Quels changements la dernière solution zkVM d'a16z Crypto, Jolt, apportera-t-elle ?

Auteur : Frank, PANews

Le 10 avril, a16z Crypto a publié une solution zkEVM appelée Jolt, conçue pour accélérer et simplifier les opérations de mise à l’échelle de la blockchain. Jolt intègre des preuves sans connaissance SNARK, fournit un cadre pour les rollups compatibles EVM et peut aider les développeurs à créer des solutions L2 basées sur SNARK. L’équipe affirme que Jolt est “deux fois plus rapide” par rapport au zkVM actuel.

Les principes techniques de Jolt étant relativement complexes, voici une explication simple de la relation entre plusieurs termes techniques qui peuvent être impliqués :

zkSNARK est une puissante primitive de preuve sans connaissance et constitue la base sur laquelle zkVM et zkEVM sont construits

zkVM est un concept général de machine virtuelle à connaissance nulle qui prend en charge n’importe quel jeu d’instructions

zkEVM est un cas particulier de zkVM, spécialement conçu pour être compatible avec EVM

ZK Rollup utilise zkVM ou zkEVM pour améliorer l’évolutivité d’Ethereum tout en tenant compte de la confidentialité

Qu’est-ce que Jolt ?

Jolt est une nouvelle solution SNARK qui fournit une solution plus concise et efficace pour créer zkVM (machine virtuelle à connaissance nulle). En fait, dès août 2023, a16z crypto avait déjà proposé des concepts associés appelés Lasso et Jolt. Ces deux technologies ont été proposées dans le contexte de la lenteur et du coût élevé de la technologie SNARK.

Parmi eux, Lasso, est un nouveau paramètre de recherche qui peut réduire considérablement les coûts du prouveur ; Jolt, en utilisant Lasso, fournit un nouveau cadre pour concevoir des SNARK pour ce qu’on appelle zkVM et des frontaux plus larges. Ensemble, ils améliorent les performances, l’expérience des développeurs et l’auditabilité des conceptions SNARK, ce qui à son tour améliore la construction dans Web3. Cela améliorera l’utilisation de preuves sans connaissance dans le domaine de la blockchain.

Avant de comprendre Jolt, vous devrez peut-être d’abord comprendre zkVM et zkEVM.

zkVM est un concept général qui fait référence à une machine virtuelle sans connaissance. Semblable à zkEVM, zkVM permet d’écrire des programmes dans des langages de haut niveau tels que C++ ou Rust, puis la machine virtuelle compile le programme dans une représentation intermédiaire (telle que des circuits ou des contraintes arithmétiques), puis utilise des systèmes de preuve tels que comme zkSNARK pour prouver le processus d’exécution de la représentation intermédiaire. Comparé à zkEVM, zkVM ne se limite pas à être compatible avec EVM, mais prend en charge n’importe quel jeu d’instructions. Jolt est une implémentation zkVM hautes performances pour le jeu d’instructions RISC-V.

Nous pouvons considérer zkVM comme une « boîte noire » spéciale qui peut prouver au monde extérieur qu’il a effectivement effectué des calculs selon des procédures prédéterminées tout en protégeant la vie privée. Cependant, le zkVM traditionnel nécessite de nombreux calculs fastidieux lors du processus de génération de cette preuve, ce qui entraîne des performances très faibles.

L’innovation fondamentale de Jolt est de trouver une méthode mathématique plus efficace pour générer cette preuve :

Premièrement, Jolt a intelligemment transformé le calcul à prouver en un polynôme spécial, que nous appelons provisoirement un « polynôme computationnel ». La particularité de ce polynôme est que sa valeur ne sera égale à zéro que si la boîte noire a effectivement effectué correctement le calcul.

Pour prouver que la valeur d’un « polynôme calculé » est égale à zéro, Jolt utilise un protocole interactif appelé « sumcheck ». Ce protocole peut convaincre le vérificateur que la valeur du polynôme est nulle en peu de temps sans réellement calculer le polynôme entier. Ceci est quelque peu similaire à la façon dont un enseignant peut juger si l’ensemble du test est correct en vérifiant seulement quelques questions des élèves.

Les avantages techniques de Jolt

Les principes techniques de Jolt sont très complexes, pour faire simple. Dans le processus de développement des réseaux blockchain, zkVM est une technologie clé qui améliore l’évolutivité des réseaux blockchain et peut fournir une preuve efficace tout en garantissant la confidentialité. Dans son discours d’ouverture au récent Carnaval Web3 de Hong Kong, Vitalik a discuté en détail de la technologie zkSNARK. “Trouver ZKSNARKS est très utile en termes de confidentialité, mais également en termes d’évolutivité”, a déclaré Vitalik.

