저자: 린다벨
최근 Devcon 컨퍼런스에서 Ethereum Foundation의 핵심 멤버인 Justin Drake는 네트워크의 확장성, 보안 및 효율성을 향상시키기 위해 zkSNARK 및 zkVM 기술을 통해 Ethereum 합의 계층을 업그레이드할 계획인 Beam Chain 제안을 제안했습니다. 이 비전은 또한 zkVM의 중요성을 다시 한번 강조합니다. 일반적인 영지식 가상 머신인 zkVM은 기존 스마트 계약 논리에 대한 의존성을 없애면서 보다 유연하고 효율적인 방식으로 복잡한 계산을 처리할 수 있습니다.
이러한 추세에 힘입어 RISC Zero, Succinct 및 Cysic과 같은 프로젝트는 이 분야의 혁신을 촉진하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 간주됩니다. 그 중 RISC Zero는 RISC-V 아키텍처를 기반으로 zkVM을 사용하여 Zeth, Kailua, Bonsai 등 일련의 오픈 소스 도구를 개발했습니다. 이는 블록 검증 및 Rollup 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 ZK 업그레이드에 대한 기술 지원도 제공합니다. 이더리움의.
RISC zkVM 생태 제품 매트릭스: 핵심 기술부터 시나리오 적용까지
RISC Zero는 RISC-V 명령어 세트 아키텍처를 기반으로 한 zkVM 구현으로, 일반적인 영지식 컴퓨팅 플랫폼으로서 Rust 및 C++와 같은 다양한 주류 프로그래밍 언어를 지원하며 거의 모든 컴퓨팅 작업을 실행할 수 있습니다. 다른 영지식 기술 플랫폼과 비교할 때 RISC Zero의 증명자 및 검증자는 완전히 오픈 소스이며 개발자는 로컬에서 증명을 생성하고 확인할 수 있습니다. 또한 RISC Zero의 검증자는 여러 플랫폼과 호환되며 다양한 블록체인 생태계에 적응할 수 있어 분산형 애플리케이션의 개발 프로세스를 단순화합니다.
올해 6월 RISC Zero는 zkVM 1.0을 출시했습니다. zkVM 1.0은 여러 언어와 복잡한 컴퓨팅 작업을 지원할 뿐만 아니라 Continuations 기술을 사용하여 대규모 계산을 여러 개의 작은 세그먼트로 나누어 효율적인 병렬 컴퓨팅 및 검증을 달성합니다. 로드맵에 따르면 RISC Zero는 2024년 말까지 zkVM 성능과 비용을 20배 향상시킬 계획입니다. 최적화 콘텐츠에는 증명 프로세스를 GPU로 완전히 마이그레이션(80% 완료)하고 새로운 RISC-V v2 회로를 도입하는 것이 포함됩니다. 설계 및 순환의 특수 최적화 등. 동시에 RISC Zero는 RSA, Keccak 및 ECDSA와 같은 알고리즘을 위한 일련의 가속 모듈을 통합하여 Ethereum 관련 작업 및 암호화 작업의 성능을 향상시킵니다.
RISC Zero는 zkVM의 핵심 기능에 중점을 두고 일련의 오픈 소스 도구 및 제품도 개발했습니다. 예를 들어, Bonsai 네트워크를 통해 증명 서비스를 제공함으로써 개발자는 Steel 도구를 통해 전용 하드웨어 없이도 영지식 증명을 생성할 수 있으며, 결과를 검증 가능하게 유지하면서 복잡한 EVM 계산을 오프체인 환경으로 전송할 수 있습니다. , 온체인 실행 비용을 절감합니다. Blobstream Zero는 Celestia 데이터 가용성 계층을 연결하여 모듈형 블록체인 생태계에서 데이터 공유 및 검증을 위한 더 많은 가능성을 제공합니다.
Zeth: 전체 이더리움 블록이 올바르게 구성되었음을 증명
Zeth는 RISC Zero가 zkVM 기술을 기반으로 개발한 오픈 소스 이더리움 영지식 블록 증명자로서 기존 검증인이나 동기화 위원회에 의존하지 않고도 영지식 증명을 통해 이더리움 블록의 유효성을 확인할 수 있습니다. RISC Zero는 Zeth를 이더리움 프로토콜과 완벽하게 호환되고 코드 재사용을 통해 개발 효율성을 향상시키는 Type-0 zkEVM으로 정의합니다.
