Auteur : Yue Xiaoyu
Ethereum is being ZKified, and ZK proofers require hardware acceleration, just like BTCMining, there may be a new type of PoW called ZKMining with hardware dependencies.
Le modèle économique d’Ethereum pourrait finalement évoluer vers une coexistence de PoS et de PoW, créant ainsi un nouveau mode de consensus hybride.
Ensuite, nous allons examiner de manière concrète la logique sous-jacente de l’idée ci-dessus.
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1. Ethereum se ZKifie
Le principe de base de ZK (preuve de connaissance nulle) est que l’une des parties peut prouver à l’autre qu’une déclaration est vraie sans avoir besoin de fournir d’autres informations.
C’est une technologie très prometteuse.
La technologie ZK est actuellement principalement utilisée pour l’expansion dans le domaine de la blockchain.
Vitalik Buterin has been promoting ZK technology. Due to Vitalik Buterin’s willingness and inclination, the Ethereum Foundation has also invested in various ZK projects.
Mais le cycle de construction de projets de base comme ZK est assez long, donc ce que les utilisateurs ordinaires peuvent actuellement percevoir directement, ce sont toutes sortes de ZK Rollup, c’est-à-dire la solution de couche 2 pour Ethereum de la famille ZK.
Des exemples typiques incluent zkSync, Starknet, Polygon zkEVM, Scroll, Linea, etc.
Tous ces éléments intègrent la technologie ZK au niveau d’exécution d’Ethereum.
Ethereum lui-même est également en train de se ZKifier progressivement.
（1）ZK化 de la couche Consensus (comme proposé dans Beam Chain) : en ZKifiant le processus de vérification des opérations de consensus, il est possible de simplifier et d’accélérer le processus de consensus.
(2) ZK data layer: only store proofs instead of all transaction data, which can significantly reduce off-chain storage requirements.
De cette façon, Ethereum peut améliorer considérablement les performances de son réseau, y compris la vitesse de traitement des transactions, les coûts et la protection de la vie privée, tout en maintenant sa décentralisation et sa sécurité.
L’introduction de la technologie ZK est considérée comme faisant partie de la stratégie d’expansion à long terme de l’écosystème Ethereum, afin de faire face à une demande utilisateur et une complexité des applications plus élevées.
2. Pourquoi ZK a besoin d’être combiné avec du matériel ?
Les avantages mentionnés ci-dessus de ZK, mais le plus grand obstacle auquel ZK est actuellement confronté est le problème de performance de génération de ZKP (preuves de connaissance nulle).
Le mécanisme de fonctionnement de ZK consiste à permettre aux validateurs de regrouper plusieurs transactions dans une preuve unique et concise, puis de soumettre les transactions à la Mainnet, ce qui permet finalement de mettre à l’échelle la Mainnet.
Cependant, ZK a également des limites, car le processus de génération de preuve est très coûteux en termes de temps et d’énergie.
En raison de la nécessité de nombreuses opérations mathématiques complexes telles que les opérations d’exposantiation, d’inversion et de calcul bilinéaire, la création de preuves ralentit généralement.
Se fier uniquement à l’optimisation logicielle ne peut pas améliorer les performances. Il est donc nécessaire de combiner le matériel. En utilisant du matériel dédié pour l’accélération, la vitesse de génération de la preuve peut passer de l’ordre de l’heure à l’ordre de la seconde, ce qui serait une énorme amélioration.
Par conséquent, ZK a une dépendance matérielle et nécessite une puce dédiée.
Avec de plus en plus d’applications de la technologie ZKP dans des domaines tels que le calcul de la vie privée et l’extension de la blockchain, la vitesse et l’efficacité de génération de ZKP deviennent un goulot d’étranglement, et la demande de matériel sur le marché est de plus en plus forte.
3. Comment PoS et ZKMining sont-ils combinés ?
Si l’accélération matérielle ZK est utilisée, elle peut ensuite permettre le Mining matériel, ce qui aboutit à un nouveau modèle économique.
Qu’est-ce que ZKMining ?
Le PoW traditionnel (preuve de travail) dépend de la résolution de problèmes mathématiques complexes, tandis que le ZK Hardware Mining consiste en la capacité à générer rapidement des preuves de connaissance nulle (ZKP).
