Обзор

Широкое принятие Web3 сталкивается с несколькими проблемами, включая обеспечение плавного перехода традиционных разработчиков Web2 к разработке блокчейн-приложений без необходимости обширных знаний криптографии. zkWASM (Zero-Knowledge WebAssembly Virtual Machine) предлагает эффективное решение этой проблемы.

Объединяя доказательства нулевого разглашения (ZK) с WebAssembly (WASM), zkWASM предназначен для обеспечения безпрепятственной миграции приложений Web2 в экосистему Web3.

С zkWASM вычисления обрабатываются вне цепи, в то время как только доказательство этих вычислений хранится в цепи. Такой подход позволяет разработчикам создавать децентрализованные приложения (dApps), используя привычные языки программирования, такие как Rust, C++ и Go. Избавляя разработчиков от необходимости глубокого понимания технологии доказательства ведения (Zero-Knowledge Proof), zkWASM значительно снижает барьер входа и решает ключевые проблемы при переходе от Web2 к Web3.

Источник: https://delphinuslab.com/tutorial/

Основные концепции

zkWASM в первую очередь построен на двух ключевых технологиях:

WebAssembly (WASM): WASM - это эффективный формат байт-кода, который поддерживает такие языки, как C, Rust, и другие, для запуска в браузерах или виртуальных машинах блокчейна. Разработанный совместно Google, Mozilla, Microsoft и Apple, WASM обеспечивает отличную производительность и переносимость, что делает его широко принятым для высокопроизводительной веб-разработки.

Источник: @bhavani.indukuri2/webassembly-wasm-revolutionising-web-development-with-high-performance-and-portability-e4aef76391bb"">https://medium.com/@bhavani.indukuri2/webassembly-wasm-revolutionising-web-development-with-high-performance-and-portability-e4aef76391bb

Доказательство в нулевом знании (ZK): ZK позволяет доказывающему продемонстрировать верификатору правильность вычисления без раскрытия деталей самого вычисления.

zkWASM объединяет преимущества обеих технологий, позволяя проверять результаты выполнения кода WASM с помощью доказательств в нулевом знании, тем самым улучшая конфиденциальность и масштабируемость блокчейна.

Принцип работы

Основа zkWASM заключается в объединении набора инструкций WASM с доказательствами нулевого разглашения (ZK) для достижения эффективных и проверяемых вычислений. Рабочий процесс состоит из следующих шагов:

1. Выполнение кода WASM: WASM выполняет смарт-контракты или вычислительные задачи и производит результаты вычислений.
2. Генерация доказательства ZK: Использование технологии доказательства нулевого разглашения для генерации верифицируемых доказательств для процесса вычислений WASM.
3. Проверка правильности вычислений: Проверяющим лицам (таким как узлы в сети блокчейн) достаточно проверить ZK-доказательство без повторного выполнения вычислений, обеспечивая правильность и надежность результатов вычислений.

В качестве переносимой виртуальной машины, zkWASM позволяет разработчикам писать приложения, защищающие конфиденциальность, используя привычные языки программирования и компилировать их в формат WASM. Пользователи могут запускать эти приложения в своих браузерах, как обычные приложения, без необходимости дополнительной аппаратной или программной поддержки.

Основные проекты

Delphinus Lab

Введение:
В качестве пионера в экосистеме zkWasm Delphinus Lab специализируется на разработке решений по доверительным вычислениям и комплексных наборов инструментов разработчика (SDK). Команда с увлечением работает над преодолением разрыва между Web2 и Web3, делая более простым для традиционных разработчиков внедрение технологии блокчейна.

Основные события:
Построен современный виртуальный машинный zkWasm, который обеспечивает безопасные вычисления вне цепи, обеспечивая проверку в цепи через доказательства нулевого знания
Создано универсальное среда разработки, поддерживающая популярные языки программирования, включая C, C++, Rust и AssemblyScript
Был представлен zkWasm Hub - инновационная облачная платформа, на которой разработчики могут находить, обмениваться и развертывать приложения zkWasm с возможностью автоматизированного создания доказательств и возможностями пакетной обработки

Приложения:
Платформа отличается в защищенных конфиденциальности вычислениях, обеспечивает разработку децентрализованных приложений (DApps) и позволяет реализацию протокола Rollup.

