Tương lai của tăng tốc phần cứng ZK: Tham vọng và thách thức của Cysic

Trong những năm gần đây, với việc ứng dụng rộng rãi công nghệ ZK trong lĩnh vực blockchain, các điểm nghẽn hiệu suất của hệ thống chứng minh ZK dần trở nên rõ ràng. Vitalik một lần nữa nhấn mạnh tầm quan trọng của ZK-SNARKs trong việc mở rộng Ethereum tại hội nghị blockchain ở Hồng Kông, và chỉ ra tiềm năng to lớn của chip ASIC trong việc tăng tốc ZK.

Trên thực tế, ngay từ năm 2022, các tổ chức đầu tư mạo hiểm hàng đầu đã dự đoán được triển vọng rộng lớn của việc tăng tốc phần cứng ZK. Với sự phát triển sôi nổi của các dự án ZK Rollup như Scroll và Starknet, việc tăng tốc phần cứng đã trở thành tâm điểm được thị trường ưa chuộng. Trong lĩnh vực mới nổi này, các nhà sản xuất phần cứng ZK có sức mạnh và lợi thế tiên phong rất có thể sẽ trở thành Bitmain tiếp theo.

Cysic là một trong những công ty dẫn đầu trong lĩnh vực tăng tốc ZK, sản phẩm của họ bao gồm hồ bơi ZK cho ToB và phần cứng ZK-Depin cho ToC, thu hút sự chú ý của nhiều tổ chức đầu tư hàng đầu. Bài viết này sẽ đi sâu vào nguyên lý sản phẩm và mô hình kinh doanh của Cysic, đồng thời giới thiệu ngắn gọn về nguyên lý tăng tốc phần cứng ZK.

Quy trình hoạt động của hệ thống chứng minh ZK

Hệ thống chứng minh ZK mặc dù phức tạp, nhưng có thể được hiểu đơn giản từ góc độ chức năng và quy trình làm việc. Đối với hệ thống ZK hóa tính toán thông thường, quy trình cốt lõi bao gồm:

1. Thiết lập vấn đề: Xác định nội dung cần chứng minh.
2. Tính toán hóa và CSP: Chuyển đổi nội dung cần chứng minh thành mạch logic và hình thức đa thức.
3. Chọn hệ thống chứng minh phù hợp như Halo, Plonk, v.v., biên dịch để tạo ra chương trình ZKP.

Hiện nay, công nghệ zk-SNARK được sử dụng rộng rãi trong blockchain, đặc điểm của nó là chi phí tạo chứng minh cao nhưng chi phí xác minh thấp. Sự bất đối xứng này mang lại lợi thế lớn cho công nghệ ZK trong các tình huống xác minh phi tập trung, nhưng đồng thời cũng đặt ra thách thức cho việc ứng dụng quy mô lớn.

Chi phí chính của ZKP được tạo ra

Trong quá trình tạo chứng ZK, MSM( phép nhân nhiều số lượng ) và NTT( biến đổi số học ) là hai nhiệm vụ tiêu tốn tài nguyên tính toán nhất, chiếm 80-95% thời gian tạo chứng.

MSM chủ yếu xử lý các phép toán trên đường ellip, có thể được song song hóa quy mô lớn nhưng cần tiêu tốn nhiều tài nguyên bộ nhớ. NTT thì liên quan đến truy cập bộ nhớ ngẫu nhiên, không thân thiện với phần cứng và khó xử lý hiệu quả trong môi trường phân tán.

Các phương pháp tối ưu hóa cho những thao tác này bao gồm cải tiến thuật toán và tăng tốc phần cứng. Một số thuật toán mới như Hyperplonk đã loại bỏ các phép toán NTT bằng cách sửa đổi Plonk, trong khi thuật toán STARK không cần MSM nhưng lại đưa vào một lượng lớn tính toán băm.

So sánh giải pháp tăng tốc phần cứng ZK

Hiện tại, các giải pháp tăng tốc phần cứng ZK chính bao gồm GPU, FPGA và ASIC, mỗi loại đều có ưu và nhược điểm:

• GPU: Phổ biến, ngưỡng phát triển tương đối thấp, nhưng hiệu suất năng lượng không bằng FPGA và ASIC.
• FPGA: Độ linh hoạt cao, tỷ lệ hiệu suất năng lượng tốt, nhưng ngưỡng phát triển cao.
• ASIC: Hiệu suất tối ưu, tiêu thụ năng lượng thấp nhất, nhưng thời gian phát triển dài, chi phí cao.

Chiến lược của Cysic là thực hiện một cách từng bước việc chuyển đổi từ GPU sang ASIC.

1. Phát triển SDK dựa trên GPU, tích hợp tài nguyên GPU toàn mạng.
2. Sử dụng FPGA để triển khai phần cứng tăng tốc ZK tùy chỉnh nhanh chóng.
3. Nghiên cứu phát triển phần cứng ZK Depin dựa trên ASIC.
4. Xây dựng Mạng Cysic như một nền tảng SAAS / hồ đào, tích hợp tất cả các tài nguyên tính toán.

Mạng Cysic: Hồ bơi ZK và nền tảng SaaS

Cysic Network nhằm trở thành một hồ bơi ZK và nền tảng SaaS toàn diện, tích hợp sức mạnh tính toán tự có và thu hút tài nguyên từ bên thứ ba. Quy trình làm việc của nó bao gồm:

1. Bên dự án gửi chứng minh nhiệm vụ cho đại lý (Agent).
2. Prover nhận nhiệm vụ và tạo ZK chứng minh.
3. Ủy ban xác thực kiểm tra tính hợp lệ của chứng nhận và bỏ phiếu.

Mạng Cysic áp dụng thuật toán đồng thuận có tên là Proof of Compute (PoC), dựa trên hàm VRF và hiệu suất lịch sử của Prover để chọn người tạo khối.

Bố trí tăng tốc phần cứng của Cysic

Trong lĩnh vực GPU, Cysic đã phát triển SDK tăng tốc CUDA tự nghiên cứu, hiệu suất cao hơn từ 50% đến 80% so với các khung mã nguồn mở.

Trong lĩnh vực FPGA, Cysic đã hiện thực hóa MSM, NTT và các mô-đun nhanh nhất thế giới, với SolarMSM và SolarNTT thể hiện xuất sắc trong tính toán quy mô lớn.

Đối với ASIC, Cysic dự định ra mắt hai sản phẩm phần cứng ZK:

• ZK Air: Thiết bị di động, phù hợp cho người dùng thông thường tham gia các nhiệm vụ chứng minh ZK quy mô nhỏ.
• ZK Pro: Tương tự như máy khai thác truyền thống, phù hợp cho các dự án ZK lớn như ZK-Rollup và ZKML.

Những thiết bị này dự kiến sẽ được ra mắt vào năm 2025, hứa hẹn thúc đẩy việc xây dựng mạng ZK-DePIN và sự bùng nổ của thị trường tính toán ZK.