissance nulle, qui permettent de valider la justesse d’un calcul sans divulguer les détails de son exécution. Grâce à la technologie SNARKs, ces preuves peuvent être vérifiées hors chaîne, sans que le vérificateur n’ait besoin de réexécuter intégralement le calcul sur la blockchain, ce qui évite des coûts computationnels élevés.
Par ailleurs, la conception de la zkVM ne se limite pas aux transactions cryptographiques. Sa nature généraliste lui permet d'être déployée dans divers cas d'utilisation, comme le traitement de données médicales, la gestion de chaînes logistiques ou encore les systèmes de vote secrets, où il est essentiel de garantir la sécurité des données tout en validant la justesse de la logique de traitement.
Comparaison entre zkVM et autres machines virtuelles
Les machines virtuelles classiques (VM) consistent généralement à créer un environnement informatique virtuel complet sur du matériel physique. Leur fonction principale est de simuler un environnement matériel afin de faire fonctionner plusieurs systèmes d'exploitation ou applications sur un même support physique. Elles s'appuient principalement sur des technologies de virtualisation matérielle et d'isolation au niveau du système d'exploitation, sans impliquer de processus de validation cryptographique des applications ou données qu’elles hébergent.
La machine virtuelle à connaissance nulle (zkVM), quant à elle, utilise la technologie des preuves à connaissance nulle pour garantir la justesse de l'exécution des programmes. Cette approche s'applique à tout programme pouvant être compilé et exécuté sur une machine virtuelle. Conçue comme une plateforme généraliste de vérification computationnelle, la zkVM supporte divers scénarios d’utilisation ainsi que plusieurs langages de programmation comme Rust, C/C++ ou Go, permettant aux développeurs d’utiliser leurs langages habituels. Toutefois, les phases de calcul et de vérification sont souvent plus longues que celles des VM traditionnelles, car la génération de preuves à connaissance nulle est très gourmande en ressources computationnelles. Ce facteur limite largement le débit transactionnel (TPS). Bien que les technologies zk actuelles aient réalisé des progrès significatifs dans la génération individuelle de preuves, leur capacité à traiter massivement des transactions sous forte charge reste limitée. Chaque preuve peut prendre de quelques secondes à plusieurs minutes, ce qui constitue une contrainte pour les applications nécessitant un haut débit, comme les systèmes de paiement à grande échelle.
Le zkEVM est une implémentation spécifique de la zkVM, conçue spécifiquement pour l'écosystème Ethereum. Il vise à améliorer l’évolutivité d’Ethereum grâce aux preuves à connaissance nulle. Entièrement compatible avec les contrats intelligents et outils de développement d’Ethereum comme Solidity et Vyper, il permet aux applications existantes de migrer vers le zkEVM sans modification. Ainsi, le zkEVM apparaît davantage comme une version optimisée spécifique d’Ethereum.
Projets liés à la zkVM
Malgré les défis posés par la technologie zk, certains projets font preuve d’une expertise technique notable dans le développement de solutions zkVM.
Jolt : performance remarquable
Le 9 avril, a16z a publié une première implémentation de Jolt, une nouvelle solution zkVM. Jolt se distingue par sa rapidité d’exécution et sa facilité d’extension ainsi que d’audit de code pour les développeurs.
Contrairement aux autres zkVM basées sur le cadre STARK, Jolt exploite les paramètres de recherche Lasso et des techniques fondées sur sumcheck. Cette approche innovante simplifie non seulement l’intégration de nouvelles instructions de machine virtuelle, mais améliore également la vitesse globale du système. Axée sur la simplicité et l’efficacité, Jolt dispose d'une base de code très allégée : chaque instruction CPU y est implémentée en seulement 50 lignes de code Rust. De plus, ses performances sont impressionnantes : lors des premiers tests de référence, la génération de preuves à zéro connaissance est plus de 5 fois plus rapide que RISC Zero et 2 fois plus rapide que SP1.
