Що таке копроцесор?

Мо Донг, співзасновник Celer Network та Brevis, вважає, що, простими словами, копроцесор є інструментом, який «надає смарт-контрактам можливість Dune Analytics».

У простих термінах поточні загальні розумні контракти не можуть отримати доступ до історичних даних. Наприклад, під час роботи над Протоколом Управління Ліквідністю, мені знадобилися історичні цінові дані для розрахунку того, як часто і за якою ціною постачальники ліквідності перевищували діапазон цін в АММ. Нам довелося покладатися на послугу індексування, що надається ланцюжком, наприклад, The Graph’s.GraphQL API, оскільки агрегацію, пошук та фільтрацію не можна виконати лише через взаємодію з контрактом. Навіть індексація стандартних даних транзакцій у блокчейні є складною, не кажучи вже про читання складніших даних, ніж базова інформація.

Щодо протоколів управління ліквідністю, оцінка історичної продуктивності існуючих тестових пулів або користувацьких пулів все ще потребує використання API послуг індексу, що розміщений на ланцюжку. Ці дані потім обчислюються вручну в Excel. Чи існує сервіс, здатний спростити цей процес, забезпечуючи розумні контракти додатків 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 ЦПК часто міг виконувати лише базові операції. Йому потрібно було поєднати зі спеціалізованим «копроцесором», щоб виконувати певні види обчислювальних завдань, таких як операції з рухомою комою, для покращення продуктивності.

Тепер ми можемо уявляти Ethereum як гігантський суперкомп'ютер. Розумні контракти по всьому світу можуть отримати 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 зв'язує історичні записи з поточним блоком. Однак обчислення та перевірка цього доказу безпосередньо в умовах розумного контракту може бути витратними за часом та коштом. Як альтернатива, можна виконувати запити через вузли сховища, але розумні контракти не можуть взаємодіяти з ними безпосередньо, і тут є проблема довіри. Таким чином, як ми можемо вирішити цю проблему довіри та забезпечити перевірку обчислень? Іншими словами, як ми можемо дозволити третій стороні безпосередньо перевірити результати обчислення на коректність, не потребуючи повторного виконання самого обчислення? Вирішення може бути використання копроцесорів, 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 копроцесора, який перевіряє дані Ethereum, виглядає наступним чином:

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

2. Служба згенерує певний вид доказу, щоб підтвердити, що її робота є надійною;

3. Додаток розробника буде взаємодіяти з контрактом копроцесора, розгорнутим на Ethereum, щоб перевірити доказ;

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

Проекти в просторі співпроцесора або широкого перевіреного обчислення

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

Аксіома

Першопрохідник у просторі копроцесорів, Axiom будує інфраструктуру даних on-chain, щоб спростити взаємодію розумних контрактів з даними on-chain. Axiom також отримав визнання за впровадження концепції копроцесорів. Ми розглянемо докладніше, як працює їхній копроцесор пізніше у цій статті, використовуючи Axiom як приклад.

Лагранж

Lagrange фокусується на доказах стану міжланцюжкового та паралельних техніках обробки. Їх докази можуть досягти міжланцюжкової перевірки без покладанняся на протоколи міжланцюжкових повідомлень, такі як zkBridge або IBC. Parallel Prover від Lagrange добре підходить для продуктів, що включають перезастосування, що закріплює їх позицію в екосистемі RaaS (Rollup as a Service).

На відміну від послідовних доказів, паралельні докази можуть розподіляти свою роботу по тисячах потоків одночасно. Крім того, повторне вкладення в EigenLayer може захистити їх. Іншими словами, цей підхід паралельних обчислень та паралельного доведення дозволяє краще горизонтальне масштабування.

Один реальний використовуваний випадок - застосування Лагранжа на AltLayer. AltLayer пропонує активні послуги перевірки для Restaked Rollup, що допомагає розробникам впроваджувати децентралізовану послідовність та перевіряти правильність стану Rollup ефективно. У березні 2024 року Лагранж уклав партнерську угоду з AltLayer, щоб використовувати паралельних доведення для спільної обробки Rollup. Це забезпечує перевірні та недовірливі дані та результати обчислень на ланцюжку для клієнтів RaaS AltLayer.

Геродот

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

Джерело: веб-сайт Геродота

Система доказів зберігання складається з трьох компонентів:

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

Як інші співпроцесори, система доказу зберігання генерується поза ланцюжком та перевіряється в ланцюжку, що мінімізує споживання ресурсів в ланцюжку. Вона також зменшує обсяг переданих даних між рівнями Ethereum, відправляючи лише хеш блоку або корінь накопичувача для перевірки.

