解密RISC Zero產品矩陣：如何協助以太坊邁向ZK化未來？

作者：LINDABELL

在最近的Devcon 會議上，以太坊基金會核心成員Justin Drake 提出了Beam Chain 提案，計劃透過zkSNARK 和zkVM 技術升級以太坊共識層，以提升網路的可擴展性、安全性和效率。這個願景也讓zkVM 的重要性再次被關注。作為一種通用零知識虛擬機，zkVM 能以更靈活及高效的方式處理複雜運算，同時擺脫了對傳統智慧合約邏輯的依賴。

在這一趨勢的推動下，RISC Zero、Succinct 和Cysic 等計畫則被視為推動該領域創新的重要參與者。其中，RISC Zero 憑藉基於RISC-V 架構的zkVM，開發了Zeth、Kailua 和Bonsai 等一系列開源工具，不僅提升了區塊驗證和Rollup 的性能，也為以太坊ZK 化升級提供了技術支援。

RISC zkVM 生態產品矩陣：從核心技術到情境應用

RISC Zero 是基於RISC-V 指令集架構的zkVM 實現，作為一個通用零知識運算平台，它支援多種主流程式語言，如Rust 和C++，幾乎可以運行任意運算任務。相較於其他零知識技術平台，RISC Zero 的證明者和驗證者是完全開源的，開發者可以在本地產生和驗證證明。此外，RISC Zero 的驗證器相容於多種平台，能夠適應不同區塊鏈生態，簡化了去中心化應用的開發流程。

今年6 月，RISC Zero 發布了zkVM 1.0。 zkVM 1.0 不僅支援多種語言和複雜運算任務，也利用Continuations 技術將大規模運算分割成多個小段，實現高效率並行運算和驗證。根據路線圖，RISC Zero 計劃在2024 年底前實現zkVM 性能和成本的20 倍提升，優化內容包括將證明流程完全遷移至GPU（已完成80%）、引入新型RISC-V v2 電路設計，以及針對遞歸電路進行的專項優化等。同時，RISC Zero 正在整合一系列針對RSA、Keccak、ECDSA 等演算法的加速模組，用於提升以太坊相關任務和加密操作的效能。

圍繞著zkVM 的核心能力，RISC Zero 也開發了一系列開源工具和產品。例如，透過Bonsai 網路將證明服務，開發者無需專用硬體即可產生零知識證明；透過Steel 工具可以將複雜的EVM 計算轉移至鏈下環境運行，同時保持結果可驗證，降低了鏈上執行成本；而Blobstream Zero 則透過橋接Celestia 資料可用性層，為模組化區塊鏈生態中的資料共享和驗證提供了更多可能性。

Zeth：證明整個以太坊區塊被正確建構

Zeth 是由RISC Zero 基於其zkVM 技術開發的開源以太坊零知識區塊證明器，可透過零知識證明驗證以太坊區塊的有效性，而無需依賴傳統驗證者或同步委員會。 RISC Zero 將Zeth 定義為Type-0 zkEVM，既完全相容於以太坊協議，又透過程式碼的重複利用，實現了開發效率的提升。

以太坊聯合創始人Vitalik Buterin 在文章“Different types of zk-EVMs”將zkEVM 分為了四類，其中Type-1 力求完全和毫不妥協的等效於以太坊；Type-2 致力於完全等價於EVM，但不完全等價於以太坊；Type-3 幾乎同等於EVM；Type-4 則完全不相容於以太坊。

由於RISC Zero zkVM 的高效能，Zeth 能夠在幾分鐘內完成以太坊區塊的驗證。測試數據顯示，Zeth 可以以1.1 MHz 的速度產生區塊證明，並透過「繼續執行（continuations）」特性擴展GPU 集群，將速度提升至4.7 MHz 至6.3 MHz。這種性能優化也降低了證明生成的成本。根據測試，一個包含182 筆交易的區塊，其證明產生成本僅為21.72 美元，每筆交易成本約為0.11 美元。

同時，在開發Zeth 的過程中，RISC Zero 團隊充分利用了Rust 生態系統的元件，如revm、ethers 和alloy，使得開發者可以快速實現區塊證明功能並將其應用到不同場景中。這種設計為開發者提供了更多靈活性，能夠根據需要調整區塊建立邏輯並適應未來的以太坊改進提案。

在應用層面，Zeth 為zk Rollup、輕客戶端和跨鏈橋提供了高效率的解決方案。傳統zk Rollup 和zkEVM 的建造需要耗費大量時間和資金，讓小型團隊望而卻步。而Zeth 基於模組化的zkVM 架構，讓開發者輕鬆自訂區塊驗證邏輯。例如：

• zk Rollup：Zeth 能夠快速實現區塊證明，能夠縮短ZK Rollup 的開發週期並降低資金投入。
• 輕客戶端：無需重新建立區塊即可驗證區塊有效性，降低運行成本。
• 跨鏈橋：Zeth 透過ZKP 可以在不洩漏鏈上敏感資訊的情況下驗證跨鏈資料的正確性，這減少了對第三方的信任依賴，並降低了跨鏈攻擊的風險。

