Décrypter la matrice produit de RISC Zero : comment contribuer à l'avenir ZK d'Ethereum ?
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Décrypter la matrice produit de RISC Zero : comment contribuer à l'avenir ZK d'Ethereum ?
Récemment, RISC Zero zkVM a publié la version 1.2, introduisant une toute nouvelle méthode de précompilation qui permet aux développeurs de déployer la logique de précompilation conjointement avec leurs applications, sans avoir à l'intégrer directement dans le zkVM lui-même.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : LINDABELL
Lors de la récente conférence Devcon, Justin Drake, membre clé de la Fondation Ethereum, a présenté la proposition Beam Chain visant à améliorer la couche de consensus d’Ethereum grâce aux technologies zkSNARK et zkVM, afin d’en renforcer l’évolutivité, la sécurité et l’efficacité. Cette vision remet également en lumière l’importance croissante des zkVM. En tant que machines virtuelles génériques basées sur la connaissance zéro, les zkVM permettent de traiter des calculs complexes de manière plus souple et efficace, tout en s’affranchissant de la dépendance à la logique traditionnelle des contrats intelligents.
Dans ce contexte, des projets tels que RISC Zero, Succinct et Cysic émergent comme des acteurs clés dans l’innovation du domaine. Parmi eux, RISC Zero se distingue par son zkVM fondé sur l’architecture RISC-V, et a développé une série d’outils open source comme Zeth, Kailua et Bonsai. Ces outils améliorent non seulement les performances de la validation de blocs et des Rollups, mais fournissent aussi un soutien technique pour la transition vers une version entièrement ZK d’Ethereum.
La matrice des produits de l’écosystème RISC zkVM : de la technologie de base aux applications concrètes
RISC Zero est une implémentation de zkVM basée sur l’architecture d’ensemble d’instructions RISC-V. En tant que plateforme de calcul générique utilisant la connaissance zéro, elle prend en charge plusieurs langages de programmation populaires tels que Rust et C++, et peut exécuter pratiquement n’importe quelle tâche de calcul. Comparé à d’autres plateformes de technologie à connaissance zéro, les composants de génération et de vérification de preuves de RISC Zero sont entièrement open source, permettant aux développeurs de produire et valider localement des preuves. De plus, le vérificateur de RISC Zero est compatible avec diverses plateformes, s’adaptant ainsi facilement à différents écosystèmes blockchain, simplifiant ainsi le développement d’applications décentralisées.
En juin dernier, RISC Zero a lancé zkVM 1.0. Cette version ne prend pas seulement en charge plusieurs langages et tâches de calcul complexes, mais utilise également la technologie « Continuations » pour diviser les grands calculs en segments plus petits, permettant ainsi un calcul et une vérification parallèles efficaces. Selon la feuille de route, RISC Zero vise à améliorer les performances et réduire les coûts de zkVM d’un facteur 20 d’ici fin 2024. Les optimisations prévues incluent le transfert complet du processus de preuve vers le GPU (déjà réalisé à 80 %), l’introduction d’une nouvelle conception de circuit RISC-V v2, ainsi que des optimisations spécifiques pour les circuits récursifs. Par ailleurs, RISC Zero intègre actuellement une série de modules accélérateurs dédiés aux algorithmes RSA, Keccak et ECDSA afin d’améliorer les performances des tâches liées à Ethereum et des opérations cryptographiques.
Au-delà de la technologie zkVM centrale, RISC Zero a développé une gamme d’outils et produits open source. Par exemple, via le réseau Bonsai, les développeurs peuvent générer des preuves à connaissance zéro sans matériel spécialisé ; l’outil Steel permet de déplacer des calculs EVM complexes vers un environnement hors chaîne tout en conservant la vérifiabilité des résultats, réduisant ainsi les coûts d’exécution sur chaîne ; enfin, Blobstream Zero, en connectant la couche de disponibilité des données de Celestia, ouvre de nouvelles possibilités pour le partage et la vérification des données dans l’écosystème des blockchains modulaires.