Источник: https://delphinuslab.com/?ref=blog.icme.io

ZKCROSS

Введение:
ZKCROSS - это многоцепочный уровень выполнения zkRollup, который использует технологию zkWasm для обеспечения взаимодействия между цепями и предоставления универсального уровня выполнения.

Ключевые события:
Он разделяет исполнение и расчетные слои, предлагая доверенную многоцепочечную среду исполнения через технологию zkWasm.
Платформа обеспечивает быстрое развитие и развертывание многоцепочечных нативных продуктов, обеспечивая безопасность через протоколы ZKP от начала до конца.

Приложения:
Перевод активов между цепями, взаимодействие блокчейн-игр на разных цепях и протоколы DeFi между цепями.

Источник: https://www.zkcross.org/

Сотрудничество Polygon и NEAR по zkWasm

Введение:
Polygon Labs и NEAR Foundation объединили усилия для разработки zkWasm Prover для обеспечения поддержки доказательства нулевого знания для блокчейнов на основе Wasm.

Основные события:
NEAR Foundation стала основным участником набора инструментов для разработки цепей Polygon (CDK), позволяя разработчикам использовать zkWasm Prover при создании блокчейнов Layer 2 с ZK.
Это сотрудничество улучшает взаимодействие между цепочками Wasm и экосистемой Ethereum, повышая при этом безопасность и масштабируемость.

Приложения:
Технология идеально подходит для создания пользовательских ZK-цепей второго уровня и поддерживает расширение по всему экосистемам EVM и Wasm.

Источник: https://polygon.technology/blog/polygon-labs-and-near-foundation-collaborate-to-build-a-zkwasm-prover-as-a-component-for-polygon-cdk

zkWasm Hub

Вступление:
ZkWasm Хаб - это комплексная облачная платформа от Delphinus Lab, которая оптимизирует разработку и развертывание приложений zkWasm.

Основные события:
Предоставляет хранение и доступ для изображений приложений zkWasm, с поддержкой доступа через REST API.
Поддерживает автоматизированные службы компиляции и обновления, позволяя разработчикам развертывать проекты GitHub непосредственно в zkWasm Hub.
Включает в себя исследователя задач для мониторинга статусов задач zkWasm.

Приложения:
Инструменты разработчика, платформа распространения приложений и децентрализованные облачные услуги.

Источник: https://zkwasmhub.com/

Сравнение zkEVM, eWASM и zkWASM

zkEVM фокусируется на улучшении конфиденциальности и масштабируемости Ethereum, поддерживая Solidity. zkWASM нацелен на переход от Web2 к Web3 и предлагает поддержку нескольких традиционных языков программирования. eWASM улучшает эффективность выполнения смарт-контрактов Ethereum и также поддерживает несколько языков.

Основные различия между zkEVM, zkWASM и eWASM заключаются в их областях акцентирования: zkEVM акцентируется на масштабируемости Ethereum, zkWASM фокусируется на облегчении миграции традиционных разработчиков на Web3, а eWASM посвящен улучшению производительности смарт-контрактов.

Источник: https://hyperoracle.medium.com/zkwasm-the-next-chapter-of-zk-and-zkvm-471038b1fba6

Преимущества

Улучшенная конфиденциальность

zkWASM позволяет пользователям выполнять смарт-контракты или вычислительные задачи, не раскрывая конкретные входные данные, а лишь показывая конечный результат. Например, пользователи могут выполнять сложные вычисления вне цепи блоков и доказывать правильность результата, используя доказательства нулевого разглашения (ZK), не раскрывая подлежащий вычисления процесс.

Проверяемое вычисление

Традиционное выполнение смарт-контрактов зависит от того, что все узлы выполняют избыточные вычисления. Однако zkWASM позволяет выполнять вычисления вне цепи, генерируя доказательство ZK, которое узлы на цепи могут проверить, чтобы подтвердить правильность результата. Этот подход значительно снижает затраты на вычисления на цепи.

