Perubahan apa yang akan dibawa oleh solusi zkVM terbaru a16z Crypto, Jolt?

Penulis: Frank, PANews

Pada 10 April, a16z Crypto merilis solusi zkEVM yang disebut Jolt, yang dirancang untuk mempercepat dan menyederhanakan operasi penskalaan blockchain. Jolt mengintegrasikan bukti tanpa pengetahuan SNARK, menyediakan kerangka kerja untuk Rollup yang kompatibel dengan EVM, dan dapat membantu pengembang membuat solusi L2 berbasis SNARK. Tim mengatakan Jolt “dua kali lebih cepat” dibandingkan zkVM saat ini.

Karena prinsip teknis Jolt relatif rumit, berikut adalah penjelasan sederhana tentang hubungan antara beberapa istilah teknis yang mungkin terlibat:

zkSNARK adalah primitif tanpa pengetahuan yang kuat dan merupakan fondasi di mana zkVM dan zkEVM dibangun

zkVM adalah konsep umum mesin virtual tanpa pengetahuan yang mendukung set instruksi apa pun

zkEVM adalah kasus khusus zkVM, yang dirancang khusus agar kompatibel dengan EVM

ZK Rollup menggunakan zkVM atau zkEVM untuk meningkatkan skalabilitas Ethereum dengan tetap mempertimbangkan privasi akun

Apa itu Sentakan?

Jolt adalah solusi SNARK baru yang memberikan solusi lebih ringkas dan efisien untuk membangun zkVM (mesin virtual tanpa pengetahuan). Faktanya, pada awal Agustus 2023, a16z crypto telah mengusulkan konsep terkait yang disebut Lasso dan Jolt. Kedua teknologi ini diusulkan dalam konteks lambatnya dan tingginya biaya teknologi SNARK.

Diantaranya, Lasso, adalah parameter pencarian baru yang dapat mengurangi biaya pembuktian secara signifikan; Jolt, menggunakan Lasso, menyediakan kerangka kerja baru untuk merancang SNARK untuk apa yang disebut zkVM dan front-end yang lebih luas. Bersama-sama, mereka meningkatkan kinerja, pengalaman pengembang, dan kemampuan audit desain SNARK, yang pada gilirannya meningkatkan pembangunan di web3. Hal ini akan meningkatkan penggunaan bukti tanpa pengetahuan di bidang blockchain.

Sebelum memahami Jolt, Anda mungkin perlu memahami zkVM dan zkEVM terlebih dahulu.

zkVM adalah konsep umum yang mengacu pada mesin virtual tanpa pengetahuan. Mirip dengan zkEVM, zkVM memungkinkan program ditulis dalam bahasa tingkat tinggi seperti C++ atau Rust, dan kemudian mesin virtual mengkompilasi program tersebut menjadi beberapa representasi perantara (seperti sirkuit atau batasan aritmatika), dan kemudian menggunakan sistem pembuktian seperti sebagai zkSNARK untuk membuktikan proses eksekusi representasi perantara. Dibandingkan dengan zkEVM, zkVM tidak terbatas pada kompatibilitas dengan EVM, tetapi mendukung set instruksi apa pun. Jolt adalah implementasi zkVM berkinerja tinggi untuk set instruksi RISC-V.

Kita dapat menganggap zkVM sebagai “kotak hitam” khusus yang dapat membuktikan kepada dunia luar bahwa ia memang telah melakukan perhitungan sesuai prosedur yang telah ditentukan sekaligus melindungi privasi. Namun, zkVM tradisional memerlukan banyak perhitungan yang membosankan dalam proses menghasilkan bukti ini, sehingga menghasilkan kinerja yang sangat rendah.

Inovasi inti Jolt adalah menemukan metode matematika yang lebih efisien untuk menghasilkan bukti ini:

Pertama, Jolt dengan cerdik mengubah penghitungan untuk dibuktikan menjadi polinomial khusus, yang untuk sementara kita sebut “polinomial komputasi”. Keunikan polinomial ini adalah nilainya hanya akan sama dengan nol jika kotak hitam benar-benar melakukan penghitungan dengan benar.

Untuk membuktikan bahwa nilai “polinomial terkomputasi” sama dengan nol, Jolt menggunakan protokol interaktif yang disebut “sumcheck”. Protokol ini dapat meyakinkan verifikator bahwa nilai polinomial adalah nol dalam waktu singkat tanpa benar-benar menghitung keseluruhan polinomial. Hal ini mirip dengan bagaimana seorang guru dapat menilai apakah seluruh kertas ujian benar dengan hanya memeriksa beberapa pertanyaan dari siswa.

Keuntungan teknis Jolt

Prinsip teknis Jolt sangat kompleks, sederhananya. Dalam proses pengembangan jaringan blockchain, zkVM adalah teknologi utama yang meningkatkan skalabilitas jaringan blockchain dan dapat memberikan bukti efektif sekaligus memastikan privasi. Dalam pidato utamanya di Karnaval Web3 Hong Kong baru-baru ini, Vitalik membahas teknologi zkSNARK secara mendetail. “Menemukan ZKSNARKS sangat berguna dalam hal privasi, dan juga sangat berguna dalam hal skalabilitas,” kata Vitalik.

