O que é um coprocessor?

Mo Dong, o co-fundador da Celer Network e Brevis, acredita que, em termos simples, um coprocessador é uma ferramenta que "dá aos contratos inteligentes a capacidade do Dune Analytics."

Em termos simples, os contratos inteligentes gerais atuais não podem aceder a dados históricos. Por exemplo, ao trabalhar num Protocolo de Gestão de Liquidez, eu precisava de dados de preços históricos para calcular com que frequência e a que custo os fornecedores de liquidez excediam o intervalo de preços numa AMM. Tivemos de depender de um serviço de índice hospedado na cadeia, como o The Graph’s.API GraphQL, porque a agregação, pesquisa e filtragem de tarefas não podem ser realizadas apenas através da interação do contrato. De fato, até mesmo a indexação dos dados padrão da transação blockchain é desafiadora, quanto mais a leitura de dados mais complexos do que informações básicas.

Quanto aos protocolos de gestão de liquidez, avaliar o desempenho histórico dos pools de teste existentes ou dos pools de utilizadores ainda requer o uso da API de um serviço de índice hospedado em cadeia. Estes dados são então calculados manualmente no Excel. Existe um serviço capaz de simplificar este processo, fornecendo contratos inteligentes dapp com a capacidade de aggreGate.io, filtrar e analisar estes dados diretamente? Os coprocessadores são projetados para resolver o problema.

Por que é chamado de coprocessor?

Nos primeiros sistemas informáticos, o processador da CPU muitas vezes só podia realizar operações básicas. Precisava de ser combinado com um "coprocessador" dedicado para realizar tipos específicos de tarefas de computação, como operações de ponto flutuante, para melhorar o desempenho.

Agora, podemos pensar no Ethereum como um supercomputador gigante. Os contratos inteligentes em todo o mundo só podem aceder a dados on-chain a partir do bloco atual, não a dados históricos, incluindo registos de transações e alterações de saldo de contas. Isto acontece porque o design do Ethereum não fornece uma forma para os contratos inteligentes acederem a estes dados históricos.

Aceder a dados históricos para garantir a sua confiabilidade requer um método criptográfico que ligue registos históricos ao bloco atual. No entanto, calcular e verificar esta prova num contrato inteligente diretamente pode ser demorado e dispendioso. Alternativamente, podem ser feitas consultas através de nós de armazenamento, mas os contratos inteligentes não podem interagir diretamente com eles, e existe uma questão de confiança. Então, como podemos resolver este problema de confiança e permitir a computação verificável? Em outras palavras, como podemos permitir que uma terceira parte verifique diretamente os resultados da computação quanto à correção, sem necessidade de reexecutar a própria computação? A solução pode residir em coprocessadores, que são semelhantes aos primeiros sistemas informáticos. Eles podem estender o poder de computação dos contratos inteligentes na Ethereum, dando-lhes a nova capacidade de aceder a dados históricos e realizar cálculos complexos.

Como é que um coprocessor normalmente funciona?

De uma forma geral, o fluxo de trabalho principal de um coprocessador que verifica os dados do Ethereum é o seguinte:

1. Consultar dados históricos e realizar cálculos relevantes num ambiente fora da cadeia através de um serviço;

2. O serviço irá gerar algum tipo de prova para provar que a sua operação é confiável;

3. O dapp do desenvolvedor interagirá com o contrato de coprocessador implantado no Ethereum para verificar a prova;

4. Após interagir com o contrato do coprocessador e verificar o resultado, o dapp pode acessar diretamente os dados históricos de que necessita sem confiança.

Projetos no Espaço de Coprocessador ou Computação Verificável Larga

Esta seção analisa principalmente as pilhas técnicas-chave e as vantagens competitivas dos principais players no espaço de coprocessador.

Axiom

Um pioneiro no espaço de coprocessadores, Axiom está a construir infraestruturas de dados on-chain para simplificar a interação de contratos inteligentes com dados on-chain. Axiom também é creditado por introduzir o conceito de coprocessadores. Iremos aprofundar mais tarde neste artigo como o seu coprocessador funciona, utilizando Axiom como exemplo.

