Aceleração de Hardware ZK: A Ambição Suprema da Cysic

Recentemente, a tecnologia ZK tem recebido muita atenção no campo do Web3. Vitalik enfatizou novamente na cimeira de blockchain de Hong Kong a importância dos ZK-SNARKs na escalabilidade do Ethereum, e está otimista quanto ao potencial dos chips ASIC para acelerar ZK. Na verdade, já em 2022, os principais VC expressaram a sua preocupação com a aceleração de hardware ZK, e a Paradigm até previu que a receita dos mineradores ZK poderia rivalizar com a dos mineradores de Bitcoin ou Ethereum.

Com o aquecimento de projetos como Scroll e outros ZK Rollup, a aceleração de hardware tornou-se um ponto quente no mercado. O setor acredita amplamente que, devido à enorme demanda por ZK, os pools de mineração ZK e o modelo SaaS para geração de ZKP em tempo real podem abrir novas cadeias de indústria, e fabricantes de hardware ZK com força podem se tornar o próximo Bitmain.

Entre os muitos projetos de aceleração ZK, a Cysic tem chamado a atenção. A equipe já recebeu prêmios importantes do ZPrize e obteve quase 20 milhões de dólares em financiamento de grandes VCs como a Polychain. Com o lançamento iminente da rede de testes da Cysic, as discussões no mercado estão se intensificando. Este artigo irá apresentar brevemente os princípios do produto da Cysic e seu modelo de negócios, além de oferecer uma introdução ao hardware de aceleração ZK.

Fluxo de trabalho do sistema de prova ZK

O sistema de provas ZK, embora complexo, pode ser entendido de forma simples a partir da perspectiva das funções e do fluxo de trabalho:

1. Submeter o conteúdo a ser provado através do front-end, o sistema realiza a conversão de formato.
2. Utilizando sistemas de prova específicos ( como Halo2, Plonk ) para gerar ZK Proof
3. Os passos específicos incluem a definição do problema, a aritmética e CSP, a compilação em programas ZKP, entre outros.

É importante notar que atualmente a tecnologia blockchain é amplamente utilizada, principalmente zk-SNARK, e o ZK Rollup aproveita mais a sua simplicidade do que a sua característica de conhecimento zero. A característica do SNARK é que o custo de geração de provas pelo Prover é alto, mas o custo de verificação pelo Verifier é baixo; essa assimetria favorece a validação descentralizada, e a segunda camada do Ethereum baseia-se exatamente nessa ideia.

No entanto, transferir o custo de validação para a parte geradora do ZK não é uma solução perfeita. Para projetos de ZK Rollup, os altos custos de geração de ZKP acabam afetando a experiência do usuário e as taxas de transação. Portanto, reduzir os custos de geração de ZKP tornou-se uma prioridade, e este é também o ponto de entrada de projetos de aceleração de ZK como a Cysic.

Principais custos gerados por ZKP

No processo de geração de ZKP, as tarefas que mais consomem recursos computacionais são MSM(Multiplicação Multi-Escalar) e NTT(Transformada Teórica de Números). Essas duas tarefas representam 80-95% do tempo de geração da prova.

O MSM lida principalmente com a multiplicação de múltiplos escalares em curvas elípticas, enquanto o NTT é a FFT em um campo finito. Diferentes combinações de esquemas resultarão em diferentes proporções de carga FFT/MSM. Por exemplo, o Stark utiliza um compromisso FRI baseado em hash, sem qualquer cálculo de MSM.

A maneira mais simples de otimizar a eficiência do MSM e do NTT é eliminar completamente essas operações. Alguns novos algoritmos, como o Hyperplonk, modificaram o Plonk, eliminando as operações de NTT. O algoritmo STARK não requer MSM, mas introduz um grande número de cálculos de hash.

Aceleração de hardware ZK e a estratégia de desenvolvimento da Cysic

Embora a otimização de software e algoritmos seja importante, existem limitações. Para melhorar plenamente a eficiência da geração de ZKP, é necessário utilizar aceleração de hardware. O hardware atualmente disponível para aceleração de ZK inclui GPU, FPGA e ASIC, cada um com suas vantagens e desvantagens.

Cysic está empenhada em se tornar a solução definitiva para aceleração de hardware ZK, e sua estratégia em etapas é:

1. SDK desenvolvido com base em GPU, fornecendo soluções para aplicações ZK e integrando recursos de GPU
2. Utilizar FPGA para implementar aceleração de hardware ZK personalizada rápida
3. Desenvolvimento independente de hardware ZK Depin baseado em ASIC
4. Construir a Cysic Network, integrar todos os recursos de computação, fornecer soluções de computação e validação para a indústria ZK

Cysic Network: Piscina ZK e plataforma SaaS

O plano da Cysic Network não só integra sua própria potência de cálculo, mas também irá absorver recursos de potência de cálculo de terceiros através de incentivos à mineração. Seu fluxo de trabalho inclui:

1. A parte do projeto envia a tarefa de prova ao Agente
2. Prover aceita a tarefa e gera a prova ZK
3. O comitê de validadores verifica a validade das provas e vota

A Cysic Network construiu uma blockchain exclusiva, utilizando o algoritmo de consenso Proof of Compute (PoC).

Soluções GPU, FPGA e ASIC

Na aceleração por GPU, a Cysic adapta vários novos sistemas de provas ZK com base no SDK CUDA desenvolvido internamente, e sua rede de computação GPU já está conectada a centenas de milhares de placas gráficas de topo. O SDK CUDA da Cysic é de 50% a 80% mais rápido do que os mais recentes frameworks de código aberto.

Na área de FPGA, a Cysic completou a implementação dos módulos MSM, NTT e Poseidon Merkle tree mais rápidos do mundo. O SolarMSM e o SolarNTT alcançaram, respectivamente, 0,195 segundos e 0,218 segundos em cálculos de escala 2^30, com o melhor desempenho.

No campo da ASIC, a Cysic já se posicionou e lançou dois produtos ZK DePIN: ZK Air e ZK Pro. O ZK Air é adequado para usuários comuns, podendo conectar-se a dispositivos como notebooks para fornecer suporte de poder de cálculo. O ZK Pro é semelhante a um minerador tradicional, com poder de cálculo comparável a múltiplos servidores GPU de topo, sendo adequado para grandes projetos ZK.

Através destes layouts, a Cysic pretende construir uma rede ZK-DePIN estável e confiável, oferecendo aos usuários finais oportunidades de participação de baixo custo, impulsionando novamente o mercado de computação ZK.