Pourquoi dit-on que Ethereum pourrait revenir à l'ère de la preuve de travail ? Parlez du nouveau modèle de preuve de travail ZK Hardware Accelerated Mining.

Le modèle économique d’Ethereum pourrait finalement devenir une combinaison de PoS et de PoW, formant un nouveau mode de « consensus hybride ».

Auteur: Yue Xiaoyu

Le fondateur de Web3Caff, Gootor, a soulevé un point très important, et je voudrais partager quelques réflexions supplémentaires ici :

Ethereum est en train de devenir ZK, et le prouveur ZK nécessite une accélération matérielle, similaire à BTCMining, qui a une dépendance matérielle, ce qui pourrait rendre ZK Mining un nouveau type de PoW.

Le modèle économique d’Ethereum pourrait finalement évoluer vers une coexistence de PoS et PoW, formant un nouveau mode de “Consensus mixte”.

Ensuite, nous allons examiner de manière spécifique la logique sous-jacente de l’idée mentionnée ci-dessus.

1. Ethereum se ZK-ifie

Le principe fondamental de ZK (preuve de connaissance zéro) est que l’une des parties peut prouver à l’autre qu’une déclaration est vraie sans avoir à fournir aucune autre information.

C’est une technologie très prometteuse.

La technologie ZK est actuellement principalement utilisée pour l’évolutivité dans le domaine de la blockchain.

V God a poussé la technologie ZK, et en raison de la volonté et de l’inclination de V God, la Fondation Ethereum a également investi dans divers projets ZK.

Cependant, le projet ZK, en tant que couche d’infrastructure, a un cycle relativement long. Par conséquent, ce que les utilisateurs ordinaires peuvent actuellement percevoir directement, ce sont diverses solutions de couche 2 basées sur ZK Rollup, c’est-à-dire des solutions de couche 2 de l’ETH basées sur la technologie ZK.

Les exemples typiques sont zkSync, Starknet, Polygon zkEVM, Scroll, Linea, etc.

Ce sont tous des niveaux d’exécution sur Ethereum fusionnant la technologie ZK.

Et Ethereum lui-même est également en train de se ZKifier progressivement.

（1）ZK化层 de Consensus (comme proposé par 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）Data Layer ZK 化：只存储证明而不存储所有交易数据，可以显著减少off-chain存储需求。

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, capable de répondre à une demande utilisateur plus élevée et à une complexité d’application accrue.

2. Pourquoi ZK doit-il être combiné avec du matériel ?

Les avantages susmentionnés de ZK ont été mentionnés, mais le plus grand obstacle auquel ZK est actuellement confronté est le problème de performance de la génération de ZKP (preuves de connaissance nulle).

Le mécanisme de fonctionnement de ZK consiste à permettre aux validateurs de regrouper plusieurs transactions en une seule preuve concise, puis à soumettre les transactions à la Mainnet, permettant ainsi à la Mainnet de s’étendre finalement.

Mais ZK a aussi ses limites, car le processus de génération de preuve est très coûteux en termes de temps et d’énergie.

En raison du besoin de nombreux calculs mathématiques complexes, tels que les opérations d’exponentiation, d’inversion et de calcul des appariements bilinéaires, la création de preuves est souvent ralentie.

L’optimisation logicielle seule ne peut pas améliorer davantage les performances, il est donc nécessaire de combiner le matériel en utilisant du matériel spécialisé pour accélérer le processus, ce qui peut faire passer la vitesse de génération de preuve de l’ordre des heures à l’ordre des secondes, ce qui serait une amélioration considérable.

Par conséquent, ZK a une dépendance matérielle et nécessite une puce dédiée.

Avec la multiplication des applications de la technologie ZKP dans des domaines tels que le calcul de la confidentialité et l’extension de la blockchain, la vitesse et l’efficacité de génération de ZKP deviennent un obstacle, et la demande de matériel sur le marché est de plus en plus forte.

3、Comment le PoS et le Mining ZK sont-ils combinés ?

Si ZK est accéléré par du matériel, alors le Mining matériel peut être réalisé, ce qui crée un nouveau modèle économique.

Qu’est-ce que ZK Mining ?