Lagrange

Lagrange concentra-se em provas de estado entre cadeias e técnicas de processamento paralelo. As suas provas podem alcançar verificação entre cadeias sem depender de protocolos de mensagens entre cadeias como o zkBridge ou o IBC. O Parallel Prover da Lagrange é adequado para produtos que envolvem re-staking, solidificando assim a sua posição no ecossistema de RaaS (Rollup as a Service).

Ao contrário das provas sequenciais, as provas paralelas podem distribuir a carga de trabalho por milhares de threads simultaneamente. Além disso, o re-staking na EigenLayer pode protegê-las. Em outras palavras, essa abordagem de computação paralela e provas paralelas permite uma melhor escalabilidade horizontal.

Um caso de uso do mundo real é a aplicação de Lagrange no AltLayer. AltLayer oferece serviços de verificação ativa para Restaked Rollup, ajudando os desenvolvedores a implementar sequenciamento descentralizado e verificar a correção do estado do Rollup de forma eficiente. Em março de 2024, Lagrange se associou ao AltLayer para utilizar provadores paralelos para co-processamento de Rollup. Isso garante dados e resultados de computação verificáveis e sem confiança na cadeia para os clientes de RaaS da AltLayer.

Heródoto

Estreitamente ligado ao ecossistema Starkware/Starknet, Herodotus colabora com projetos como Snapshot. Eles chamam seu sistema de coprocessador de “Prova de Armazenamento”, que pode ser combinado com provas ZK para permitir acesso de dados entre camadas cruzadas entre diferentes camadas Ethereum.

Fonte: Site de Heródoto

O sistema de prova de armazenamento é composto por três componentes:

1. Provas de Inclusão: Confirmar que os dados realmente existem dentro da estrutura de dados do Ethereum.
2. Provas de Computação: Verificar a validade de fluxos de trabalho de vários passos, particularmente aqueles que envolvem conversão de dados ou outras operações.
3. Provas ZK: Permitem que contratos inteligentes confirmem a validade das provas sem processar todos os dados subjacentes. Qualquer dado on-chain num nó de arquivo Ethereum pode ser comprovado usando o sistema de prova de armazenamento.

Como outros coprocessadores, o sistema de prova de armazenamento é gerado off-chain e verificado on-chain, minimizando o consumo de recursos on-chain. Também reduz a transferência de dados entre as camadas do Ethereum, enviando apenas o hash do bloco ou raiz do acumulador para verificação.

Brevis

Desenvolvido pela Celer Network, Brevis é uma infraestrutura para construir vários serviços de dados on-chain, incluindo coprocessadores ZK. A Celer Network, um protocolo de interoperabilidade fundado por Mo Dong e Qingkai Liang, arrecadou $4 milhões numa IEO (Oferta Inicial de Troca) em 2019.

A Celer Network implementou umContrato Brevison-chain. Este contrato verifica provas de pedidos de coprocessador e transmite os resultados de volta para o contrato da dapp através de uma função de retorno de chamada. Os desenvolvedores podem aproveitar o Brevis SDK para permitir que as dapps acessem facilmente dados históricos on-chain. O SDK abstrai circuitos complexos, eliminando a necessidade de os desenvolvedores terem conhecimento prévio de provas ZK. O Brevis SDK é construído sobre o framework gnark desenvolvido pela equipe da Consensys Linea. Além disso, o Brevis suporta o cliente leve ZK do Ethereum, permitindo que funcione com dados on-chain de qualquer blockchain compatível com EVM do Ethereum.

Origem: Documentação Brevis

A rede Celer está atualmente em desenvolvimentocoChain, uma blockchain focada no ecossistema RaaS, usando Brevis como base. coChain é uma blockchain baseada no algoritmo de consenso Proof-of-Stake (PoS) e pode fornecer serviços de staking e slashing do Ethereum. Slashing refere-se ao processo de penalizar validadores que violam as regras no ecossistema PoS do Ethereum, incluindo multas e alterações de estado. Historicamente, a taxa de slashing no ecossistema de staking do Ethereum tem sido muito baixa, comdados que sugeremque apenas cerca de 0,04% dos validadores foram penalizados.