Высокая совместимость

Благодаря кроссплатформенным возможностям WASM, zkWASM поддерживает несколько языков программирования, таких как Rust, C++ и Go. Это позволяет разработчикам создавать программы вычислений ZK, используя привычные инструменты.

Улучшенная масштабируемость

Перемещая вычислительные процессы с цепи и отправляя только доказательства ZK, zkWASM значительно снижает нагрузку на цепочечные вычисления, улучшая масштабируемость блокчейна. Это особенно важно для масштабируемых решений, таких как Rollups и протоколы Layer 2.

Источник: https://delphinuslab.com/tutorial/

Препятствия

Несмотря на заметные преимущества zkWASM в защите конфиденциальности, масштабируемости и совместимости с различными платформами, остаются некоторые технические проблемы в его принятии:

1. Высокая вычислительная нагрузка и дорогостоящее создание доказательств

Выполнение кода WASM с использованием zkWASM требует преобразования каждого вычислительного шага в цепь доказательств нулевого знания, что значительно увеличивает вычислительную сложность.

Проблема: Схемы доказательства нулевого разглашения (например, ZK-SNARKs, ZK-STARKs) часто включают в себя обширные и сложные математические операции, такие как полиномиальные обязательства и расчеты на эллиптических кривых. Эти процессы могут привести к длительному времени генерации доказательств и высокому потреблению ресурсов.

Потенциальная оптимизация: Исследование более эффективных алгоритмов ZK proof и использование аппаратного ускорения (например, FPGA, GPU) может помочь снизить вычислительные нагрузки.

2. Сложное отображение из WASM в нулевые круговые доказательства

Хотя WASM разработан для эффективного выполнения, он не является оптимизированным для совместимости с доказательствами нулевого знания. Прямое преобразование инструкций WASM в ZK схемы может привести к узким местам производительности.

Проблема: набор инструкций WASM не прямо соответствует арифметической модели цепей, используемой в ZK-доказательствах, что приводит к неэффективным преобразованиям.

Потенциальная оптимизация: разработка более эффективного промежуточного представления (IR) может помочь минимизировать ненужные вычислительные накладные расходы и улучшить пригодность кода WASM для ZK-вычислений.

3. Совместимость и экосистема разработчиков

Хотя WASM поддерживает несколько языков, zkWASM все равно должен интегрироваться с существующими инструментами экосистемы ZK, чтобы уменьшить кривые обучения разработчиков.

Проблема: Существующие ZK-языки (например, Circom, ZoKrates) и экосистема WASM имеют отдельные технические стеки. Обеспечение беспрепятственной интеграции zkWASM с основными блокчейн- и DApp-экосистемами является серьезным вызовом.

Потенциальная оптимизация: Содействие более глубокой интеграции zkWASM с популярными языками, такими как Solidity, Rust и C++, предоставляя при этом удобные SDK и среды разработки.

4. Стоимость проверки доказательств и масштабируемость в цепочке

В блокчейн средах ZK-доказательства, сгенерированные zkWASM, должны быть проверены on-chain. Поскольку ресурсы on-chain ограничены, оптимизация затрат на проверку критически важна.

Проблема: Хотя проверка ZK-доказательств требует гораздо меньше ресурсов, чем повторное выполнение вычислений, это все равно может привести к высоким комиссиям за газ на публичных цепочках, таких как Ethereum.

Потенциальная оптимизация: Исследование более эффективных алгоритмов верификации (например, доказательства aggreGate.iod, рекурсивные доказательства) и использование решений уровня 2 для оптимизации верификации on-chain и снижения затрат на газ.

5. Развитие экосистемы и стандартизация

Как новейшая технология, zkWASM требует надежных средств разработки, поддержки сообщества и отраслевых стандартов для широкого принятия.

Проблема: zkWASM все еще находится на начальной стадии развития, имеет ограниченные стандарты API, наборы инструментов разработчика и аудита, что замедляет его принятие.