Zeth : prouver qu’un bloc Ethereum entier a été correctement construit
Zeth est un outil open source développé par RISC Zero à l’aide de sa technologie zkVM, capable de vérifier la validité des blocs Ethereum via des preuves à connaissance zéro, sans dépendre de validateurs traditionnels ni de comités de synchronisation. RISC Zero classe Zeth comme un zkEVM de type-0, pleinement compatible avec le protocole Ethereum, qui améliore l’efficacité du développement grâce à la réutilisation du code.
Dans son article « Different types of zk-EVMs », le cofondateur d’Ethereum Vitalik Buterin classe les zkEVM en quatre catégories : le type-1 vise une équivalence complète et intransigeante avec Ethereum ; le type-2 cherche une équivalence totale avec l’EVM mais pas nécessairement avec Ethereum ; le type-3 est presque équivalent à l’EVM ; tandis que le type-4 n’est pas du tout compatible avec Ethereum.
Grâce aux hautes performances du zkVM de RISC Zero, Zeth peut valider un bloc Ethereum en quelques minutes. Les données de test montrent que Zeth peut générer des preuves de bloc à une vitesse de 1,1 MHz, et grâce à la fonctionnalité « continuités », étendre des clusters GPU pour atteindre des vitesses allant de 4,7 MHz à 6,3 MHz. Cette optimisation des performances réduit également le coût de génération des preuves. Selon les tests, le coût de génération d’une preuve pour un bloc contenant 182 transactions s’élève à seulement 21,72 dollars, soit environ 0,11 dollar par transaction.
Par ailleurs, lors du développement de Zeth, l’équipe de RISC Zero a pleinement exploité les composants de l’écosystème Rust, tels que revm, ethers et alloy, permettant aux développeurs d’intégrer rapidement la fonctionnalité de preuve de bloc dans divers scénarios. Cette conception offre une grande flexibilité, permettant d’ajuster la logique de construction de blocs selon les besoins et de s’adapter aux futures propositions d’amélioration d’Ethereum.
Au niveau applicatif, Zeth fournit des solutions efficaces pour les zk Rollup, les clients légers et les ponts interchaînes. La création traditionnelle de zk Rollup et de zkEVM requiert beaucoup de temps et de capitaux, ce qui décourage souvent les petites équipes. Grâce à son architecture modulaire basée sur zkVM, Zeth permet aux développeurs de personnaliser facilement la logique de validation des blocs. Par exemple :
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zk Rollup : Zeth permet une génération rapide de preuves de blocs, réduisant ainsi le cycle de développement et les investissements nécessaires.
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Clients légers : permet de valider la validité d’un bloc sans avoir à le reconstruire, réduisant ainsi les coûts d’exécution.
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Ponts interchaînes : grâce aux ZKP, Zeth peut vérifier la justesse des données interchaînes sans divulguer d’informations sensibles, réduisant la dépendance à des tiers et les risques d’attaques interchaînes.
En mai dernier, Zeth a réussi à s’étendre au support de l’extraction des données de blocs Optimism depuis le réseau principal Ethereum, générant des ZKP pour en vérifier la validité, avec possibilité de vérification sur chaîne. Autrement dit, grâce à Zeth, Optimism peut désormais valider plus efficacement les transactions et résoudre les litiges.
Bonsai : permettre aux développeurs de générer des preuves sans matériel propre
Bonsai est un service de preuve à distance spécialement conçu pour les applications basées sur zkVM, permettant aux développeurs de générer des preuves sans utiliser leur propre matériel, résolvant ainsi le dilemme entre les ressources limitées sur chaîne et les coûts élevés. Grâce à Bonsai, les développeurs doivent simplement définir l’application zkVM à exécuter et les données d’entrée ; Bonsai effectue alors les calculs en arrière-plan et génère la preuve à connaissance zéro correspondante, sans que les développeurs aient besoin de déployer du matériel supplémentaire. En outre, Bonsai exploite de vastes grappes de GPU pour traiter en parallèle plusieurs tâches de calcul. Il propose également des API et SDK simples et conviviaux, facilitant l’intégration dans les systèmes existants et réduisant ainsi la difficulté du développement.
