Що таке копроцесор?

Мо Донг, співзасновник Celer Network та Brevis, вважає, що, у простих термінах, копроцесор - це інструмент, який 'дає смарт-контрактам можливість Dune Analytics'.

У простих термінах поточні загальні смарт-контракти не можуть отримати доступ до історичних даних. Наприклад, під час роботи над Протоколом Управління Ліквідністю, мені знадобилися історичні цінові дані, щоб розрахувати, як часто і за якою ціною постачальники ліквідності перевищували діапазон цін в AMM. Нам довелося покладатися на послугу індексу, розміщену на ланцюзі, наприклад, The Graph’sGraphQL API, оскільки агрегування, пошук та фільтрація завдань не можуть бути виконані лише через взаємодію з контрактом. Навіть індексування стандартних даних транзакцій блокчейн викликає складнощі, не кажучи вже про читання складніших даних, ніж базова інформація.

Щодо протоколів управління ліквідністю, оцінка історичної продуктивності існуючих тестових пулів чи користувацьких пулів все ще потребує використання API послуг індексу, що розміщений на ланцюзі. Ці дані потім обчислюються вручну в Excel. Чи існує сервіс, який може спростити цей процес, забезпечуючи dapp розумні контракти з можливістю агрегування, фільтрації та аналізу цих даних безпосередньо? Копроцесори призначені для вирішення цієї проблеми.

Чому його називають копроцесором?

У ранніх комп'ютерних системах процесор ЦП здебільшого міг виконувати лише базові операції. Йому потрібно було співпрацювати з присвяченим «супроцесором», щоб виконувати конкретні види обчислювальних завдань, такі як операції з плаваючою комою, для покращення продуктивності.

Тепер ми можемо думати про Ethereum як про гігантський суперкомп'ютер. Розумні контракти по всьому світу можуть отримувати доступ лише до даних on-chain з поточного блоку, а не до історичних даних, включаючи записи транзакцій та зміни балансу рахунків. Це тому, що дизайн Ethereum не надає можливості розумним контрактам отримувати доступ до цих історичних даних.

Доступ до історичних даних для забезпечення їх надійності вимагає криптографічного методу, який пов'язує історичні записи з поточним блоком. Однак розрахунок та підтвердження цього доказу в розумному контракті може бути витратним за часом та коштами. Як альтернатива, можна здійснювати запити через вузли зберігання, але розумні контракти не можуть взаємодіяти з ними безпосередньо, й виникає питання довіри. Таким чином, як можемо вирішити цю проблему довіри та забезпечити перевірку обчислень? Іншими словами, як ми можемо дозволити третій стороні безпосередньо перевірити результати обчислень на правильність, не потребуючи повторного виконання самого обчислення? Рішення може бути в копроцесорах, які схожі на ранні комп'ютерні системи. Вони можуть розширити обчислювальну потужність розумних контрактів на Ethereum, надаючи їм нову можливість доступу до історичних даних та виконання складних обчислень.

Як зазвичай працює копроцесор?

Загалом, основний робочий процес співпроцесора, який перевіряє дані Ethereum, виглядає наступним чином:

1. Запит історичних даних та виконання відповідних обчислень в позаланцюжковому середовищі через сервіс;

2. Сервіс згенерує якийсь вид доказу, щоб підтвердити, що його операція є надійною;

3. Dapp розробника буде взаємодіяти з контрактом копроцесора, розгорнутим на Ethereum, для перевірки доказу;

4. Після взаємодії з контрактом копроцесора та перевірки результату dapp може безпосередньо отримати доступ до потрібних йому історичних даних без довіри.

Проекти в області співпроцесора або широкого перевіреного обчислення

Цей розділ головним чином аналізує ключові технічні стеки та конкурентні переваги провідних гравців у просторі копроцесорів.

Аксіома

Лідер у просторі копроцесорів, Axiom будує інфраструктуру даних on-chain, щоб спростити взаємодію розумних контрактів з даними on-chain. Axiom також відомий впровадженням концепції копроцесорів. Ми докладніше розглянемо, як їх копроцесор працює пізніше в цій статті, використовуючи Axiom як приклад.