Потенциальная оптимизация: Создание открытых SDK, тестовых инструментов и библиотек смарт-контрактов может поощрить более широкое участие разработчиков в экосистеме zkWASM, в конечном итоге позиционируя zkWASM как универсальное решение для конфиденциальных вычислений в Web3.

zkWASM, как инновационное сочетание WASM и доказательств с нулевым разглашением, имеет значительный потенциал в области конфиденциальных вычислений, масштабируемости уровня 2 и верификации вычислений ИИ. Однако для достижения широкого распространения необходимо преодолеть ключевые препятствия, такие как вычислительные накладные расходы, проблемы совместимости, затраты на верификацию и развитие экосистемы. По мере улучшения алгоритмов ZK proof, продвижения аппаратного ускорения и созревания инструментальных цепочек разработки, zkWASM готов стать основной технологией в области конфиденциальных вычислений блокчейна.

Перспективы и сценарии применения

Инновационная архитектура zkWASM предлагает огромный потенциал для децентрализованных приложений. По мере развития технологий доказательства нулевого знания (ZKP) и WebAssembly (WASM), zkWASM готова стать фундаментальным элементом экосистемы Web3, обеспечивая улучшенную конфиденциальность, безопасность и масштабируемость решений в различных отраслях.

С постоянными техническими улучшениями и зрелой инструментальной цепочкой разработки zkWASM предоставит разработчикам более удобную среду, способствуя принятию веб3, DeFi, искусственного интеллекта, интернета вещей и других секторов, тем самым способствуя более широкому принятию блокчейна.

1. DeFi (Децентрализованные финансы)

Эффективная обработка транзакций: путем выполнения сложных вычислений вне цепи и их проверки с помощью ZK-доказательств zkWASM может значительно сократить как затраты на транзакции, так и задержки. Это делает его идеальным для децентрализованных бирж (DEX), автоматизированных рыночных сделок (AMM) и других приложений DeFi.

Защита конфиденциальности: Используя технологию ZKP, zkWASM обеспечивает конфиденциальные транзакции, где пользователи могут передавать средства или выполнять смарт-контракты, не раскрывая чувствительные детали транзакции.

Межцепочная совместимость: zkWASM, в сочетании с решениями межцепочечной связи, такими как ZKCROSS, облегчает безшовные передачи активов и агрегацию ликвидности между различными блокчейн-сетями.

Предположим, что Пользователь A хочет анонимно обменять ETH на USDT. zkWASM обрабатывает транзакцию вне цепи, записывая только окончательный статус в цепи. Это обеспечивает защиту конфиденциальности и минимизирует транзакционные издержки.

Источник: https://app.uniswap.org/?lng=ru-RU

2. GameFi (Gaming Finance)

Сложная игровая логика: zkWASM поддерживает выполнение сложной игровой логики вне цепи (например, расчеты в реальном времени в многопользовательских онлайн-играх) и использует доказательства ZK для проверки результатов, обеспечивая справедливость и целостность.

Торговля и управление NFT: В экосистемах GameFi NFT-активы (такие как игровые предметы, скины и коллекционные предметы) можно эффективно торговать на оптимизированном уровне Rollup zkWASM, что значительно снижает транзакционные издержки.

Масштабируемость: Путем использования прикладных решений Rollup уровня 3/уровня 4, zkWASM может поддерживать крупномасштабную пользовательскую конкуренцию, устраняя узкие места производительности, которые часто мешают традиционным ончейн-играм.

Сценарий использования: Предположим, что Игрок A и Игрок B участвуют в соревновательном матче. Результат боя вычисляется вне цепи с использованием zkWASM, который подтверждает, что Игрок A победил. Затем результат записывается в цепочку, где Игрок A получает редкую карточку NFT в качестве награды — все это с минимальными транзакционными издержками.

Источник:https://axieinfinity.com/

3. SocialFi (Социальная финансовая)

Децентрализованные социальные сети: zkWASM может поддерживать децентрализованные социальные платформы, где данные пользователей зашифрованы и хранятся безопасно с использованием доказательств нулевого знания (ZKP), обеспечивая конфиденциальность и владение данными.