Cependant, la vitesse et la charge de calcul nécessaire à la génération des preuves ont toujours constitué un défi majeur pour l’application pratique de la technologie zkSNARK, et ont également fait l’objet de recherches dans le monde universitaire et industriel ces dernières années. Les schémas zkSNARK traditionnels, tels que Pinocchio et Groth16, peuvent prendre jusqu’à plusieurs heures, voire plusieurs jours, pour produire des preuves lorsqu’ils prouvent une logique de calcul plus complexe, et nécessitent une grande quantité de mémoire et de ressources de stockage. Ce goulot d’étranglement en termes de performances restreint considérablement l’application de zkSNARK dans de nombreux scénarios pratiques.

Et si vous souhaitez permettre une application à grande échelle de la blockchain pour réaliser une vérification en temps réel. Améliorer les performances de zkSNARK est une étape très critique.

Plus précisément, le processus de génération de preuves de zkSNARK implique des algorithmes cryptographiques complexes, tels que l’appariement de courbes elliptiques, l’interpolation polynomiale, etc. Ces opérations consomment beaucoup de ressources informatiques. Surtout lorsque l’échelle du circuit informatique à prouver est grande, la complexité informatique de la génération de la preuve augmentera de façon exponentielle.

Selon a16z Crypto, sur le processeur, la mise en œuvre initiale de Jolt est environ 6 fois plus rapide que RISC Zero et 2 fois plus rapide que le SP1 récemment publié, Jolt devant être environ 1,5 fois plus rapide dans les semaines à venir.

La vitesse actuelle de Jolt est plus de 2 fois plus rapide que celle du zkVM existant, mais il reste encore beaucoup de place à l’optimisation.

Jolt exploite également intelligemment certaines propriétés algébriques des polynômes pour obtenir un schéma d’engagement polynomial plus efficace. Cela réduit encore davantage la taille de la preuve et le temps de vérification.

Changements possibles que Jolt apportera

D’un point de vue technique, Jolt utilise une série de méthodes d’optimisation, telles qu’une conception de circuits plus compacte, des pipelines plus efficaces, une parallélisation plus suffisante, etc., pour maximiser la puissance de calcul du matériel.

Supposons que vous soyez un développeur Web3 qui souhaite déployer un jeu de poker en chaîne sur Ethereum. Ce jeu nécessite de mélanger, de distribuer, de comparer les tailles de cartes, etc. sur la chaîne. Chaque opération nécessite des circuits zkVM pour assurer la protection de la confidentialité et la vérifiabilité.

Si vous utilisez une solution zkVM existante telle que ZoKrates ou Bellman, la construction d’un tel circuit peut prendre des heures, voire des jours. Étant donné que les performances actuelles de zkVM sont encore relativement faibles, la génération de preuves de circuits complexes sans connaissance nécessite une grande quantité de ressources informatiques et de temps. Cela signifie que les cycles de développement et de test peuvent être très longs.

Et si vous utilisez Jolt pour construire le même circuit, la situation change considérablement. Selon les tests effectués par l’équipe Jolt, l’implémentation actuelle de Jolt est déjà 2 à 5 fois plus rapide que la solution zkVM traditionnelle pour générer des preuves. Cela signifie que s’il fallait initialement 10 heures pour générer une épreuve, cela peut désormais prendre seulement 2 à 5 heures.

En général, l’amélioration des performances de 2 à 5 fois apportée par Jolt signifie que la convivialité et la facilité d’utilisation de la technologie zkVM ont été considérablement améliorées. Cela abaissera considérablement le seuil pour les développeurs Web3, raccourcira le cycle de développement d’applications et apportera une meilleure expérience aux utilisateurs finaux. À plus long terme, Jolt devrait accélérer l’application à grande échelle de la technologie zkVM, permettant ainsi une meilleure protection de la vie privée et des capacités informatiques vérifiables au profit de chaque utilisateur Web3.

Bien sûr, Jolt en est encore aux premiers stades de développement et l’amélioration des performances de 2 à 5 fois n’est qu’un début. Grâce à l’optimisation itérative continue de la technologie Jolt, les performances de zkVM réaliseront de nouvelles avancées, ouvrant la voie à l’application à grande échelle du Web3.