Les mines PoW (Preuve de travail) traditionnelles dépendent de la résolution de problèmes mathématiques complexes, tandis que le matériel de minage ZK a la capacité de générer rapidement des preuves de connaissance nulle (ZKP).

Similaire à l’exploitation minière PoW, les participants peuvent rivaliser pour la vitesse et l’efficacité de génération de ZKP, et le participant qui génère d’abord une preuve valide est récompensé.

Comment PoS et ZK sont-ils spécifiquement combinés?

Dans le système de PoS, les validateurs sont responsables de la validation des transactions et de la proposition de nouveaux blocs. Les preuves ZK peuvent être utilisées pour prouver la validité d’un bloc ou d’une série de transactions, renforçant ainsi la sécurité et réduisant les coûts de validation.

Les validateurs, tout en exécutant leurs fonctions de PoS, génèrent des preuves de connaissance nulle (ZKP) comme preuve supplémentaire de leur travail. Les validateurs qui réussissent à générer et soumettre avec succès des ZKP valides peuvent recevoir des récompenses supplémentaires en plus des récompenses de bloc existantes.

Il peut s’agir d’une récompense en ETH ou sous forme de Jeton spécifique ou d’une partie des frais de gas du réseau.

Récompense du bloc Mainnet peut être divisée en deux parties, formant un système de récompense en couches : une partie de la récompense est utilisée pour la validation traditionnelle de PoS, tandis qu’une autre partie est répartie en fonction de la contribution des Nœuds à la génération de preuve ZK.

On peut voir ici que ZK peut servir de renforcement à la validation PoS, tandis que ZK Mining peut être utilisé comme une extension de la mise en jeu PoS.

En plus de staker de l’ETH pour obtenir des récompenses de PoS, les stakers peuvent également obtenir des récompenses supplémentaires en participant à des travaux liés à ZK. Par exemple, les stakers peuvent exécuter des nœuds de génération de preuves ZK, fournissant des ressources de calcul pour soutenir les applications de cette technologie.

Mais il ne s’agit ici que d’une possibilité. Si l’on veut intégrer la technologie ZK au mécanisme PoS actuel d’Ethereum, il faudra modifier ou étendre le protocole PoS actuel pour accueillir le rôle des preuves ZK.

De plus, il est nécessaire de concevoir un modèle d’incitation équitable pour garantir à la fois l’efficacité des incitations PoS et promouvoir l’application de la technologie ZK.

4、Est-ce que le ZK Mining introduira de nouvelles externalités positives ?

Une des critiques les plus courantes après que l’Ethereum soit passé de la preuve de travail (PoW) à la preuve d’enjeu (PoS) est l’absence d’externalité dans ce système économique ‘fermé’.

La preuve de travail (PoW) est un concept externe qui nécessite de l’énergie et du matériel, étendant ainsi les activités économiques de la blockchain au-delà de celle-ci et affectant le monde réel.

Dans un système PoS, l’éligibilité 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 au sein du réseau plutôt que sur la production de Rigs de minage, les marchés de l’électricité et autres industries externes impliquées dans le PoW.

Le matériel ZK Acceleration et PoW Rig de minage ont besoin de matériel spécialisé, mais le problème de “gaspillage d’électricité” sera réduit, car PoW résout des problèmes mathématiques pour la compétition minière, tandis que ZK Mining génère des preuves valides pour valider les transactions, sans nécessiter de Nœud répétant un travail inutile.

5, AI et ZK partagent la Puissance de calcul

De plus, il y aura un marché de la puissance de calcul ZK, et il sera même possible de partager la puissance de calcul de l’IA et de ZK.

Il peut y avoir une plateforme intégrée de services de calcul globale sur le marché, qui prend en charge les besoins de calcul pour l’IA et les tâches ZK.

Les utilisateurs peuvent traiter des tâches d’IA nécessitant des calculs haute performance et des tâches nécessitant la génération de preuves ZK sur la même plateforme.

L’intégration peut également être réalisée au niveau du protocole : la création de Smart Contracts ou de protocoles permet aux fournisseurs de puissance de calcul en IA de participer à la génération de preuves de connaissance zéro (ZK) ou d’utiliser la technologie ZK pour vérifier les résultats du calcul en IA.

