O futuro da aceleração de hardware ZK: a ambição e os desafios da Cysic

Nos últimos anos, com a ampla aplicação da tecnologia ZK no campo da blockchain, os gargalos de eficiência dos sistemas de prova ZK começaram a se destacar. Vitalik enfatizou novamente a importância dos ZK-SNARKs na escalabilidade do Ethereum na cimeira de blockchain de Hong Kong e apontou o enorme potencial dos chips ASIC para a aceleração ZK.

Na verdade, já em 2022, as principais empresas de capital de risco previram o vasto potencial da aceleração de hardware ZK. Com o entusiasmo em torno de projetos de ZK Rollup como Scroll e Starknet, a aceleração de hardware se tornou um foco de atenção no mercado. Neste novo campo emergente, fabricantes de hardware ZK com força e vantagem de primeiro movimento podem muito bem se tornar o próximo Bitmain.

Cysic, como uma das empresas líderes no campo da aceleração ZK, tem uma linha de produtos que inclui pools de mineração ZK para o setor B2B e hardware ZK-Depin para o consumidor final, atraindo a atenção de várias instituições de investimento de topo. Este artigo irá explorar em profundidade os princípios dos produtos da Cysic e o seu modelo de negócios, além de apresentar uma breve introdução aos princípios de aceleração de hardware ZK.

Fluxo de trabalho do sistema de prova ZK

Embora o sistema de provas ZK seja complexo, pode ser compreendido de forma simplificada a partir da perspectiva das funções e dos fluxos de trabalho. Para sistemas que ZKificam cálculos comuns, o fluxo central inclui:

1. Definição do problema: determinar o conteúdo a ser provado.
2. Arithmetização e CSP: transformar o conteúdo a ser provado em circuitos lógicos e formas polinomiais.
3. Escolher um sistema de prova adequado como Halo, Plonk, etc., e compilar para gerar um programa ZKP.

Atualmente, a tecnologia zk-SNARK é amplamente utilizada na blockchain, caracterizando-se por um alto custo de geração de provas, mas um baixo custo de verificação. Essa assimetria torna a tecnologia ZK extremamente vantajosa em cenários de verificação descentralizada, mas também traz desafios para sua aplicação em grande escala.

Principais custos gerados pelo ZKP

Durante o processo de geração de provas ZK, a MSM( multiplicação de múltiplos escalares) e a NTT( transformação de números) são as duas tarefas que mais consomem recursos computacionais, ocupando 80-95% do tempo de geração de provas.

O MSM lida principalmente com operações em curvas elípticas, podendo ser amplamente paralelizado, mas requerendo muitos recursos de memória. O NTT envolve acesso aleatório à memória, é desfavorável para o hardware e difícil de processar de forma eficiente em ambientes distribuídos.

Métodos para otimizar essas operações incluem melhorias de algoritmos e aceleração de hardware. Alguns novos algoritmos, como o Hyperplonk, eliminam a operação NTT ao modificar o Plonk, enquanto o algoritmo STARK não requer MSM, mas introduz uma grande quantidade de cálculos de hash.

Comparação de soluções de aceleração de hardware ZK

Atualmente, as principais soluções de aceleração de hardware ZK incluem GPU, FPGA e ASIC, cada uma com suas vantagens e desvantagens:

• GPU: Alta popularidade, barreiras de entrada relativamente baixas, mas a eficiência energética é inferior à do FPGA e do ASIC.
• FPGA: Alta flexibilidade, boa eficiência energética, mas com um alto nível de dificuldade no desenvolvimento.
• ASIC: Desempenho ótimo, consumo de energia mais baixo, mas ciclo de desenvolvimento longo e custo elevado.

A estratégia da Cysic é implementar gradualmente um planejamento abrangente da GPU para ASIC:

1. SDK desenvolvido com base em GPU, integrando recursos de GPU em toda a rede.
2. Utilizar FPGA para implementar aceleração de hardware ZK personalizada e rápida.
3. Desenvolver hardware ZK Depin baseado em ASIC.
4. Construir a Cysic Network como uma plataforma SAAS/piscina de mineração, integrando todos os recursos de poder de cálculo.

Cysic Network: Pool ZK e Plataforma SaaS

Cysic Network tem como objetivo tornar-se uma plataforma abrangente de pool de mineração ZK e SaaS, integrando poder computacional próprio e absorvendo recursos de terceiros. Seu fluxo de trabalho inclui:

1. A parte do projeto submete a tarefa de prova ao agente (Agent).
2. O Prover aceita a tarefa e gera a prova ZK.
3. O comitê de validadores verifica a validade das provas e vota.

A Cysic Network adotou um algoritmo de consenso chamado Proof of Compute (PoC), que se baseia na função VRF e no desempenho histórico do Prover para selecionar o minerador.

Layout de aceleração de hardware da Cysic

Na área de GPU, a Cysic desenvolveu um SDK de aceleração CUDA próprio, com desempenho 50%-80% superior em relação a frameworks de código aberto.

Na área de FPGA, a Cysic implementou os módulos MSM e NTT mais rápidos do mundo, com o SolarMSM e o SolarNTT a apresentarem um desempenho excecional em cálculos em grande escala.

Para ASIC, a Cysic planeia lançar dois produtos de hardware ZK:

• ZK Air: dispositivo portátil, adequado para usuários comuns participarem em tarefas de prova ZK em pequena escala.
• ZK Pro: Semelhante a máquinas de mineração tradicionais, adequado para grandes projetos ZK como ZK-Rollup e ZKML.

Estes dispositivos deverão ser lançados em 2025, com potencial para impulsionar a construção da rede ZK-DePIN e o crescimento explosivo do mercado de computação ZK.