Ethereum의 공동 창립자인 Vitalik Buterin은 "다양한 유형의 zk-EVM"이라는 기사에서 zkEVM을 네 가지 범주로 나누었습니다. Type-1은 EVM과 완전히 동등하려고 노력합니다. 그러나 Type-3은 EVM과 거의 동일하지 않습니다. Type-4는 Ethereum과 완전히 호환되지 않습니다.
RISC Zero zkVM의 고성능 덕분에 Zeth는 몇 분 안에 이더리움 블록 검증을 완료할 수 있습니다. 테스트 데이터에 따르면 Zeth는 1.1MHz의 속도로 블록 증명을 생성할 수 있으며 "연속" 기능을 통해 GPU 클러스터를 확장하여 속도를 4.7MHz에서 6.3MHz까지 높일 수 있습니다. 이러한 성능 최적화는 증명 생성 비용도 줄여줍니다. 테스트에 따르면 182개의 트랜잭션이 포함된 블록의 증명 생성 비용은 $21.72에 불과하며 각 트랜잭션의 비용은 약 $0.11입니다.
동시에 Zeth 개발 과정에서 RISC Zero 팀은 Revm, 에테르, 합금 등 Rust 생태계의 구성 요소를 최대한 활용하여 개발자가 블록 증명 기능을 신속하게 구현하고 다양한 시나리오에 적용할 수 있도록 했습니다. 이 설계는 개발자에게 필요에 따라 블록 구성 논리를 조정하고 향후 Ethereum 개선 제안에 적응할 수 있는 더 많은 유연성을 제공합니다.
애플리케이션 수준에서 Zeth는 zk 롤업, 라이트 클라이언트 및 크로스체인 브리지를 위한 효율적인 솔루션을 제공합니다. 전통적인 zk Rollup 및 zkEVM을 구축하려면 많은 시간과 비용이 필요하며 이는 소규모 팀에게는 불가능합니다. Zeth는 모듈식 zkVM 아키텍처를 기반으로 하므로 개발자가 블록 검증 논리를 쉽게 사용자 정의할 수 있습니다. 예를 들어:
- zk Rollup: Zeth는 블록 증명을 신속하게 구현하고 ZK Rollup의 개발 주기를 단축하며 자본 투자를 줄일 수 있습니다.
- 라이트 클라이언트: 블록을 재구축하지 않고도 블록의 유효성을 검증하여 운영 비용을 절감합니다.
- 크로스체인 브리지: Zeth는 ZKP를 통해 체인의 민감한 정보를 유출하지 않고 크로스체인 데이터의 정확성을 검증할 수 있으므로 제3자에 대한 의존도가 줄어들고 크로스체인 공격의 위험이 줄어듭니다.
올해 5월 Zeth는 이더리움 메인 네트워크에서 Optimism 블록 데이터 추출을 지원하고, 블록의 정확성을 검증하기 위한 ZKP를 생성하며, 체인 검증도 지원하도록 성공적으로 확장했습니다. 즉, Optimism은 Zeth를 통해 거래를 보다 효율적으로 검증하고 거래 분쟁을 해결할 수 있습니다.
Bonsai: 개발자가 자체 하드웨어를 사용하지 않고도 증명을 생성할 수 있습니다.
Bonsai는 zkVM 애플리케이션을 위해 특별히 설계된 원격 증명 서비스로, 개발자가 자체 하드웨어를 사용하지 않고도 증명을 생성할 수 있도록 하여 제한된 온체인 컴퓨팅 리소스와 높은 비용 사이의 모순을 해결합니다. Bonsai를 통해 개발자는 실행해야 하는 zkVM 애플리케이션과 입력 데이터만 정의하면 되며, Bonsai는 백그라운드에서 계산을 실행하고 해당 영지식 증명을 생성할 수 있습니다. 이 프로세스에서는 개발자가 추가 하드웨어 장비를 배포할 필요가 없습니다. 동시에 Bonsai는 다수의 GPU 클러스터를 활용하여 여러 컴퓨팅 작업의 병렬 처리를 지원합니다. 또한 Bonsai는 간단하고 사용하기 쉬운 API 및 SDK 인터페이스를 제공하므로 개발자는 이를 기존 시스템에 쉽게 통합하여 개발 난이도를 더욱 줄일 수 있습니다.