Similar to PoW Mining, participants can compete for the speed and efficiency of generating ZKP, and the participant who generates a valid proof first will be rewarded.
Comment combiner concrètement PoS et ZK ?
Dans le système PoS, les validateurs (c’est-à-dire les déposants) sont responsables de la validation des transactions et de la proposition de nouveaux Blocs. Les preuves de ZK peuvent être utilisées pour prouver la validité d’un Bloc ou d’une série de transactions, renforçant la sécurité et réduisant les coûts de validation.
Les validateurs, tout en exécutant leurs fonctions de PoS, génèrent des preuves ZKP comme preuve supplémentaire de leur travail. Les validateurs qui parviennent à générer et soumettre avec succès des ZKP valides peuvent recevoir des récompenses supplémentaires en plus des récompenses de bloc existantes.
Cela peut être une récompense en ETH ou une forme de récompense interne au réseau (comme une partie spécifique des Jetons ou des frais de gas).
Les récompenses du bloc MainnetBloc peuvent être divisées en deux parties, formant ainsi un système de récompense en couches : une partie des récompenses est utilisée pour la validation PoS traditionnelle, tandis qu’une autre partie est répartie en fonction de la contribution des Nœuds dans la génération de preuves ZK.
On peut donc voir que ZK peut servir à renforcer la validation PoS, tandis que ZK Mining peut être une extension du staking PoS.
Les stakers peuvent non seulement staker de l’ETH pour obtenir des récompenses de preuve d’enjeu, mais aussi gagner des récompenses supplémentaires en participant à des travaux liés à ZK. Par exemple, les stakers peuvent exécuter des nœuds de génération de preuves ZK, fournir des ressources de calcul pour soutenir les applications de la technologie ZK.
Cependant, il ne s’agit ici que d’une possibilité soulevée. Si l’on souhaite intégrer la technologie ZK au mécanisme PoS existant d’Ethereum, il serait nécessaire de modifier ou d’étendre le protocole PoS actuel afin d’accueillir le rôle des preuves ZK.
De plus, il est nécessaire de concevoir un modèle d’incitation équitable qui garantisse à la fois l’efficacité des incitations de PoS et la promotion de l’application de la technologie ZK.
4. Est-ce que ZKMining apportera de nouvelles externalités positives ?
Après la transition d’Ether de PoW à PoS, la critique la plus courante est qu’il n’y a pas d’externalités introduites dans ce système économique “fermé”.
PoW est un processus qui a des externalités et nécessite de l’énergie et du matériel, ce qui étend les activités économiques de la chaîne de blocs au-delà de la chaîne de blocs et a un impact sur le monde réel.
Dans le système PoS, l’admissibilité à la validation des Blocs est principalement basée sur la quantité de Jetons détenus (c’est-à-dire le stake), les activités économiques se concentrant davantage sur le stake et les transactions internes au réseau, plutôt que sur la production généralisée de Rig de minage, le marché de l’électricité, etc., comme dans le cas du PoW.
Comme le matériel ZK Accel et le Rig de minage PoW, le matériel dédié est nécessaire, mais le problème de « consommation d’énergie inutile » sera réduit, car le ZK Mining génère une preuve valide pour vérifier les transactions, sans nécessiter de Nœud différents pour effectuer un travail inutile répétitif.
5. Partage de Puissance de calcul entre l’IA et le ZK
De plus, il y aura un marché de la Puissance de calcul ZKPuissance de calcul, et il sera même possible de partager l’AIPuissance de calcul et la ZKPuissance de calcul.
Il peut y avoir une plateforme intégrée de services de calcul polyvalente sur le marché pour répondre aux besoins de calcul pour l’IA et les tâches ZK.
Les utilisateurs peuvent traiter des tâches d’IA nécessitant des calculs à haute performance et des tâches nécessitant la génération d’une preuve ZK sur une même plateforme.
Au niveau du protocole, il est également possible d’intégrer : créer des smart contracts ou des protocoles, de sorte que les fournisseurs de puissance de calcul d’AI puissent participer à la génération de preuves ZK, ou utiliser la technologie ZK pour vérifier les résultats du calcul d’AI.
Puissance de calcul也可以进行动态分配：根据任务需求动态分配Puissance de calcul资源。例如，当 AI 任务需求较低时，这些资源可以用于生成 ZK 证明，反之亦然。
6、Les principaux acteurs de l’accélération matérielle ZK
Actuellement, Cysic est le projet leader de la voie d’accélération matérielle ZK.