Лагранж

Lagrange фокусується на доказах стану міжланцюгових та техніках паралельної обробки. Їх докази можуть досягти міжланцюжкової верифікації без покладанняся на протоколи міжланцюжкового обміну, такі як zkBridge або IBC. Паралельний доведувач Lagrange добре підходить для продуктів, що включають повторне ставлення, зміцнюючи їхню позицію в екосистемі RaaS (Rollup as a Service).

На відміну від послідовних доказів, паралельні докази можуть розподілити свою робочий навантаження одночасно на тисячі потоків. Крім того, заново ставлення на EigenLayer може їх захистити. Іншими словами, цей підхід паралельного обчислення і паралельного доведення дозволяє покращити горизонтальну масштабованість.

Один реальний використовуваний випадок - застосування Лагранжа на платформі AltLayer. AltLayer пропонує послуги активної верифікації для Restaked Rollup, допомагаючи розробникам реалізувати децентралізоване послідовне виконання та перевірку правильності стану Rollup ефективно. У березні 2024 року Лагранж уклав партнерство з AltLayer для використання паралельних доказувачів для спільної обробки Rollup. Це забезпечує перевірні та безпечні дані та результати обчислень на ланцюжку для клієнтів RaaS AltLayer.

Геродот

Тісно пов'язаний з екосистемою Starkware/Starknet, Herodotus співпрацює з проектами, такими як Snapshot. Вони називають свою систему співпроцесора "Доказ сховища", яку можна поєднати з ZK-доказами для забезпечення доступу до даних між різними шарами Ethereum на різних рівнях.

Джерело: Веб-сайт Геродота

Система доказів зберігання складається з трьох компонентів:

1. Докази про включення: Підтвердіть, що дані дійсно існують у структурі даних Ethereum.
2. Докази обчислення: Перевірте валідність багатокрокових робочих процесів, особливо тих, що включають конвертацію даних або інші операції.
3. Докази ZK: Дозволяють смарт-контрактам підтверджувати правильність доказів без обробки всіх підлеглих даних. Будь-які дані на ланцюжку в Ethereum архівному вузлі можуть бути доведені за допомогою системи доказів зберігання.

Як і інші копроцесори, система доказу зберігання генерується поза ланцюжком та перевіряється в ланцюжку, мінімізуючи споживання ресурсів в ланцюжку. Вона також зменшує обсяг переданих даних між шарами Ethereum, відправляючи лише хеш блоку або кореневик для перевірки.

Brevis

Розроблений компанією Celer Network, Brevis є інфраструктурою для створення різноманітних послуг з обробки даних on-chain, включаючи ZK копроцесори. Celer Network, протокол взаємодії, заснований Мо Донгом та Цінкай Лянгом, зібрав $4 мільйони на IEO (Initial Exchange Offering) в 2019 році.

Celer Network розгорнулаКороткий контрактon-chain. Цей контракт перевіряє докази від запитів від співпроцесора та пересилає результати назад до контракту dapp через функцію зворотного виклику. Розробники можуть використовувати Brevis SDK, щоб дозволити dapps легко отримувати доступ до історичних даних on-chain. SDK абстрагує складні схеми, що усуває потребу у розробників мати попередні знання про ZK-докази. Brevis SDK заснований на рамці gnark, розробленій командою Consensys Linea. Крім того, Brevis підтримує легкий клієнт ZK Ethereum, що дозволяє йому працювати з on-chain даними з будь-якого сумісного з Ethereum EVM блокчейну.

Джерело: Документація Brevis

Celer Network зараз розробляєcoChain, блокчейн, спрямований на екосистему RaaS, використовуючи Brevis як основу. coChain - це блокчейн, заснований на алгоритмі консенсусу Proof-of-Stake (PoS) і може надавати послуги стейкінгу та зменшення Ethereum. Зменшення відноситься до процесу покарання валідаторів, які порушують правила в екосистемі Ethereum PoS, включаючи штрафи та зміни стану. Історично зменшення у екосистемі стейкінгу Ethereum було дуже низьким, здані, що свідчатьщо лише близько 0.04% валідаторів було зменшено.