이 원격 인증 서비스를 기반으로 RISC Zero는 OAuth2.0 신원 인증과 ZKP 기술을 결합하여 사용자가 Google 계정을 통해 Ethereum 네트워크에서 토큰을 보내고 받을 수 있도록 하는 오픈 소스 도구 Bonsai Pay를 출시했습니다. 예를 들어, Alice가 Bob에게 자금을 이체하려는 경우 Alice는 Bonsai Pay를 통해 Bob의 Google 이메일 주소와 이체 금액을 입력할 수 있습니다. 그러면 Bob은 Bonsai Pay에 로그인하여 이메일 주소를 입력하고 Google 계정 인증을 완료할 수 있습니다. Bonsai Pay는 OAuth 2.0을 사용하여 Bob이 실제로 이메일 주소의 소유자임을 증명하는 인증 토큰을 생성합니다. 그런 다음 Bonsai Pay는 Bonsai 증명 서비스를 호출하여 영지식 증명을 생성하여 Bob의 Google 계정이 지갑 주소와 연결되어 있음을 증명합니다. 스마트 계약이 증명을 확인한 후 자금의 잠금을 해제하고 이를 Bob의 지갑 주소로 전송합니다.
이 과정에서 Bonsai Pay는 ZKP 기술을 사용하여 "Bob의 Google 계정이 지갑 주소와 연결되어 있음"을 확인하는 동시에 Google 계정에 대한 특정 정보 유출을 방지했습니다.
Bonsai의 또 다른 중요한 응용 분야는 Bonsai ZK 보조 프로세서(ZK 보조 프로세서)입니다. 영지식 증명 기술을 사용하여 복잡한 컴퓨팅 작업을 체인에서 오프체인으로 전송하고 변조 방지 증명을 생성하여 결과의 정확성을 보장합니다. 동시에 Bonsai 보조 프로세서의 배포도 매우 간단합니다. 개발자는 논리를 처리하기 위해 zkVM 애플리케이션을 작성하고 간단한 Solidity 계약을 통해 Bonsai를 호출하여 계산을 실행하고 결과를 확인하면 됩니다. 프로세스 전반에 걸쳐 Bonsai 증명 서비스는 온체인에서 확인할 수 있는 오프체인 영지식 증명을 생성하는 역할을 담당합니다.
Bonsai ZK 보조 프로세서는 고성능과 저렴한 비용이 요구되는 온체인 애플리케이션에 적합합니다. 예를 들어, DAO 거버넌스에서는 복잡한 투표 계산을 오프체인으로 이전하여 온체인 가스 비용을 크게 줄일 수 있습니다. Bonsai DAO 거버너는 보조 프로세서를 통해 각 투표의 가스 비용을 50% 이상 줄여 거버넌스 효율성을 효과적으로 개선하고 참여 임계값을 낮춥니다.
무한함: 검증 가능한 컴퓨팅 레이어
전통적인 블록체인 아키텍처에서는 거래의 유효성을 보장하기 위해 모든 노드가 각 거래에 대한 모든 계산을 반복적으로 수행해야 합니다. 이 "전역 재실행" 모드는 보안과 일관성을 보장할 수 있지만 컴퓨팅 비용도 매우 높습니다. 이 문제를 해결하기 위해 RISC Zero는 계산을 완료한 후 단일 노드가 검증 가능한 영지식 증명을 생성할 수 있도록 하는 Boundless를 출시했습니다. 다른 노드는 계산을 반복하지 않고 결과를 확인하기 위해 증명만 확인하면 됩니다.
Boundless는 재귀적 구성 기술을 통해 검증 프로세스를 단순화합니다. 여러 개의 작은 영지식 증명을 전체 증명으로 결합하여 검증자가 증명의 모든 단계를 하나씩 검증할 필요 없이 하나의 전체 증명만 확인할 수 있도록 합니다. 영지식 증명의 생성 효율성을 더욱 최적화하기 위해 Boundless에는 해시 계산 및 디지털 서명 확인과 같은 일반적인 작업의 효율성을 최적화하는 전용 암호화 가속 회로가 내장되어 있습니다.
또한 Boundless를 사용하는 개발자는 영지식 기술에 대한 심층적인 이해가 필요하지 않으며 Rust나 Solidity와 같은 친숙한 프로그래밍 언어로 애플리케이션을 작성하기만 하면 됩니다. 현재 Boundless는 개발자에게 무료로 액세스할 수 있도록 열려 있습니다. 개발자는 Boundless가 제공하는 증명 서비스를 사용하여 기존 시스템을 마이그레이션하거나 검증 계약을 업데이트하지 않고도 모든 블록체인에서 영지식 애플리케이션을 신속하게 구축하고 배포할 수 있습니다.