A característica única da coChain é ligar a geração de resultados do coprocessador às recompensas e punições do staking Ethereum. Aqui está o processo:

1. O contrato inteligente submete um pedido de coprocessador, e o mecanismo de consenso PoS gera o resultado do coprocessador;
2. O resultado gerado pelo PoS é submetido ao blockchain como uma "proposta" que pode ser "desafiada" por uma prova de conhecimento zero (ZK);
3. Se o desafio de prova ZK for bem-sucedido, indicando má conduta do validador durante a aposta, a aposta correspondente do validador é cortada diretamente no Ethereum. Por outro lado, se o resultado gerado pelo PoS não for contestado, o dapp pode utilizar diretamente o resultado do coprocessador sem incorrer no custo das provas ZK. Esta abordagem 'otimista' aos desafios de prova, semelhante ao Optimism, mantém os custos mais baixos.

Globalmente, a abordagem da coChain combina os incentivos de confiança/verificação dos coprocessadores com o ecossistema de stake do Ethereum. No futuro, integrar-se-á com a EigenLayer para reduzir o custo da prova dos coprocessadores ZK.

Nexus

Nexus zkVM permite a verificação de qualquer resultado de computação on-chain. Sua característica única é a capacidade de verificar provas ZK com base em técnicas de dobragem. Fundada em 2022, a Nexus é mais um jogador no espaço zkVM. Embora os detalhes ainda não tenham sido amplamente divulgados, o fundador, Daniel Marin (formado em Stanford com experiência anterior no Google), publicouprimeiros trabalhos de pesquisaatravés do Clube de Blockchain da Stanford.

A tecnologia de dobragem ZK é considerada um ramo promissor dentro das soluções zkVM. O Nexus zkVM suporta a verificação de provas de dobragem e esquemas de acumulação. Pretende ser um zkVM escalável, modular e de código aberto. A sua pilha técnica inclui mecanismos de agregação de provas paralelizadas em grande escala com base na Computação Verificável Incremental (IVC) e vários esquemas de dobragem como Nova, CycleFold, SuperNova e HyperNova. Também estão a desenvolver a Rede Nexus, uma rede de mineração de provas paralelizadas em grande escala construída no Nexus zkVM.

Origem: Documentação do Nexus, Arquitetura Nexus zkVM

Tabela de comparação de abordagens técnicas e vantagens competitivas na pista de co-processador

Como pode ver, diferentes projetos escolheram diferentes pilhas técnicas com base em ecossistemas diferentes (Ethereum EVM, RaaS, interligação, camada cruzada Ethereum), diferentes métodos de prova (Rollup vs ZK) ou diferentes soluções dentro de provas ZK (zk-SNARK, provas de dobragem, esquemas de acumulação, etc.). Cada um tem os seus pontos fortes e fracos em termos de vantagens competitivas e, em última análise, apresentam diferentes formas de produto: contratos interativos on-chain, SDKs e redes projetadas para vários fins, como redes de verificação de staking e redes de verificação em grande escala.

Fonte: Pelo Autor

Operação Específica dos Coprocessadores: O Caso do Axiom

Porque escolher Axiom?

Axiom é um coprocessador de prova ZK construído para Ethereum. Permite que os contratos inteligentes acedam a dados históricos on-chain e garante a confiança da computação off-chain através da tecnologia de prova ZK. Axiom foi fundada por Jonathan Wang e Yi Sun em 2022. Em 25 de janeiro de 2024, Axiomanunciado no Twitterque tinha angariado $20 milhões em financiamento da Série A liderado pela Paradigm e Standard Crypto. É o primeiro projeto a propor o conceito de “coprocessor” e também é um dos projetos com maior apoio de capital de risco no espaço.