Namun, kecepatan dan overhead komputasi dalam menghasilkan pembuktian selalu menjadi tantangan besar dalam penerapan praktis teknologi zkSNARK, dan juga menjadi fokus penelitian di dunia akademis dan industri dalam beberapa tahun terakhir. Skema zkSNARK tradisional, seperti Pinocchio dan Groth16, dapat memerlukan waktu hingga beberapa jam atau bahkan berhari-hari untuk menghasilkan bukti ketika membuktikan logika penghitungan yang lebih kompleks, dan memerlukan sejumlah besar memori dan sumber daya penyimpanan. Kemacetan kinerja ini sangat membatasi penerapan zkSNARK dalam banyak skenario praktis.

Dan jika Anda ingin mengaktifkan penerapan blockchain skala besar untuk mencapai verifikasi waktu nyata. Meningkatkan kinerja zkSNARK adalah langkah yang sangat penting.

Secara khusus, proses pembuatan bukti zkSNARK melibatkan algoritma kriptografi yang kompleks, seperti pasangan kurva elips, interpolasi polinomial, dll. Operasi ini menghabiskan banyak sumber daya komputasi. Terutama ketika skala rangkaian komputasi yang dibuktikan besar, kompleksitas komputasi dari pembangkitan pembuktian akan meningkat secara eksponensial.

Menurut a16z Crypto, pada CPU, implementasi Jolt awal kira-kira 6x lebih cepat dibandingkan RISC Zero dan 2x lebih cepat dibandingkan SP1 yang baru dirilis, dengan Jolt diperkirakan akan menjadi sekitar 1,5x lebih cepat dalam beberapa minggu mendatang.

Kecepatan Jolt saat ini 2 kali lebih cepat dibandingkan zkVM yang ada, namun masih banyak ruang untuk optimasi.

Jolt juga dengan cerdik mengeksploitasi sifat aljabar tertentu dari polinomial untuk mencapai skema komitmen polinomial yang lebih efisien. Hal ini semakin mengurangi ukuran bukti dan waktu verifikasi.

Kemungkinan perubahan yang akan ditimbulkan oleh Jolt

Dari perspektif teknik, Jolt menggunakan serangkaian metode pengoptimalan, seperti desain sirkuit yang lebih ringkas, saluran pipa yang lebih efisien, paralelisasi yang lebih memadai, dll., untuk memaksimalkan daya komputasi perangkat keras.

Misalkan Anda adalah pengembang Web3 yang ingin menerapkan permainan poker on-chain di Ethereum. Permainan ini memerlukan pengocokan, pembagian, perbandingan ukuran kartu, dll dalam rantai.Setiap operasi memerlukan sirkuit zkVM untuk mencapai perlindungan privasi dan verifikasi.

Jika Anda menggunakan solusi zkVM yang sudah ada seperti ZoKrates atau pelayan, membangun sirkuit seperti itu mungkin memerlukan waktu berjam-jam atau bahkan berhari-hari. Karena kinerja zkVM saat ini masih relatif rendah, menghasilkan bukti tanpa pengetahuan dari sirkuit kompleks memerlukan sumber daya komputasi dan overhead waktu yang besar. Artinya, siklus pengembangan dan pengujian bisa sangat panjang.

Dan jika Anda menggunakan Jolt untuk membangun sirkuit yang sama, situasinya berubah secara signifikan. Menurut pengujian yang dilakukan oleh tim Jolt, implementasi Jolt saat ini sudah 2-5 kali lebih cepat dibandingkan solusi zkVM arus utama dalam menghasilkan bukti. Artinya, jika awalnya membutuhkan waktu 10 jam untuk menghasilkan bukti, kini hanya membutuhkan waktu 2-5 jam.

Secara umum, peningkatan kinerja 2-5 kali lipat yang dibawa oleh Jolt berarti kegunaan dan kemudahan penggunaan teknologi zkVM telah meningkat pesat. Hal ini akan secara signifikan menurunkan ambang batas bagi pengembang Web3, memperpendek siklus pengembangan aplikasi, dan memberikan pengalaman yang lebih baik bagi pengguna akhir. Dalam jangka panjang, Jolt diharapkan dapat mempercepat penerapan teknologi zkVM dalam skala besar, sehingga memungkinkan lebih banyak perlindungan privasi dan kemampuan komputasi yang dapat diverifikasi untuk memberikan manfaat bagi setiap pengguna Web3.

Tentu saja, Jolt masih dalam tahap awal pengembangan, dan peningkatan kinerja 2-5x hanyalah permulaan. Dengan optimasi berulang yang berkelanjutan dari teknologi Jolt, kinerja zkVM akan membuat terobosan lebih lanjut, yang pada akhirnya membuka jalan bagi penerapan Web3 dalam skala besar.