À partir de ce service de preuve à distance, RISC Zero a lancé l’outil open source Bonsai Pay, combinant authentification OAuth2.0 et technologie ZKP, permettant aux utilisateurs d’envoyer ou recevoir des jetons sur le réseau Ethereum via leur compte Google. Par exemple, lorsque Alice souhaite transférer des fonds à Bob, elle peut entrer l’e-mail Google de Bob et le montant via Bonsai Pay. Bob peut ensuite se connecter à Bonsai Pay, saisir son adresse e-mail et finaliser l’authentification via son compte Google. Bonsai Pay utilise OAuth 2.0 pour générer un jeton d’autorisation prouvant que Bob est bien le titulaire de cet e-mail. Ensuite, Bonsai Pay appelle le service de preuve Bonsai pour générer une preuve à connaissance zéro attestant que le compte Google de Bob est associé à son adresse de portefeuille. Une fois la preuve validée par le contrat intelligent, les fonds sont débloqués et transférés vers l’adresse de portefeuille de Bob.
Durant tout ce processus, Bonsai Pay vérifie via la technologie ZKP le fait que « le compte Google de Bob est lié à son adresse de portefeuille », sans jamais divulguer aucune information spécifique du compte Google.
Une autre application importante de Bonsai est le coprocesseur ZK (ZK Co-processor). Grâce à la technologie de preuve à connaissance zéro, il déplace des tâches de calcul complexes de la chaîne vers l’extérieur, tout en produisant une preuve inviolable garantissant la justesse du résultat. Le déploiement du coprocesseur Bonsai est également très simple : les développeurs doivent uniquement écrire une application zkVM pour gérer la logique, puis appeler Bonsai via un contrat Solidity simple pour exécuter le calcul et vérifier le résultat. Pendant ce processus, le service de preuve Bonsai est chargé de générer la preuve à connaissance zéro du calcul hors chaîne, pouvant être vérifiée sur chaîne.
Le coprocesseur ZK Bonsai convient particulièrement aux applications nécessitant de hautes performances et de faibles coûts sur chaîne. Par exemple, dans la gouvernance DAO, il peut déplacer les calculs complexes de vote hors chaîne, réduisant considérablement les frais de gaz. Grâce au coprocesseur, Bonsai DAO Governor a abaissé le coût en gaz par vote de plus de 50 %, améliorant ainsi l’efficacité de la gouvernance et abaissant le seuil de participation.
Boundless : une couche de calcul vérifiable
Dans l’architecture blockchain traditionnelle, pour assurer la validité des transactions, tous les nœuds doivent réexécuter chaque transaction. Ce modèle de « réexécution globale » garantit certes la sécurité et la cohérence, mais entraîne des coûts de calcul extrêmement élevés. Pour résoudre ce problème, RISC Zero a introduit Boundless, qui permet à un seul nœud d’effectuer le calcul et de produire une preuve vérifiable à connaissance zéro, que les autres nœuds peuvent simplement valider sans avoir à réexécuter le calcul.
Boundless simplifie le processus de vérification grâce à une technique de composition récursive. Elle fusionne plusieurs petites preuves à connaissance zéro en une seule preuve globale, permettant ainsi au vérificateur de n’en contrôler qu’une seule au lieu de toutes les étapes individuelles. Pour optimiser davantage l’efficacité de génération des preuves, Boundless intègre des circuits cryptographiques spécialisés, améliorant ainsi l’efficacité des tâches courantes telles que le hachage ou la vérification de signatures numériques.
