Pico Prism ZkVM 爲證明覆蓋率和經濟效率設定了新標準

zkVM，或零知識虛擬機，生成對程序正確執行的密碼學證明，而無需重新運行計算，從而爲無信任驗證、更高的吞吐量和更具可擴展性的應用程序打開了大門。可驗證計算的長期目標是成爲將更廣泛的互聯網與區塊鏈集成的標準，這與以太坊創始人V神關於低成本和頻繁有效性證明的願景相一致。當以太坊接受零知識證明時，用戶可能能夠在不進行橋接的情況下利用他們的抵押品，從而提高流動性和資本效率。

V神設想能夠將來自多個Rollup的證明聚合成一個單一的證明，每個時隙提交一次，從而將結算活動集中在底層，減少對橋接運營商的依賴，並通過以太坊實現幾乎即時的跨Rollup資產移動。

在減少硬件需求和提升性能方面的進展

最近的突破減輕了人們對當前ZK技術狀態的懷疑。基礎設施提供商Brevis宣布，其Pico Prism zkVM實現了99.6%的記錄證明覆蓋率，(低於12秒)，以及96.8%的實時證明覆蓋率，(低於10)，適用於以太坊區塊，氣體限制爲45M。

Pico Prism 相較於現有解決方案的其他改進包括：硬件成本爲128,000美元，而不是256,000美元；64個RTX 5090 GPU，相當於160個RTX 4090 GPU以獲得可比性能；對於4500萬 gas 塊的平均證明時間爲6.9秒，對於3600萬 gas 塊爲6.04秒，而後者是10.3秒；以及使用綜合成本效率和速度指標的性能提升爲3.4倍。

Pico Prism 已經轉向生產就緒的基礎設施，消除了以太坊向基礎層零知識驗證過渡中的一個關鍵瓶頸。GPU 硬件成本降低了 50%，使得實時證明在大規模生產部署中經濟上可行。

現有的可擴展性和經濟可行性問題

像StarkNet、zkSync Era和Polygon zkEVM這樣的Zk匯總將數千個以太坊交易壓縮成一個ZKP，以證明它們的正確性，並爲一個完整的以太坊區塊(生成一個證明大約需要45M的燃料費)，這個過程可能需要10到20秒或更長時間，即使在擁有數百個GPU或ASIC的集羣上也是如此。Zk匯總依賴於證明者在嚴格的可用性和最終性約束下生成狀態轉移證明，過程涉及多個步驟。

這些步驟需要GPU和其他昂貴的硬件，並且只有在所有階段完成並結果在區塊鏈上發布後，過程才能達到最終性。隨着Rollup的擴展，由於動態資源需求、對快速最終性的需求和不斷上升的吞吐量，保持經濟可行性變得更加困難。一項基於Halo2證明系統的最新研究展示了這些挑戰，識別出最終性時間、平均燃氣使用量和每秒交易次數作爲主要成本驅動因素。

研究人員提出了一種成本模型，該模型捕捉了匯總特定的限制，並確保證明者能夠跟上交易負載，以應對這些驅動因素。他們將模型制定爲約束系統，並使用Z3 SMT求解器找到成本最優配置。

內存限制

許多現有的 zkVM 仍然需要至少十秒鍾的有效性證明時間，並面臨內存和擴展性限制，有些甚至需要長達 82 秒。有效性證明生成時間與輸入大小大致呈線性增加，隨着斐波那契輸入從第 10 項到第 100,000 項的增加而相應增加。GPU 實現通常顯示出減少主機內存使用 (CPU)，但消耗大量 GPU 內存，基準測試的 GPU 加速項目至少需要 24GB 的顯存。

內存效率的改進通常源於實施延續和類似技術，使用較小的密碼學字段，以及採用更高效的內存檢查論證，例如多項式IOP。根據具體的zkVM，內存限制可能與查找表多元多項式擴展和Merkle樹構建有關。在CPU限制方面，約束涉及多項式承諾方案和證明遞歸。

性能與安全的權衡

另一個專注於性能優化zkVM的擔憂涉及安全保障。一些zkVM項目由於仍在開發中或其他原因，缺乏全面的安全驗證。對zkVM的評估應納入安全成熟度，包括嚴格的安全證明、完成的第三方審計和正式驗證工作，以提供全面的分析。Brevis利用ZKP將昂貴的區塊鏈計算轉移到更實惠的鏈下環境，同時保持L1安全假設，使Web3應用能夠無縫擴展。

ZKP的簡單性、效率和可擴展性的道路

證明是在多個階段創建的，包括橢圓曲線運算、計算哈希函數、中間證明等。鑑於衆多具有不同特性的ZKP技術，理想的方法取決於系統規格和相關應用。ZK-STARKs和ZK-SNARKs是不同ZKP系統變體的例子。前者更適合復雜應用，而後者在私人交易中往往表現更好。

此外，密碼標準隨着時間的發展而演變，ZKP系統應能夠在沒有重大功能中斷的情況下適應這些變化。關於橢圓曲線運算，依賴於BN254或其他橢圓曲線配對的方案並不具備量子安全性。必須用後量子替代品替換基礎橢圓曲線，例如基於哈希或基於格的構造。

在查詢或交易量大的系統中，隨着復雜計算過程被用於創建和驗證有效性證明，出現了擴展性問題。一個顯著的擴展性問題可以追溯到Zcash的推出，當時每個私密交易都需要在個人計算機上生成一個zk-SNARK證明。

單個證明可能需要數十秒才能生成，並使用超過3GB的RAM；許多設備無法處理這種計算，大多數交易仍然不是私密的，因爲保護交易速度太慢，與加密貨幣的本質相悖。Pico通過允許開發者自定義他們的證明機制，使零知識密碼學變得更加可擴展、高效和適應性強。

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