RISC Zero : traitement efficace des calculs complexes
RISC Zero est une zkVM dotée d'une structure SNARK récursive, utilisant une méthode récursive permettant l’imbrication de preuves. Dans la technologie SNARKs, la récursivité permet de décomposer une preuve complexe en preuves plus petites et plus simples à gérer. Ces preuves élémentaires peuvent être vérifiées indépendamment avant d’être combinées en une seule preuve complète, sans compromettre leur validité. Ce qui rend RISC Zero unique, c’est sa manière d’implémenter cette récursivité, en intégrant harmonieusement plusieurs couches de preuves en une seule chaîne de preuves, réduisant ainsi la charge computationnelle et la quantité de données à traiter, tout en préservant la sécurité et l’intégrité du processus de vérification à travers plusieurs étapes de calcul.
Un autre atout de RISC Zero réside dans son utilisation du jeu d’instructions RISC-V, une architecture ISA (Instruction Set Architecture) standard ouverte, conçue pour être modulaire et extensible. Ce choix permet à RISC Zero de tirer parti d’un large éventail d’outils et d’un écosystème bien soutenu, le rendant plus accessible et facile à intégrer dans des systèmes existants comparé à d’autres zkVM reposant sur des architectures propriétaires ou moins universelles.
L’an dernier, l’équipe a levé avec succès 40 millions de dollars lors d’un tour de financement de série A, mené par Blockchain Capital, avec la participation d’investisseurs renommés tels que Bain Capital Crypto, Galaxy Digital, IOSG Ventures, RockawayX, Maven 11, Fenbushi Capital et Delphi Digital.
Succinct : convivialité pour les développeurs
Succinct a développé SP1, une zkVM spécialement conçue pour exécuter du code écrit en Rust ou en tout autre langage compilable via LLVM. SP1 se distingue par sa flexibilité et sa facilité d’utilisation. Elle adopte une architecture modulaire, permettant aux développeurs d’étendre ses fonctionnalités via des « précompilés ». Ces modules spécifiques, personnalisables par les développeurs, renforcent les capacités du noyau de la machine virtuelle, lui permettant de traiter plus efficacement certaines tâches ou opérations particulières.
En outre, SP1 met en place un réseau décentralisé de générateurs de preuves, simplifiant ainsi le déploiement et l’exécution des preuves, et abaissant la barrière d’entrée à l’utilisation de méthodes cryptographiques avancées. Ce réseau permet aux développeurs de générer efficacement des preuves d’un simple clic, offrant une approche simplifiée.
En mars, Succinct a levé 55 millions de dollars. Ce tour de financement a été mené par Paradigm, avec la participation de Robot Ventures, Bankless Ventures, Geometry, ainsi que des investisseurs angéliques tels que Sreeram Kannan (Eigenlayer) et Sandeep Nailwal (cofondateur de Polygon). Le 13 mai, Succinct a annoncé le lancement du réseau test SP1.
Taiko : système multi-preuves
Taiko a entamé une transition progressive du zkEVM vers la zkVM. Ce qui distingue sa zkVM est l’utilisation d’un système multi-preuves. Ce concept, initialement proposé par Vitalik, voit Taiko se positionner comme le premier projet à le mettre en œuvre, en l’intégrant directement dès son lancement sur mainnet fin mai. Ce système permet à la zkVM de Taiko de générer plusieurs types de preuves, augmentant ainsi la sécurité et la robustesse du système. Même si l’un des types de preuve venait à présenter un problème, les autres types pourraient continuer d’assurer le bon fonctionnement du système et détecter rapidement toute transition d’état erronée. Par ailleurs, Taiko utilise aussi le système de preuve Halo2-KZG, permettant de rester efficace et peu coûteux lors du traitement de calculs complexes ou de transactions à grande échelle.
En mars, Taiko a levé 15 millions de dollars lors de son tour de série A, co-dirigé par Lightspeed Faction, Hashed, Generative Ventures et Token Bay Capital, avec la participation de Wintermute Ventures, Flow Traders, Amber Group, OKX Ventures et GSR.