De plus, les développeurs n’ont pas besoin de maîtriser en profondeur la technologie à connaissance zéro pour utiliser Boundless : ils peuvent simplement écrire leurs applications dans des langages familiers comme Rust ou Solidity. Actuellement, Boundless est accessible gratuitement aux développeurs. Sans avoir à migrer leur système existant ou mettre à jour leurs contrats de vérification, ils peuvent tirer parti du service proving de Boundless pour construire et déployer rapidement des applications à connaissance zéro sur n’importe quelle blockchain.
Blobstream Zero : un pont interchaîne zkVM simplifiant la vérification des données interchaînes
Blobstream Zero est un pont interchaîne basé sur zkVM, développé conjointement par RISC Zero et Celestia, destiné à connecter de manière transparente la couche de disponibilité des données de Celestia à l’écosystème existant des blockchains modulaires. En partageant et en vérifiant les données présentes sur Celestia, Blobstream Zero facilite le transfert et la vérification des données entre chaînes.
En tant que bien public entièrement open source, Blobstream Zero permet à tout projet ou développeur d’exécuter une instance locale et de générer des preuves à connaissance zéro. En outre, Blobstream Zero peut aussi soutenir les coprocesseurs ZK. Étant donné que ces derniers sont essentiellement des outils de calcul hors chaîne, ils ont besoin de données fiables pour exécuter leurs calculs. Blobstream Zero peut extraire des données de blockchains comme Celestia, et générer des preuves ZK pour attester de la fiabilité des données transférées.
Steel : un nouveau paradigme pour les contrats intelligents, avec exécution hors chaîne et vérification sur chaîne
Steel est un outil open source lancé par RISC Zero, qui utilise la technologie zkVM pour permettre une exécution vérifiable de contrats intelligents hors chaîne. Grâce à Steel, les développeurs peuvent déplacer les opérations EVM de la chaîne vers l’extérieur, tout en générant une preuve à connaissance zéro garantissant l’authenticité et la vérifiabilité du résultat.
Les contrats intelligents traditionnels doivent exécuter intégralement leur logique sur chaîne, ce qui entraîne des coûts élevés en gaz et limite le développement d’applications complexes. Le mécanisme de Steel — calcul hors chaîne et vérification sur chaîne — résout ce problème. Par exemple, dans un contrat intelligent simple, vérifier si le solde ERC20 d’un compte est supérieur à 1 et incrémenter une variable compteur. La méthode traditionnelle exige d’exécuter toute la logique sur chaîne, tandis que Steel effectue le calcul hors chaîne et génère une preuve à connaissance zéro, que la chaîne valide sans avoir à réexécuter la logique du contrat.
À ce jour, RISC Zero a publié Steel 1.0, et certains partenaires ont déjà utilisé cet outil avec succès. Par exemple, dans un appel de contrat impliquant environ 400 000 opérations SLOAD, le calcul a été transféré hors chaîne via Steel, avant de valider la preuve générée sur chaîne. Le coût de génération de la preuve était inférieur à 10 dollars, et le coût de vérification sur chaîne inférieur à 300 000 gas.
Kailua : une solution hybride ZK propulsant l’innovation architecturale des Rollup
Suite au lancement de Zeth, RISC Zero a introduit Kailua, une solution hybride visant à offrir aux Rollup optimistes une voie d’évolution vers un Rollup ZK. Les Rollup optimistes traditionnels nécessitent généralement une période de contestation de 7 jours, rendant la finalité des transactions lente. Bien que les Rollup ZK offrent une finalité rapide, le coût continu de génération des preuves à connaissance zéro reste élevé. Kailua combine les avantages des deux approches, réalisant un équilibre entre coût et efficacité grâce à une architecture hybride. En tant qu’extension du cadre Optimism Kona, Kailua prend non seulement en charge l’exécution inchangée de Kona sur zkVM, mais introduit aussi un nouveau mécanisme de résolution des litiges, réduisant les exigences de mise en jeu et les retards de finalité, améliorant ainsi l’efficacité et l’utilisabilité du système.