Модель экономических стимулов: платформы SocialFi могут поощрять создателей контента и пользователей токенами. Высокая пропускная способность и низкая стоимость zkWASM делают его хорошо подходящим для обработки крупномасштабных микротранзакций.

Проверка контента: С помощью технологии ZKP, zkWASM может проверить подлинность контента или право собственности на авторское право, сохраняя при этом конфиденциальность пользователей.

Сценарий использования: Предположим, что Пользователь A публикует зашифрованную статью. zkVoice проверяет ее оригинальность и записывает, что она получила 100 лайков. Затем платформа выделяет награды в виде токенов on-chain, обеспечивая конфиденциальность пользователя.

Источник: https://www.thetatoken.org/

4. ИИ (Искусственный Интеллект)

Машинное обучение On-Chain: zkWASM позволяет выполнять сложные модели искусственного интеллекта или обучение вне цепи (например, вычисления нейронных сетей) и использует доказательства нулевого знания для верификации результатов в цепи, что делает его идеальным для децентрализованных приложений искусственного интеллекта.

Вычисление, обеспечивающее конфиденциальность: В чувствительных отраслях, таких как здравоохранение и финансы, zkWASM позволяет выполнять выводы моделей искусственного интеллекта с защитой конфиденциальности, позволяя данным пользователей участвовать в вычислениях без их разглашения.

Экосистема токенизированного искусственного интеллекта: zkWASM может облегчить токенизацию моделей искусственного интеллекта, способствуя инновациям в области ИИ на основе стимулов и децентрализованному управлению.

Пример использования: пациент загружает зашифрованные данные анализа крови, и BioPassport предсказывает высокий риск развития диабета. zkWASM генерирует доказательство «высокого риска», которое затем записывается в блокчейн. Врач может ознакомиться с результатом, не обращаясь к персональным данным пациента.

Источник: https://biopassport.io/

5. Миграция сложных веб-приложений Web2 на Web3

Традиционные веб-приложения Web2: универсальность zkWASM позволяет ему выполнять сложную логику веб-приложений Web2 (например, платформы социальных сетей, системы управления контентом, платформы электронной коммерции) и плавно переносить их веб3 с использованием технологии ZKP и Rollup.

Высокопроизводительные вычисления: Сочетая внеблокчейновое выполнение с блокчейновой верификацией, zkWASM может поддерживать требования к производительности веб-приложений уровня Web2, сохраняя децентрализацию и безопасность.

Удобная среда для разработчиков: широкое распространение WebAssembly упрощает процесс миграции, снижая порог входа для разработчиков Web2, переходящих к Web3.

Применение: Предположим, что Пользователь A покупает смартфон. Заказ сопоставляется вне цепи блоков, zkWASM проверяет наличие товара и оплату, и транзакция записывается в цепочке блоков. Зашифрованная информация о логистике надежно хранится на IPFS.

Источник: https://www.amazon.com/s?k=cell+phone&crid=2J18MS8O3AMA8&sprefix=cell+phone%2Caps%2C603&ref=nb_sb_noss_1

6. Системы идентификации и аутентификации, обеспечивающие конфиденциальность

Децентрализованная идентичность (DID): zkWASM можно использовать для создания систем идентификации, обеспечивающих конфиденциальность, где пользователи могут подтвердить свою личность или квалификацию, не раскрывая персональных данных.

Аутентификация с нулевым разглашением информации: В процессах, таких как "Знай своего клиента" (KYC), zkWASM позволяет пользователям доказать, что они соответствуют определенным критериям, не раскрывая подробной личной информации.

Сценарий использования: Пользователь, подавший заявку на кредит, загружает зашифрованную информацию о паспорте. zkWASM проверяет, что возраст пользователя превышает 18 лет, и генерирует доказательство на цепочке, подтверждающее его право на получение кредита. Платформа может утвердить кредит, не просматривая фактические данные паспорта.

Источник: https://getaverses.com/

7. Цепочка поставок и прослеживаемость

Сохранение конфиденциальности и прослеживаемость: В управлении цепочкой поставок zkWASM может подтвердить происхождение продукции, записи о транспортировке и другие ключевые данные, обеспечивая безопасность конфиденциальной бизнес-информации.