今年5 月，Zeth 成功擴展至支援從以太坊主網中提取Optimism 區塊數據，並產生ZKP 驗證區塊正確性，也支援在鏈上進行驗證。也就是說，借助Zeth，Optimism 可以更有效率地驗證交易，解決交易爭議。

Bonsai：允許開發者無需使用自身硬體產生證明

Bonsai 是專為zkVM 應用程式設計的遠端證明服務，讓開發者無需使用自身硬體產生證明，從而解決了鏈上運算資源有限與高昂成本之間的矛盾。透過Bonsai，開發者只需定義需要執行的zkVM 應用程式及輸入數據，Bonsai 即可在背景執行計算，並產生相應的零知識證明。此過程完全無需開發者部署額外的硬體設備。同時，Bonsai 利用了大量的GPU 集群，支援並行化處理多個運算任務。此外，Bonsai 提供簡潔易用的API 和SDK 接口，使開發者能夠輕鬆將其整合到現有系統中，進一步降低了開發難度。

基於這項遠端證明服務，RISC Zero 推出了開源工具Bonsai Pay，結合了OAuth2.0 身份認證和ZKP 技術，使用戶能夠透過Google 帳戶在以太坊網路上發送或接收代幣。例如，當Alice 想將資金轉帳給Bob 時，Alice 可以透過Bonsai Pay 輸入Bob 的Google 信箱和轉帳金額。 Bob 隨後可登陸Bonsai Pay 輸入信箱地址並完成Google 帳戶驗證。 Bonsai Pay 會使用OAuth 2.0 產生授權代幣，證明Bob 確實是該信箱的持有者。隨後Bonsai Pay 呼叫Bonsai 證明服務，產生零知識證明，證明Bob 的Google 帳戶與錢包地址相關聯。智能合約驗證證明後，會解鎖資金並將其轉移到Bob 的錢包地址。

整個過程中，Bonsai Pay 透過ZKP 技術驗證了「Bob 的Google 帳戶與錢包地址相關聯」的事實，又避免洩露任何Google 帳戶的具體資訊。

Bonsai 的另一個重要應用是Bonsai ZK 協處理器（ZK Co-processor）。它透過零知識證明技術，將複雜的計算任務從鏈上轉移到鏈下，且產生不可篡改的證明以確保結果的正確性。同時，Bonsai 協處理器的部署也十分簡單，開發者只需編寫zkVM 應用程式來處理邏輯，並透過簡單的Solidity 合約呼叫Bonsai，運行計算並驗證結果。在整個過程中，Bonsai 證明服務負責產生鏈下計算的零知識證明，這些證明可以在鏈上驗證。

Bonsai ZK 協處理器適用於需要高效能和低成本的鏈上應用。例如，在DAO 治理中，它可以將複雜的投票計算轉移到鏈下，顯著降低鏈上Gas 費用。 Bonsai DAO Governor 透過協處理器將每票的Gas 成本降低了超過50%，有效提升治理效率，並降低參與門檻。

Boundless：可驗證計算層

在傳統區塊鏈架構中，為了確保交易的有效性，所有節點都需要重複執行每筆交易的所有計算。這種「全域重執行」模式雖然能夠確保安全性和一致性，但也帶來了極高的運算成本。為了解決這個問題，RISC Zero 推出了Boundless，讓單一節點完成計算後產生一個可驗證的零知識證明，其他節點只需驗證該證明即可確認結果，無需重複執行計算。

Boundless 透過遞歸組合技術簡化了驗證過程。它將多個小的零知識證明合併為一個整體證明，使驗證者只需檢查一個總證明，而不必逐一驗證所有階段的證明。為了進一步優化零知識證明的生成效率，Boundless 內建了專用的密碼學加速電路，優化了像是雜湊計算、數位簽章驗證等常見任務的效率。

此外，開發者使用Boundless 不需要深入了解零知識技術，只需用熟悉的程式語言（如Rust 或Solidity）編寫應用程式即可。目前，Boundless 已向開發者開放免費存取。開發者無需遷移現有系統或更新驗證合約，就可以利用Boundless 提供的proving 服務，在任意區塊鏈上快速建立和部署零知識應用。

Blobstream Zero：簡化跨鏈資料驗證的zkVM 的跨鏈橋

Blobstream Zero 是RISC Zero 和Celestia 合作推出的基於zkVM 的跨鏈橋，旨在將Celestia 的資料可用性層無縫連接到現有的模組化區塊鏈生態中。透過共享和驗證Celestia 上的數據，Blobstream Zero 實現了鏈與鏈之間更方便的數據傳輸和驗證。

作為完全開源的公共產品，Blobstream Zero 允許任何專案或開發者運行本機實例，並產生零知識證明。此外，Blobstream Zero 也能夠為ZK 協處理器提供支援。 ZK 協處理器本質上是一個鏈下計算工具，因此需要可靠的數據來執行計算。而Blobstream Zero 可以從Celestia 等區塊鏈中獲取數據，並且可以透過產生ZK 證明來證明所傳輸的數據是可靠的。