Cysic se concentre sur la conception et la production de Circuit intégré propre à une application (ASIC), de matrices de portes programmables sur site (FPGA) et de solutions d’accélération GPU pour accélérer le processus de génération de ZKP.
Cysic a conçu deux produits matériels :
(1) ZK Air: Un appareil ZK léger, de la taille d’un adaptateur d’alimentation d’ordinateur portable, avec une puissance de calcul équivalente à 10 GPU RTX 4090, adapté aux utilisateurs individuels.
(2) ZK Pro : Un appareil plus puissant avec des performances équivalentes à 50 GPU RTX 4090, conçu pour les grands projets ZK tels que zkRollup et zkML.
En plus du matériel, Cysic fournit également une bibliothèque CUDA piège qui prend en charge divers systèmes ZKP tels que Plonky2, Gnark, Halo2, RapidSnark, etc. Ces bibliothèques peuvent considérablement améliorer les performances, augmentant d’au moins 50% par rapport aux cadres Open Source.
同时，Cysic有一个生态系统，Cysic Network，主要是为了整合和管理社区计算资源，连接 ZK projet de fête、计算力提供者和社区validateurs，形成一个可靠的计算力网络。
En termes simples, Cysic Network est à la fois un ZKPool de minage et une plateforme SaaS.
Actuellement, Cysic a collaboré avec plusieurs projets zkRollup, démontrant l’utilité et la demande du marché pour ses produits.
En plus de Cysic, il y a un projet très caractéristique à mentionner : Scroll
Je ne m’attendais pas à ce que Scroll, qui était « infâme » et « très impopulaire », soit en tête en ce qui concerne l’accélération matérielle ZK.
Comparé à d’autres projets ZK Rollup, Scroll peut être considéré comme une approche alternative. En partant du matériel, en développant un GUP matériel ZK spécialisé, il a formé sa propre barrière à l’entrée, ce qui représente également le principal avantage concurrentiel différenciateur de Scroll.
Juste à ce stade, Scroll est vraiment un projet hardcore.
Cependant, Scroll et Cysic ont des positions différentes : pour Scroll, l’accélération matérielle fait partie de sa solution Layer2 globale ; tandis que Cysic s’engage à fournir des services d’accélération matérielle pour l’ensemble de l’écosystème ZKP.
7. Résumé
Enfin, pour résumer le contenu de cet article :
（1）La transformation de l’ETH en ZK : L’ETH intègre la technologie Zéro Knowledge Proof (ZK) pour améliorer l’évolutivité et la confidentialité, et a déjà appliqué cette technologie au niveau du consensus et de la couche de données pour améliorer les performances du réseau.
（2）ZK nécessite une accélération matérielle : en raison de la consommation importante de ressources de calcul pour générer des preuves de zéro connaissance, l’accélération matérielle (comme ASIC, FPGA) est considérée comme un moyen nécessaire d’améliorer l’efficacité.
（3）La combinaison de PoS et de ZKMining : un nouveau modèle économique a été proposé, qui consiste à utiliser ZKMining comme une extension de PoS. Les validateurs obtiennent des récompenses supplémentaires en fournissant des capacités de calcul ZK, ce qui crée un mode de coexistence de PoS et PoW.
（4）ZKMining introduit une nouvelle externalité positive : par rapport au PoW, le ZKMining peut réduire la consommation inutile d’énergie, mais nécessite toujours du matériel spécialisé, ce qui stimule la production de matériel et l’innovation technologique.
（5）Partage de puissance de calcul entre l’IA et ZK : Les tâches de calcul de l’IA et de ZK peuvent partager des ressources matérielles, formant ainsi un marché de services de calcul intégré.
（6）Projet leader sur le marché : Cysic et Scroll sont des leaders dans le domaine de l’accélération matérielle ZK, le premier se concentrant sur la fourniture de matériel pour l’écosystème ZK, tandis que le second le considère comme faisant partie de la solution Layer2.
Enfin, la piste d’accélération matérielle de ZK a commencé à émerger. Avec la ZKification continue d’Ethereum, l’accélération matérielle de ZK deviendra encore plus importante et pourrait même changer le modèle économique d’Ethereum, ce qui mérite notre attention continue.