ZKM : architecture MIPS simple et stable
ZKM est un projet zkVM incubé par la fondation Metis, qui combine l’architecture MIPS avec la technologie des preuves à connaissance nulle pour créer une machine virtuelle zk. Cette conception rapproche davantage les ZKP du traitement interne du système, accélère les opérations et réduit les frais computationnels associés à l’implémentation séparée des protocoles ZKP. Alors que la plupart des zkVM actuelles utilisent le langage Rust, ZKM offre un support natif pour Golang.
MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) est l’une des premières architectures informatiques RISC (Reduced Instruction Set Computing). Son jeu d’instructions relativement simple et stable est largement utilisé dans divers appareils de calcul et systèmes embarqués, offrant une excellente universalité et adaptabilité. Un système ZKM basé sur l’architecture MIPS est donc plus facile à développer et à déployer.
zkMIPS divise tout programme MIPS en plusieurs segments. Chaque instruction de segment est ensuite classée en quatre types et assignée à l’une des quatre tables de modules correspondantes. zkMIPS utilise la méthode de preuve STARK pour valider indépendamment chaque instruction dans chaque table de module, garantissant que chaque opération est correcte et que chaque instruction du segment figure bien dans sa table respective. Ensuite, la séquence d’exécution des différents segments est validée pour s’assurer qu’elle correspond à celle du programme global. De cette manière, même les programmes exécutés hors chaîne peuvent être vérifiés sur chaîne, renforçant la transparence et la confiance dans l’exécution.
Récemment, ZKM a lancé une nouvelle infrastructure d’interopérabilité multichaîne minimisant la confiance : Entangled Rollups. En exploitant zkMIPS, il construit un cadre d’interopérabilité multichaîne décentralisé et sans confiance. Contrairement aux ponts zk tiers qui ne valident les transferts d’actifs que par des instantanés (snapshots), ici tous les calculs sont vérifiables, assurant un haut niveau de sécurité. La clé de cette interopérabilité réside dans un mécanisme de preuve universel, capable de générer une preuve sur une blockchain puis de la vérifier sur une autre. Une particularité de ZKM est précisément sa capacité à produire une preuve à connaissance nulle applicable à toutes les opérations. En intégrant la sécurité directement au niveau de l’architecture CPU/MIPS, ZKM assure que tous les logiciels s’appuyant sur cette architecture bénéficient automatiquement de la même sécurité, sans qu’il soit nécessaire de générer individuellement une preuve zk pour chaque logiciel.
Autres caractéristiques notables de ZKM :
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Compatibilité avec toutes les machines virtuelles : ZKM se situe sous chaque machine virtuelle, ce qui lui assure une compatibilité avec divers moteurs de contrats intelligents comme MoveVM (zkMVM), WASM (zkWASM) ou RustVM (zkRVM).
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Plug-and-play : les développeurs peuvent adopter ZKM sans modifier leur base de code existante. Cela permet une adoption à faible coût et autorise l’utilisation de différents langages de contrats intelligents, voire de langages de programmation classiques.
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Stabilité à long terme : le jeu d’instructions MIPS étant stable, il n’a pas besoin d’évoluer en fonction des changements fréquents de l’EVM, offrant ainsi un environnement de développement plus pérenne.
Perspectives futures de la zkVM
Avec la maturité croissante de la technologie blockchain et les explorations continues des entreprises pionnières, les performances des zkVM s’améliorent constamment. On peut anticiper que la zkVM jouera un rôle de plus en plus central dans l’univers cryptographique, devenant une composante clé des infrastructures futures. Particulièrement dans un contexte où la sensibilité des données et les exigences de sécurité inter-chaînes augmentent, les capacités offertes par la zkVM répondent parfaitement aux besoins du marché. Nous espérons que les difficultés techniques seront progressivement surmontées — notamment en matière d’optimisation des circuits et des systèmes de preuve — afin de proposer des zkVM parfaitement adaptées à tous les langages de programmation, attirant ainsi toujours plus de développeurs vers la nouvelle ère du Web3.
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