ZK协处理器：重塑区块链计算范式

协处理器的历史背景

协处理器作为辅助CPU处理特定任务的单元，在计算机领域广泛应用。例如，苹果2013年推出的M7运动协处理器大幅提升了智能设备的运动灵敏度，而Nvidia 2007年提出的GPU则负责图形渲染等任务。协处理器通过承担复杂或高性能要求的代码执行，让CPU能够专注于更灵活多变的处理。

在以太坊生态中，高昂的Gas费和数据访问限制严重阻碍了应用的发展。普通转账就需要21000 Gas，更复杂的操作费用更高，限制了合约的开发范围。此外，智能合约只能访问近期的区块数据,未来全节点也不再存储过去的区块数据,这导致基于历史数据的创新应用难以实现。

为解决这些问题，引入协处理器概念成为可能的解决方案。以太坊链本身作为"CPU"处理简单操作,而协处理器则类似"GPU"处理计算和数据密集型任务。结合零知识证明技术,可以实现链下计算的可信验证。这种架构有望支持社交、游戏、DeFi等广泛应用场景,甚至可以实现Web2应用的链上化。

主流协处理器项目概览

当前业内知名的协处理器项目主要分为三类:链上数据索引、预言机和ZKML。其中通用型ZK协处理器项目如Risc Zero、Lagrange和Succinct等,在底层虚拟机架构上各有特色。

Risc Zero

Risc Zero的ZK协处理器Bonsai基于RISC-V指令集,具有极强通用性。其主要功能包括:

• 通用zkVM,可在零知识环境中运行任何虚拟机
• 可集成到任何智能合约的ZK证明系统
• 通用rollup,将Bonsai上的计算证明分发到链上

Bonsai的核心组件包括证明者网络、请求池、Rollup引擎、镜像中心、状态存储和证明市场等。

Lagrange

Lagrange旨在构建协处理器和可验证数据库,包含区块链历史数据。其主要功能有:

• 可验证数据库:索引链上合约存储,重构区块链存储状态
• 基于MapReduce原则的并行计算

Lagrange采用新的数据结构存储合约数据、账户状态和区块数据,并使用ZKMR虚拟机进行分布式计算和证明。

Succinct

Succinct Network的目标是将可编程事实集成到区块链开发的各个环节。其特点包括:

• 支持多种编程语言输入
• 兼容多种证明系统的证明市场
• 基于STARKs的递归证明技术
• SNARKs到STARKs的包装器
• 预编译为中心的zkVM架构

协处理器项目比较

从数据索引、底层技术、递归支持、证明系统、生态合作和融资情况等方面,主流项目趋同性较高。技术路径相似的情况下,突围可能更依赖团队资源和生态合作。

协处理器与Layer2的区别

协处理器面向应用,Layer2面向用户。协处理器可作为:

• Layer2的链下虚拟机组件
• 公链应用的链下算力
• 跨链数据预言机
• 跨链消息传递桥

协处理器有潜力重构区块链的各类中间件,包括预言机、跨链桥等。

协处理器面临的挑战

1. 开发门槛高,需要特定语言和工具
2. 赛道极早期,格局尚不明朗
3. 硬件等基础设施尚未成熟
4. 技术路径相似,难以形成代差优势

总结与展望

ZK协处理器有望重塑区块链计算范式,实现Web2应用的链上化。其发展关键在于构建全链实时可证明数据库和低成本链下计算能力。ZK算力芯片的商业化是大规模应用的前提。预计下一轮周期ZK产业链将实现商业落地,为Web3承载10亿用户交互奠定基础。