Brevis

Розроблений Celer Network, Brevis - це інфраструктура для побудови різноманітних послуг обробки даних on-chain, включаючи ZK-копроцесори. Celer Network, протокол взаємодії, заснований Мо Донгом і Цінькай Ліангом, зібрав 4 мільйони доларів у рамках IEO (перша публічна пропозиція токенів на біржі) в 2019 році.

Celer Network розгорнулаКороткий контрактна ланцюжку. Цей контракт перевіряє докази від запитів копроцесора та передає результати назад до контракту додатка через функцію зворотного виклику. Розробники можуть використовувати набір інструментів Brevis SDK для надання додаткам доступу до історичних даних на ланцюжку з легкістю. SDK абстрагує від складних схем, усуваючи необхідність у розробників мати попередні знання з ZK доказів. Набір інструментів Brevis побудований на основі фреймворку gnark, розробленому командою Consensys Linea. Крім того, Brevis підтримує ZK легкий клієнт Ethereum, що дозволяє йому працювати з даними на ланцюжку з будь-якого блокчейну, сумісного з Ethereum EVM.

Джерело: Документація Brevis

Celer Network в даний час 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 ставок Ethereum. Зменшення стосується процесу покарання валідаторів, які порушують правила в екосистемі Ethereum PoS, включаючи штрафи та зміни стану. Історично зниження в екосистемі стейкінгу Ethereum було дуже низьким,дані, що свідчатьщо лише близько 0.04% валідаторів було позбавлено валютної штрафу.

Унікальною особливістю coChain є зв'язок між генерацією результатів копроцесора та винагородами та покараннями за стейкінг Ethereum. Ось процес:

1. Розумний контракт надсилає запит співпроцесора, а механізм консенсусу PoS генерує результат співпроцесора;
2. Результат, отриманий за допомогою PoS, надсилається ​​на блокчейн у формі «пропозиції», яку може «оскаржити» доказ з нульовим знанням (ZK);
3. Якщо виклик доказу ZK успішний, вказуючи на порушення валідатора під час стейкінгу, відповідний стейк валідатора безпосередньо знижується на Ethereum. Навпаки, якщо результат, згенерований PoS, залишається невикликаним, додаток може безпосередньо використовувати результат копроцесора без витрат на докази ZK. Цей «оптимістичний» підхід до викликів доказів, схожий на Optimism, знижує витрати.

У цілому підхід coChain поєднує мотивацію довіри/перевірки копроцесорів з екосистемою стейкінгу Ethereum. У майбутньому він буде інтегруватися з EigenLayer, щоб зменшити вартість доведення копроцесорів ZK.

Nexus

Nexus zkVM дозволяє перевірку будь-якого результату обчислення on-chain. Його унікальною особливістю є можливість перевірки ZK-доказів на основі технік складання. Заснований у 2022 році, Nexus - ще один учасник у просторі zkVM. Хоча деталі ще не були широко розголошені, засновник Даніель Марін (випускник Стенфордського університету з попереднім досвідом в Google), опублікувавранні наукові роботичерез Клуб блокчейну Стенфорду.

ZK технологія складання вважається перспективним відділом в межах рішень zkVM. Nexus zkVM підтримує перевірку як доказів складання, так і схем накопичення. Він має бути масштабованим, модульним та відкритим zkVM. Їх технічний стек включає механізми агрегації доказів великого масштабу на основі Інкрементального Перевіреного Обчислення (IVC) та різноманітні схеми складання, такі як Nova, CycleFold, SuperNova та HyperNova. Вони також розробляють Nexus Network, великомасштабну паралельну мережу добычі доказів, побудовану на Nexus zkVM.

Джерело: Документація Nexus, Архітектура Nexus zkVM

Таблиця порівняння технічних підходів та конкурентних переваг в треку копроцесора

Як ви можете побачити, різні проекти обирають різні технічні стеки на основі різних екосистем (Ethereum EVM, RaaS, крос-ланцюжок, Ethereum cross-layer), різних методів підтвердження (Rollup проти ZK) або різних рішень у межах ZK-доказів (zk-SNARK, складові докази, схеми накопичення тощо). У кожного з них є свої переваги та недоліки щодо конкурентних переваг, і в цілому вони презентують різні форми продуктів: інтерактивні контракти на ланцюжку, SDK та мережі, призначені для різних цілей, таких як мережі стейкінгової верифікації та мережі великомасштабної верифікації.

Джерело: Від автора

Конкретна операція копроцесорів: Справа Аксіоми

Чому обрати Аксіому?