Унікальна функція coChain полягає в посиланні на генерацію результатів копроцесора до нагород і покарань за стейкінг Ethereum. Ось процес:

1. Розумний контракт подає запит на копроцесор, а механізм консенсусу PoS генерує результат копроцесора;
2. Результат, отриманий за допомогою PoS, надсилається на блокчейн як "пропозиція", яку можна "оскаржити" за допомогою доказу знань нуля (ZK);
3. Якщо виклик доказу ZK вдається, вказуючи на порушення валідатора під час стейкінгу, відповідний стейк валідатора безпосередньо зменшується на Ethereum. Навпаки, якщо результат, згенерований PoS, залишається непіддатими викликанню, dapp може безпосередньо використовувати результат копроцесора без витрат на ZK-докази. Цей „оптимістичний” підхід до викликів доказів, подібний до Optimism, допомагає знизити витрати.

В цілому підхід coChain поєднує стимули довіри/перевірки копроцесорів з екосистемою стейкінгу Ethereum. У майбутньому він буде інтегруватися з EigenLayer для зменшення витрат на докази у ZK-копроцесорів.

Нексус

Nexus zkVM дозволяє перевірку будь-якого результату обчислень на ланцюжку. Його унікальною особливістю є можливість перевірки ZK-доказів на основі технік складання. Заснований у 2022 році, Nexus - ще один гравець у просторі zkVM. Хоча деталі ще не були широко розголошені, засновник Даніель Марін (випускник Стенфорду з попереднім досвідом в Google) опублікувавранні наукові статтічерез клуб блокчейну Стенфорду.

Технологія ZK folding вважається перспективним розділом в межах рішень zkVM. Nexus zkVM підтримує перевірку як складних доказів, так і схем накопичення. Це має бути масштабованим, модульним та відкритим zkVM. Їх технічний стек включає механізми агрегації доказів на велику шкалу на основі Інкрементального Перевіреного Обчислення (IVC) та різні схеми folding, такі як Nova, CycleFold, SuperNova та HyperNova. Вони також розробляють Nexus Network, мережу добування доказів на велику шкалу, побудовану на Nexus zkVM.

Джерело: Документація Nexus, Архітектура Nexus zkVM

Таблиця порівняння технічних підходів та конкурентних переваг у треку копроцесора

Як ви можете побачити, різні проекти обрали різні технічні стеки на основі різних екосистем (Ethereum EVM, RaaS, cross-chain, Ethereum cross-layer), різні методи підтвердження (Rollup vs ZK) або різні рішення в межах ZK-доказів (zk-SNARK, folding proofs, accumulation schemes і т. д.). Кожен з них має свої переваги й недоліки щодо конкурентних переваг і, в кінцевому підсумку, пропонує різні форми продуктів: інтерактивні контракти on-chain, SDK та мережі, призначені для різних цілей, таких як мережі підтвердження стейкінгу та мережі великомасштабної верифікації.

Джерело: Автор

Конкретна операція сопроцесорів: Випадок Аксіоми

Чому обрати Аксіому?

Аксіома - це копроцесор доведення ZK, побудований для Ethereum. Він дозволяє смарт-контрактам отримувати доступ до історичних даних on-chain та забезпечує недовіру до обчислень off-chain за допомогою технології доведення ZK. Аксіому заснували Джонатан Ванг та Ї Сун у 2022 році. 25 січня 2024 року Аксіомаоголосив у Twitterщо вона зібрала $20 мільйонів у раунді фінансування серії А під керівництвом Paradigm і Standard Crypto. Це перший проект, що запропонував концепцію «копроцесора», і також один з найбільш підтримуваних венчурним капіталом проектів в цій галузі.