Эффективное завершение: За счет использования технологии Rollup, zkWASM позволяет обрабатывать многопартийные транзакции и записи в цепи поставок эффективно вне цепи, только окончательное доказательство подается в цепи.

Сценарий использования: Потребитель сканирует QR-код на упаковке молока, и zkTrace подтверждает, что оно происходит из Фермы A и прошло проверку качества. Подробные данные о производстве остаются зашифрованными для защиты частной жизни.

Источник: https://ethglobal.com/showcase/zktrace-imqfh

8. Децентрализованные вычисления в облаке

Распределенные вычислительные задачи: zkWASM позволяет распределять сложные вычислительные задачи между внеланцетными узлами для выполнения, а результаты проверяются на цепи с использованием доказательства нулевого знания. Это делает zkWASM идеальным для децентрализованных облачных вычислительных платформ.

Оптимизация ресурсов: Используя стратегии слоевого расширения (например, L3/L4 Rollups), zkWASM эффективно распределяет вычислительные ресурсы, снижая затраты при сохранении производительности.

Сценарий использования: Исследователь отправляет задачу по складыванию белка. Внелановые узлы завершают вычисления, zkWASM проверяет результаты, и транзакция записывается в блокчейн с соответствующим распределением наград в виде токенов.

9. Интернет вещей (IoT) и умные устройства

Коммуникация частных устройств: zkWASM обеспечивает конфиденциальную коммуникацию между устройствами интернета вещей, обеспечивая безопасность и подлинность данных через верификацию доказательств нулевого знания.

Микротранзакции: zkWASM поддерживает небольшие платежи между умными устройствами (например, торговля энергией или обмен данными) с низкими затратами, высокой пропускной способностью транзакций, поддерживаемых технологией Rollup.

Сценарий использования: Солнечная панель дома A продает избыточную энергию дому B. Транзакция обрабатывается вне цепи, zkWASM проверяет результат, и оплата регистрируется в цепи с минимальными затратами.

Источник: https://bloxmove.com/

10. Другие потенциальные приложения

Голосование и управление: zkWASM может обеспечить анонимные системы голосования на основе ZKP, обеспечивая конфиденциальность избирателей при сохранении прозрачности и верифицируемости результатов.

Управление медицинскими данными: zkWASM может защитить конфиденциальность пациентов, обеспечивая безопасное совместное использование и анализ данных в секторе здравоохранения.

Образование и сертификация: zkWASM может облегчить выдачу децентрализованных академических и профессиональных сертификатов, обеспечивая их неподдельность и легкую проверяемость.

Заключение

zkWASM разработана для решения технических преград, с которыми сталкиваются при миграции веб-приложений Web2 на Web3, способствуя более широкому принятию технологий Web3. Сочетая традиционные языки программирования с технологией нулевого доказательства (ZKP), zkWASM предлагает улучшенную безопасность, защиту конфиденциальности и интероперабельность, что упрощает плавный переход веб-приложений Web2 на платформы Web3. Разработчики могут создавать децентрализованные приложения (dApps), используя знакомые языки программирования, такие как Rust, C++ и Go, без глубокого понимания сложных концепций блокчейна, что существенно снижает барьеры разработки.

Потенциальные применения zkWASM обширны, охватывая секторы, такие как DeFi, GameFi, SocialFi, искусственный интеллект, миграция с Web2, защита конфиденциальности, отслеживаемость цепочки поставок, децентрализованные вычисления в облаке и IoT. За счет технологий ZKP и Rollup zkWASM обеспечивает высокую производительность, защиту конфиденциальности и масштабируемость, обеспечивая необходимую техническую поддержку для развития Web3.

В то время как zkWASM по-прежнему сталкивается с вызовами, связанными с вычислительной нагрузкой, зрелостью экосистемы разработки и затратами на верификацию доказательств, непрерывные технологические улучшения и принятие аппаратного ускорения постепенно разблокируют его потенциал. В будущем zkWASM готов стать ключевой технологией для децентрализованных вычислений, способствуя увеличению эффективности, безопасности и всеобъемлющести экосистемы Web3.