Аксіома - це копроцесор доведення ZK, побудований для Ethereum. Це дозволяє смарт-контрактам отримувати доступ до історичних даних on-chain та забезпечує довірчість обчислень поза ланцюжком через технологію доведення ZK. Аксіома була заснована Джонатаном Вангом і Ї Сун у 2022 році. 25 січня 2024 року, Аксіомаопубліковано в Twitterщо вона залучила $20 мільйонів у серії А фінансування, очолюваного Paradigm та Standard Crypto. Це перший проект, який запропонував концепцію «копроцесора», і також один з найбільш підтримуваних венчурним капіталом проектів в цій галузі.

Джерело: Офіційний обліковий запис Axiom

Історія Axiom

У 2017 році Ї Сун отримав докторську ступінь з математики в МІТ, а також працював у компанії, що займалася високочастотною торгівлею, протягом певного часу. Він почав поглиблюватися в галузь криптовалют і зрозумів, що доказ ZK є ключем до масштабованості блокчейну. Однак у той час він вважав, що технологія ZK все ще перебуває на своїх початках, тому вирішив продовжити спостереження за цією областю. Це сталося лише наприкінці 2021 року, коли технологія ZK почала набирати обертів, інфраструктура та засоби розробки поступово стали дозрівати. Крім того, Ї Сун зіткнувся з проблемами доступу до історичних даних у смарт-контрактах, які він писав при створенні протоколів децентралізованих фінансів. Усі ці фактори призвели до народження Axiom.

Яку технологію доведення ZK використовує Axiom?

Axiom зараз використовує систему доведення SNARK на основі бекендів Halo2 та KZG та інструменти доведення ZK, такі як таблиці пошуку (LUTs). У минулому ZK-доведення були складними та важкими для аудиту. Таблиці пошуку - це набір попередньо обчислених значень, які дозволяють доводчику більш ефективно довести верифікатору, що значення існує.

Як працює Axiom V2

У січні 2024 року Axiom V2 вийшов у прямий ефір на головній мережі Ethereum, підтримуючи доступ до транзакцій, квитанцій, зберігання контрактів, заголовків блоків та інших даних з розумних контрактів. Це означає, що тепер він підтримує доступ до всіх історичних даних на головній мережі Ethereum.

За допомогою інструментів SDK, розроблених компанією Axiom, розробники можуть писати схеми Axiom на мові Typescript для видачі запитів на дані та налаштування обчислень. Axiom випереджає криву, оскільки вона робить дуже простою можливість для смарт-контрактів отримувати доступ до даних on-chain:

1. Розробники використовують Axiom Typescript SDK для написання Axiom-схем та видачі запитів на обчислення ZK-підтвердження для історичних даних Ethereum;

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

3. Розробники реалізують функцію зворотного виклику в розумному контракті для перевірки та виконання даних, відправлених від Аксіоми, з результатом доведення ЗК;

4. Axiom запити, надсилаючи транзакцію on-chain, та отриманий результат зашифрований за допомогою доказу ZK для забезпечення його вірогідності.

Проте, на відміну від Геродота, Axiom наразі не підтримує запити історичних даних з інших мереж Ethereum EVM або L2 та зосереджується тільки на основній мережі Ethereum. Можлива підтримка пов'язаних функцій не виключена у майбутньому.

Застосування Axiom V2

На рівні застосунку Axiom може допомогти додаткам у реалізації наступних функцій:

• Надавати винагороди та програми лояльності на основі записів користувачів у ланцюжку блоків
• Здійснюйте відповідальність на основі поведінки користувачів на ланцюжку
• Створюйте оракули, які можуть бути налаштовані відповідно до потреб ідентифікації, управління та врегулювання

Висновок

Поточним лідером у просторі копроцесорів є Axiom, який має взаємовигідні відносини з проектами легких вузлів, такими як Succinct. Succinct намагається довести сам консенсус Ethereum, тоді як Axiom доводить будь-які дані історії на ланцюжку на основі консенсусу, припускаючи, що результат консенсусу прийнятий.

Галузь доведення ZK швидко розвивається за участю інноваційних винаходів, таких як складання доказів, схеми накопичення та великі таблиці пошуку. Цей ріст привертає увагу до проєктів, таких як Nexus, які підтримують останні досягнення в технології доведення ZK. Хоча ZK-докази стають мейнстрімом, інші проєкти, наприклад Lagrange, також привертають увагу, надаючи докази для Rollup через паралельних доводчиків, тим самим заповнюючи ринковий прогалину.

Постійний технологічний прогрес підвищив продуктивність різних доказів знань, зменшивши їх розмір та витрати на верифікацію. Це розширює їх потенційне використання. У цьому контексті гнучкість, що надається модуляризацією, набуває визнання, особливо в просторі копроцесорів.