Джерело: Axiom Офіційний X Рахунок

Історія Аксіоми

У 2017 році І Сунь отримав ступінь доктора філософії з математики в Массачусетському технологічному інституті, а також деякий час працював у компанії з високочастотної торгівлі. Він почав заглиблюватися у сферу криптовалют і зрозумів, що доказ ZK – це ключ до масштабованості блокчейну. Однак у той час він вважав, що технологія ZK все ще перебуває на ранніх стадіях, тому вирішив продовжити спостереження за космосом. Лише наприкінці 2021 року технологія ZK почала набирати обертів, поступово дозріваючи інфраструктура та інструменти розробки. Крім того, І Сунь зіткнувся з проблемами доступу до історичних даних у смарт-контрактах, які він писав під час побудови протоколів DeFi. Всі ці фактори призвели до народження Axiom.

Яку технологію доказу ZK використовує Axiom?

Axiom в даний час використовує систему доведення SNARK на основі бекендів Halo2 та KZG та інструментів доведення ZK, таких як таблиці пошуку (LUTs). У минулому ZK-докази були складні та важкі для перевірки. Таблиці пошуку - це набір заздалегідь обчислених значень, які дозволяють доказувачеві більш ефективно довести верифікатору, що значення існує.

Як працює Axiom V2

У січні 2024 року Axiom V2 був запущений на основній мережі Ethereum, підтримуючи доступ до транзакцій, квитанцій, збереження договорів, заголовків блоків та інших даних з розумних договорів. Це означає, що тепер він підтримує доступ до всієї історичної інформації на основній мережі Ethereum.

За допомогою інструментів SDK, розроблених Axiom, розробники можуть писати ланцюги Axiom на Typescript, щоб видаляти запити на дані та налаштовувати обчислення. Axiom випереджає час, оскільки дуже легко забезпечити смарт-контракти доступом до даних на ланцюгу:

1. Розробники використовують Axiom Typescript SDK для написання Axiom circuits та видачі ZK запитів на перевірку обчислень для історичних даних Ethereum;

2. Аксіома виконує запитане обчислення й генерує доказ ZK, доводячи правильність даних та результатів обчислення;

3. Розробники реалізують зворотну функцію в смарт-контракті для перевірки та виконання даних, відправлених від Аксіоми з результатом доведення ZK;

4. Axiom запити, надсилаючи транзакцію on-chain, а отриманий результат зашифрований за допомогою доказу ZK, щоб забезпечити його надійність.

Проте, на відміну від Геродота, Axiom наразі не підтримує запити історичних даних з інших мереж Ethereum EVM або L2 та зосереджується лише на головній мережі Ethereum. Майбутня підтримка відповідних функцій не виключена.

Застосування Axiom V2

На рівні додатків Axiom може допомогти додаткам у впровадженні наступних функцій:

• Надавати винагороди та програми лояльності на основі записів користувачів у ланцюжку
• Здійснюйте обліковість на основі поведінки користувачів у ланцюгу блоків
• Створіть оракули, які можуть бути налаштовані згідно з потребами ідентифікації, управління та розрахунків

Висновок

Поточний лідер у просторі копроцесорів, Axiom, має доповнюючі відносини з проектами легких вузлів, такими як Succinct. Succinct намагається довести сам консенсус Ethereum, тоді як Axiom доводить будь-які дані про історію on-chain на основі консенсусу, припускаючи, що результат консенсусу прийнятий.

Галузь доведення ZK швидко розвивається завдяки інноваційним винаходам, таким як згорткові доведення, схеми накопичення та великі таблиці пошуку. Цей ріст привернув увагу до проектів, таких як Nexus, які підтримують останні досягнення в технології доведення ZK. Хоча ZK-докази стають мейнстрімом, інші проекти, такі як Lagrange, також звертають на себе увагу, надаючи докази для Rollup через паралельних доводчиків, тим самим заповнюючи ринковий прогалину.

Постійний технічний прогрес підвищив продуктивність різноманітних доказів знань, зменшивши їх розміри та витрати на верифікацію. Це розширює їх потенційне використання. У цьому контексті гнучкість, яку забезпечує модуляризація, набуває визнання, особливо в просторі копроцесорів.