Fonte: Conta Oficial da Axiom

História do Axiom

Em 2017, Yi Sun recebeu um doutoramento em matemática pelo MIT e também trabalhou para uma empresa de negociação de alta frequência por um período de tempo. Ele começou a aprofundar-se no campo das criptomoedas e percebeu que a prova de conhecimento zero é a chave para a escalabilidade das blockchains. No entanto, na altura, acreditava que a tecnologia ZK ainda estava nos seus primeiros estágios, por isso optou por continuar a observar o espaço. Só no final de 2021 é que a tecnologia ZK começou a despegar, com a infraestrutura e as ferramentas de desenvolvimento a amadurecer gradualmente. Além disso, Yi Sun deparou-se com problemas ao aceder a dados históricos nos contratos inteligentes que escreveu ao construir protocolos DeFi. Todos estes factores levaram ao nascimento da Axiom.

Que tecnologia de prova ZK o Axiom utiliza?

Axiom atualmente usa o sistema de prova SNARK baseado nos backends Halo2 e KZG e ferramentas de prova ZK, como tabelas de pesquisa (LUTs). No passado, as provas ZK eram complexas e difíceis de auditar. As tabelas de pesquisa são um conjunto de valores pré-computados que permitem ao provador provar de forma mais eficiente ao verificador que o valor existe.

Como Axiom V2 funciona

Em janeiro de 2024, Axiom V2 entrou em funcionamento na mainnet do Ethereum, suportando o acesso a transações, recibos, armazenamento de contratos, cabeçalhos de bloco e outros dados de contratos inteligentes. Isso significa que agora suporta o acesso a todos os dados históricos na mainnet do Ethereum.

Usando as ferramentas SDK desenvolvidas pela Axiom, os desenvolvedores podem escrever circuitos Axiom em Typescript para emitir pedidos de dados e personalizar cálculos. A Axiom está à frente da curva porque torna muito fácil para os contratos inteligentes acessar dados on-chain:

1. Os desenvolvedores usam o SDK Axiom Typescript para escrever circuitos Axiom e emitir pedidos de computação de verificação ZK para dados históricos do Ethereum;

2. A Axiom realiza o cálculo solicitado e gera uma prova ZK, provando a correção dos dados e dos resultados do cálculo;

3. Os desenvolvedores implementam uma função de retorno no contrato inteligente para verificar e executar os dados enviados pela Axiom com o resultado da prova ZK;

4. As consultas Axiom são feitas enviando uma transação na cadeia, e o resultado retornado é criptografado pela prova ZK para garantir sua credibilidade.

No entanto, ao contrário de Heródoto, Axiom atualmente não suporta a consulta de dados históricos de outras redes Ethereum EVM ou redes L2 e apenas se concentra na mainnet Ethereum. O suporte futuro para funcionalidades relacionadas não está descartado.

Aplicações do Axiom V2

Na camada de aplicação, Axiom pode ajudar dapps na implementação das seguintes funções:

• Fornecer recompensas e programas de fidelidade com base nos registros de atividade on-chain dos usuários
• Implementar responsabilidade com base no comportamento dos usuários na cadeia
• Estabelecer oráculos que podem ser personalizados de acordo com as necessidades de identidade, governação e resolução

Conclusão

O líder atual no espaço do coprocessador, Axiom, tem uma relação complementar com projetos de nós leves, como o Succinct. O Succinct tenta provar o próprio consenso do Ethereum, enquanto o Axiom prova quaisquer dados históricos on-chain com base no consenso, assumindo que o resultado do consenso é aceite.

O campo da prova ZK está a desenvolver-se rapidamente com inovações como provas dobráveis, esquemas de acumulação e grandes tabelas de pesquisa. Este crescimento tem chamado a atenção para projetos como o Nexus, que apoiam os mais recentes avanços na tecnologia de prova ZK. Enquanto as provas ZK estão a tornar-se mainstream, outros projetos como o Lagrange também estão a ser notados por fornecer provas para Rollup através de provadores paralelos, preenchendo assim uma lacuna de mercado.

Os avanços tecnológicos em curso impulsionaram o desempenho de várias provas de conhecimento, reduzindo seu tamanho e custos de verificação. E isso amplia o potencial de uso. Neste contexto, a flexibilidade fornecida pela modularização está a ganhar reconhecimento, particularmente no espaço do coprocessador.