Blobstream Zero: 크로스체인 데이터 검증을 단순화하는 zkVM의 크로스체인 브리지
Blobstream Zero는 RISC Zero와 Celestia가 공동으로 출시한 zkVM 기반 크로스체인 브리지로, Celestia의 데이터 가용성 레이어를 기존 모듈형 블록체인 생태계에 원활하게 연결하는 것을 목표로 합니다. Blobstream Zero는 Celestia에서 데이터를 공유하고 검증함으로써 체인 간 보다 편리한 데이터 전송 및 검증을 가능하게 합니다.
완전 오픈 소스 공개 제품인 Blobstream Zero를 사용하면 모든 프로젝트나 개발자가 로컬 인스턴스를 실행하고 영지식 증명을 생성할 수 있습니다. 또한 Blobstream Zero는 ZK 보조 프로세서에 대한 지원을 제공합니다. ZK 보조 프로세서는 본질적으로 오프체인 컴퓨팅 도구이므로 계산을 수행하려면 신뢰할 수 있는 데이터가 필요합니다. Blobstream Zero는 Celestia와 같은 블록체인에서 데이터를 얻을 수 있으며, ZK 증명을 생성하여 전송된 데이터의 신뢰성을 입증할 수 있습니다.
Steel: 오프체인 실행 및 온체인 검증을 갖춘 스마트 계약의 새로운 패러다임
Steel은 RISC Zero에서 출시한 오픈 소스 도구로, zkVM 기술을 사용하여 오프체인에서 검증 가능한 스마트 계약 실행을 달성합니다. Steel을 통해 개발자는 EVM 작업을 온체인에서 오프체인 실행으로 이전하는 동시에 영지식 증명을 생성하여 계산 결과의 신뢰성과 검증 가능성을 보장할 수 있습니다.
전통적인 스마트 계약은 체인의 모든 논리를 완벽하게 실행해야 하며, 이로 인해 가스 비용이 높아질 뿐만 아니라 복잡한 애플리케이션 개발이 제한됩니다. Steel의 오프체인 계산과 온체인 검증 메커니즘은 이 문제를 해결합니다. 예를 들어, 간단한 스마트 계약에서 계정의 ERC20 잔액이 1보다 큰지 확인하고 카운터 변수를 증가시킵니다. 전통적인 방법은 체인에서 로직을 완전히 실행해야 하는 반면, Steel은 오프체인 계산을 완료하고 영지식 증명을 생성하므로 계약 로직을 반복적으로 실행할 필요 없이 체인에서만 증명하면 됩니다.
현재 RISC Zero는 Steel 1.0을 출시했으며 파트너는 이미 이 도구를 사용하여 애플리케이션을 개발했습니다. 예를 들어 약 400,000개의 SLOAD 작업을 처리하는 계약 호출에서 Steel은 계산을 오프체인 실행으로 전송한 다음 생성된 영지식 증명을 체인에서 확인합니다. 증명 생성 비용은 미화 10달러 미만이며, 온체인 검증 비용은 300,000 Gas 미만입니다.
Kailua: 롤업 아키텍처의 혁신을 촉진하는 하이브리드 ZK 솔루션
Zeth 출시에 이어 RISC Zero는 낙관적 롤업을 위한 하이브리드 ZK 롤업 업그레이드 솔루션 제공을 목표로 하는 Kailua를 출시했습니다. 전통적인 낙관적 롤업은 일반적으로 7일의 챌린지 기간이 필요하므로 트랜잭션 최종성이 느려집니다. ZK 롤업은 신속하게 최종성을 달성할 수 있지만 지속적으로 영지식 증명을 생성하는 데 드는 비용이 너무 높습니다. Kailua는 두 분야의 장점을 결합하여 하이브리드 아키텍처를 통해 비용과 효율성 간의 균형을 달성합니다. Optimism Kona 프레임워크의 확장인 Kailua는 zkVM에서 실행되는 수정되지 않은 Kona를 지원할 뿐만 아니라 스테이킹 요구 사항을 낮추고 최종성 지연을 줄이는 혁신적인 분쟁 해결 메커니즘을 도입하여 시스템 효율성과 가용성을 향상시킵니다.