La Puissance de calcul peut également être allouée dynamiquement : les ressources de Puissance de calcul sont allouées dynamiquement en fonction des besoins des tâches. Par exemple, lorsque les besoins en tâches d’IA sont faibles, ces ressources peuvent être utilisées pour générer des preuves ZK, et vice versa.

6、Les principaux acteurs de l’accélération matérielle ZK

Actuellement, le projet phare dans le domaine de l’accélération matérielle ZK est Cysic.

Cysic se concentre sur la conception et la production de circuits intégrés propres à une application (ASIC), de matrices 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 pour 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 cartes RTX 4090 GPU, conçu pour des projets ZK de grande envergure tels que zkRollup et zkML.

En plus du matériel, Cysic propose 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, avec une amélioration d’au moins 50% par rapport aux frameworks Open Source.

En même temps, Cysic a un écosystème, Cysic Network, principalement pour intégrer et gérer les ressources de calcul de la communauté, connecter le projet ZK, les fournisseurs de puissance de calcul et les validateurs de la communauté, et former un réseau de puissance de calcul fiable.

En termes simples, Cysic Network est un ZK Pool de minage et une plateforme SaaS.

Actuellement, Cysic a collaboré avec plusieurs projets zkRollup, démontrant ainsi l’utilité et la demande du marché pour ses produits.

Outre Cysic, il y a un projet très caractéristique à mentionner : Scroll

Je n’aurais jamais pensé que Scroll, qui est célèbre pour sa désunion et sa notoriété, est en avance dans le domaine de l’accélération matérielle ZK.

Comparé à d’autres projets ZK Rollup, Scroll peut être dit d’ouvrir une nouvelle voie, en commençant par le matériel, en développant un accélérateur matériel ZK dédié GUP, formant ainsi sa propre barrière à l’entrée, ce qui est également le plus grand avantage concurrentiel différencié de Scroll.

En regardant simplement cela, Scroll est vraiment un projet hardcore.

Cependant, Scroll et Cysic ont des positions différentes : pour Scroll, l’accélération matérielle fait partie de sa solution globale de couche 2 ; tandis que Cysic se consacre à fournir des services d’accélération matérielle pour l’ensemble de l’écosystème de ZKP.

7. Résumé

Enfin, pour résumer le contenu de cet article:

（1）Ethereum est en cours de ZKification : Ethereum met en œuvre la scalabilité et améliore la confidentialité en introduisant la technologie de Preuve de Connaissance Zéro (ZK), qui a déjà été appliquée à la couche de consensus et à la couche de données pour améliorer les performances du réseau.

2. ZK nécessite une accélération matérielle : Étant donné que la génération de preuve de connaissance nulle (Zéro Knowledge Proof) nécessite une grande quantité de ressources de calcul, l’accélération matérielle (telle que ASIC, FPGA) est considérée comme un moyen nécessaire d’améliorer l’efficacité.

(3) Combinaison de PoS et de ZK Mining : un nouveau modèle économique est proposé, dans lequel ZK Mining est utilisé comme extension de PoS. Les validateurs peuvent obtenir des récompenses supplémentaires en fournissant des capacités de calcul ZK, créant ainsi un modèle de coexistence de PoS et de PoW.

(4) Le ZK Mining introduit une nouvelle externalité positive : par rapport au PoW, le ZK Mining pourrait réduire la consommation d’énergie inutile, mais nécessite toujours du matériel spécifique, ce qui incite à la production de matériel et à l’innovation technologique.

（5）AI 与 ZK Puissance de calcul共享：AI 和 ZK 计算任务可能共享硬件资源，形成一个综合性计算服务市场。

（6）Projets leaders 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, et le second l’intégrant en tant que partie de la solution Layer2.

Finalement, la piste d’accélération matérielle ZK a commencé à se dessiner. Avec la ZK-ification continue d’Ethereum, l’accélération matérielle ZK deviendra de plus en plus importante, voire inversera le modèle économique d’Ethereum. Il est donc important de suivre cette piste en continu.