Steel：鏈下執行與鏈上驗證的智能合約新範式

Steel 是RISC Zero 推出的開源工具，利用zkVM 技術實現了鏈下可驗證的智慧合約執行。透過Steel，開發者可以將EVM 操作從鏈上轉移到鏈下執行，同時產生零知識證明，確保計算結果的真實性和可驗證性。

傳統智能合約需要在鏈上完整執行所有邏輯，不僅Gas 成本高昂，還限制了複雜應用的開發。而Steel 的鏈下計算和鏈上驗證機制解決了這個問題。例如，在一個簡單的智能合約中，判斷某帳戶的ERC20 餘額是否大於1，並遞增計數器變數。傳統方法需要在鏈上完整執行邏輯，而Steel 則在鏈下完成計算並產生零知識證明，鏈上只需驗證證明，無需重複執行合約邏輯。

目前，RISC Zero 已發布Steel 1.0，並且已經有合作夥伴已功利用該工具開發了應用程式。例如，在一個處理約40 萬次SLOAD 操作的合約呼叫中，透過Steel 將計算轉移至鏈下執行，隨後在鏈上驗證產生的零知識證明。證明生成成本不到10 美元，鏈上驗證成本低於30 萬Gas。

Kailua：推動Rollup 架構創新的混合ZK 方案

繼發布Zeth 後，RISC Zero 推出了Kailua，旨為樂觀Rollup 提供了一種混合ZK Rollup 的升級方案。傳統樂觀Rollup 通常需要7 天的挑戰期，導致交易終局性較慢，而ZK Rollup 雖然能快速實現終局性，但持續產生零知識證明的成本過高。 Kailua 結合了兩者的優勢，透過混合架構實現了成本與效率的平衡。作為Optimism Kona 框架的擴展，Kailua 不僅支援未經修改的Kona 在zkVM 上運行，還引入了創新的爭議解決機制，降低了質押要求並減少了終局性延遲，從而提升了系統的效率和可用性。

在Kailua 的架構中，爭議機制採用了全新的設計。首先，其爭議解決機制取消了時間限制，讓驗證者在遇到網路中斷等特殊情況時有充足時間產生證明，從而增強系統的彈性。即使在極端情況下，RISC Zero zkVM 的擴展架構仍能在一小時內完成證明。此外，Kailua 的按需驗證功能讓開發者能夠靈活配置驗證頻率，以更低成本逐步過渡到完全驗證的Rollup 模式。

與ZK Rollup 不同，Kailua 的設計無需持續生成證明。對於低頻率的空區塊或具有特殊合約需求的Rollup，Kailua 提供了更具成本效益的選擇。同時，Kailua 也顯著降低了Rollup 的質押成本需求。傳統樂觀Rollup 的質押量會隨著較長的終局性週期線性增加，而Kailua 的優化設計將質押需求固定化，使得系統即使在長週期內依然能以更低成本維持安全性和活性。

目前，Kailua 已完全開源。開發者可以使用其命令列工具部署本地的Optimism 測試網絡，並快速升級為支援ZK 故障證明的網路。 Kailua 也支援模擬故障提案，幫助開發者了解驗證者如何透過zkVM 挑戰錯誤狀態，從而深入理解其爭議解決機制。未來，Kailua 也將進一步優化成本與效能，及擴展至更多的Rollup 框架支援。

總結

從上文可以看出，RISC Zero 的zkVM 產品矩陣正推動零知識證明技術在多個領域的發展。 Zeth 和Kailua 專注於Rollup 架構優化，提升了區塊驗證效率和爭議解決速度。 Bonsai 提供遠端證明服務，降低了硬體依賴和運行成本，使開發者能夠更有效率地建立應用。而Blobstream Zero 透過高效驗證跨鏈數據，為模組化區塊鏈生態提供了可靠支援。此外，Steel 透過鏈下計算與鏈上驗證的模式，降低了智慧合約執行的Gas 成本。

當然，在不斷完善zkVM 產品矩陣的同時，RISC Zero 也持續推動zkVM 底層技術的創新。近日，RISC Zero zkVM 發布了1.2 版本，引入了一種全新的預編譯方式，允許開發者將預編譯邏輯與應用程式一起部署，而無需內建在zkVM 本身。這意味著開發者可以添加新的預編譯邏輯，而無需修改鏈上驗證合約或協調證明者的配置，也無需對zkVM 進行分叉或重大改動即可實現效能最佳化。此外，透過應用定義預編譯，還可減少證明產生的計算成本。例如Automata 整合RSA 預編譯後，將執行週期從3,900 萬降至21.7 萬，成本降低了約180 倍。

隨著zkVM 技術的不斷優化，其發展潛力將在多個應用場景中逐步體現，不過如果要更好的釋放這些潛力，仍要依賴生態協作和技術落地的實際表現。