Kailua의 아키텍처에서 분쟁 메커니즘은 완전히 새로운 디자인을 채택했습니다. 첫째, 분쟁 해결 메커니즘은 시간 제한을 제거하여 검증인이 네트워크 중단과 같은 특별한 상황에 직면할 때 증거를 생성할 수 있는 충분한 시간을 허용함으로써 시스템의 탄력성을 향상시킵니다. 극단적인 경우에도 RISC Zero zkVM의 확장 아키텍처는 1시간 이내에 이를 입증할 수 있습니다. 또한 Kailua의 주문형 검증 기능을 통해 개발자는 검증 빈도를 유연하게 구성하고 저렴한 비용으로 완전히 검증된 롤업 모드로 점진적으로 전환할 수 있습니다.
ZK Rollup과 달리 Kailua는 지속적으로 증명을 생성하지 않고 설계되었습니다. 빈도가 낮은 빈 블록이나 특별한 계약 요구 사항이 있는 롤업의 경우 Kailua는 보다 비용 효율적인 옵션을 제공합니다. 동시에 Kailua는 Rollup의 스테이킹 비용 요구 사항도 크게 줄였습니다. 전통적인 낙관적 롤업의 서약 금액은 최종 기간이 길어짐에 따라 선형적으로 증가하는 반면, Kailua의 최적화된 설계는 서약 요구 사항을 수정하여 시스템이 장기간에도 더 낮은 비용으로 보안과 활동을 유지할 수 있도록 합니다.
현재 Kailua는 완전한 오픈 소스입니다. 개발자는 명령줄 도구를 사용하여 로컬 Optimism 테스트 네트워크를 배포하고 ZK 오류 방지를 지원하는 네트워크로 신속하게 업그레이드할 수 있습니다. Kailua는 또한 시뮬레이션된 오류 제안을 지원하여 개발자가 유효성 검사기가 zkVM을 통해 오류 상태에 도전하는 방법을 이해하여 분쟁 해결 메커니즘을 더 깊이 이해할 수 있도록 돕습니다. 앞으로 Kailua는 비용과 성능을 더욱 최적화하고 더 많은 롤업 프레임워크를 지원하도록 확장할 것입니다.
요약
위에서 볼 수 있듯이 RISC Zero의 zkVM 제품 매트릭스는 여러 분야에서 영지식 증명 기술 개발을 촉진하고 있습니다. Zeth와 Kailua는 롤업 아키텍처를 최적화하여 블록 검증 효율성과 분쟁 해결 속도를 향상시키는 데 중점을 둡니다. Bonsai는 원격 인증 서비스를 제공하여 하드웨어 의존성과 운영 비용을 줄여 개발자가 애플리케이션을 보다 효율적으로 구축할 수 있도록 합니다. Blobstream Zero는 크로스체인 데이터를 효율적으로 검증하여 모듈식 블록체인 생태계에 대한 안정적인 지원을 제공합니다. 또한 Steel은 오프체인 계산 및 온체인 검증을 통해 스마트 계약 실행에 필요한 가스 비용을 절감합니다.
물론, RISC Zero는 zkVM 제품 매트릭스를 지속적으로 개선하는 동시에 zkVM의 기본 기술에 대한 혁신을 계속해서 촉진하고 있습니다. 최근 RISC Zero zkVM은 버전 1.2를 출시했습니다. 이 버전에는 개발자가 zkVM 자체에 구축하지 않고도 애플리케이션과 함께 사전 컴파일된 로직을 배포할 수 있는 새로운 사전 컴파일 방법이 도입되었습니다. 즉, 개발자는 온체인 검증 계약의 구성을 수정하거나 증명자를 조정하지 않고도 미리 컴파일된 새로운 논리를 추가할 수 있으며 zkVM을 포크하거나 크게 변경하지 않고도 성능 최적화를 달성할 수 있습니다. 또한 정의 사전 컴파일을 적용하면 증명 생성의 계산 비용을 줄일 수 있습니다. 예를 들어, Automata가 RSA 사전 컴파일을 통합한 후에는 실행 주기가 3,900만 번에서 217,000번으로 줄어들고 비용도 약 180배 감소합니다.
zkVM 기술이 계속해서 최적화됨에 따라 개발 잠재력은 점차적으로 여러 응용 시나리오에 반영될 것입니다. 그러나 이러한 잠재력을 더 잘 활용하려면 여전히 생태학적 협력과 기술 구현의 실제 성과에 의존해야 합니다.