Dans l’architecture de Kailua, le mécanisme de litige adopte une conception innovante. Tout d’abord, il supprime la limitation temporelle, permettant aux validateurs de disposer de suffisamment de temps pour générer une preuve en cas d’interruption du réseau, renforçant ainsi la résilience du système. Même dans des situations extrêmes, l’architecture étendue de RISC Zero zkVM peut produire une preuve en moins d’une heure. En outre, la fonctionnalité de vérification à la demande permet aux développeurs de configurer souplement la fréquence de vérification, permettant une transition progressive et peu coûteuse vers un mode Rollup entièrement vérifié.
Contrairement aux Rollup ZK, Kailua n’exige pas une génération continue de preuves. Pour les blocs vides peu fréquents ou les Rollup ayant des besoins spécifiques en matière de contrats, Kailua constitue un choix plus économique. En outre, Kailua réduit considérablement les exigences de mise en jeu des Rollup. Dans les Rollup optimistes traditionnels, le montant misé augmente linéairement avec la durée de la période de finalité, tandis que la conception optimisée de Kailua fixe cette exigence, permettant au système de maintenir sécurité et activité à moindre coût même sur de longues périodes.
Actuellement, Kailua est entièrement open source. Les développeurs peuvent utiliser ses outils en ligne de commande pour déployer un réseau de test Optimism local, puis le mettre à niveau rapidement vers un réseau prenant en charge les preuves ZK de panne. Kailua permet également de simuler des propositions de panne, aidant les développeurs à comprendre comment les validateurs peuvent contester un état erroné via zkVM, approfondissant ainsi leur compréhension du mécanisme de résolution des litiges. À l’avenir, Kailua poursuivra l’optimisation des coûts et des performances, et étendra son support à davantage de cadres de Rollup.
Conclusion
Comme illustré ci-dessus, la matrice de produits zkVM de RISC Zero impulse le développement de la technologie à connaissance zéro dans plusieurs domaines. Zeth et Kailua se concentrent sur l’optimisation de l’architecture des Rollup, améliorant l’efficacité de la validation des blocs et la rapidité de la résolution des litiges. Bonsai, en offrant un service de preuve à distance, réduit la dépendance au matériel et les coûts d’exploitation, permettant aux développeurs de construire des applications plus efficacement. Blobstream Zero, quant à lui, en validant efficacement les données interchaînes, apporte un soutien fiable à l’écosystème des blockchains modulaires. En outre, Steel, grâce à son modèle de calcul hors chaîne et de vérification sur chaîne, diminue les coûts en gaz des contrats intelligents.
Bien entendu, tout en perfectionnant continuellement sa matrice de produits zkVM, RISC Zero pousse aussi l’innovation au niveau fondamental de la technologie zkVM. Récemment, RISC Zero zkVM a publié la version 1.2, introduisant une nouvelle méthode de précompilation permettant aux développeurs de déployer leur logique de précompilation conjointement avec leurs applications, sans qu’elle doive être intégrée directement dans le zkVM lui-même. Cela signifie que les développeurs peuvent ajouter de nouvelles fonctions de précompilation sans modifier les contrats de vérification sur chaîne, ni coordonner la configuration des prouveurs, ni procéder à un fork ou à une modification majeure du zkVM pour optimiser les performances. De plus, grâce à la précompilation définie par l’application, le coût de calcul de génération de preuve peut être réduit. Par exemple, après l’intégration de la précompilation RSA par Automata, les cycles d’exécution sont passés de 39 millions à 217 000, réduisant les coûts d’environ 180 fois.
Avec l’optimisation continue de la technologie zkVM, son potentiel se manifestera progressivement dans divers scénarios d’application. Toutefois, pour libérer pleinement ce potentiel, il faudra encore compter sur la collaboration écosystémique et la mise en œuvre effective des technologies.
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