Pico Prism zkVM Menetapkan Standar Baru untuk Cakupan Pembuktian dan Efisiensi Ekonomi

zkVM, atau mesin virtual zero-knowledge, menghasilkan bukti kriptografis dari eksekusi program yang tepat tanpa menjalankan kembali komputasi, membuka pintu untuk verifikasi tanpa kepercayaan, throughput yang lebih besar, dan aplikasi yang lebih skalabel. Tujuan jangka panjang komputasi yang dapat diverifikasi adalah menjadi standar untuk mengintegrasikan internet yang lebih luas dengan blockchain, sejalan dengan visi pendiri Ethereum Vitalik Buterin tentang bukti validitas yang hemat biaya dan sering. Pengguna mungkin dapat memanfaatkan jaminan mereka tanpa bridging, meningkatkan likuiditas dan efisiensi modal, ketika Ethereum mengadopsi bukti zero-knowledge.

Buterin membayangkan kemampuan untuk menggabungkan bukti dari beberapa rollup menjadi satu bukti, yang diajukan sekali per slot, memusatkan aktivitas penyelesaian pada lapisan dasar, mengurangi ketergantungan pada operator jembatan, dan memungkinkan pergerakan aset lintas rollup yang hampir instan melalui Ethereum.

Kemajuan dalam mengurangi kebutuhan perangkat keras dan meningkatkan kinerja

Terobosan terbaru telah meredakan skeptisisme seputar keadaan teknologi ZK saat ini. Brevis, penyedia infrastruktur yang mendukung aplikasi cerdas dan dapat diverifikasi dengan bukti zk (ZKP), telah mengumumkan bahwa Pico Prism zkVM mereka telah mencapai cakupan pembuktian rekor 99,6% (di bawah 12 detik) dan cakupan pembuktian real-time 96,8% (di bawah 10) untuk blok Ethereum dengan batas gas 45M.

Di antara peningkatan Pico Prism lainnya dibandingkan solusi yang ada adalah biaya perangkat keras $128.000 vs $256.000, 64 GPU RTX 5090 vs 160 GPU RTX 4090 untuk kinerja yang sebanding, waktu pembuktian rata-rata 6,9 detik untuk blok gas 45M dan 6,04 detik untuk blok gas 36M vs 10,3 detik, dan peningkatan kinerja 3,4x menggunakan metrik efisiensi biaya dan kecepatan gabungan. 

Pico Prism telah beralih ke infrastruktur siap produksi, menghilangkan hambatan kritis dalam transisi Ethereum ke verifikasi zero-knowledge lapisan dasar. Biaya perangkat keras GPU dikurangi sebesar 50%, menjadikan pembuktian real-time layak secara ekonomi untuk penerapan produksi skala besar.

Masalah yang ada dengan skalabilitas dan kelayakan ekonomi

Zk rollup seperti StarkNet, zkSync Era, dan Polygon zkEVM memampatkan ribuan transaksi Ethereum menjadi satu ZKP yang membuktikan kebenaran mereka, dan menghasilkan satu bukti untuk blok Ethereum penuh (sekitar 45M gas) dapat memakan waktu 10-20 detik atau lebih, bahkan pada cluster dengan ratusan GPU atau ASIC. Zk rollup bergantung pada prover untuk menghasilkan bukti transisi status dengan beberapa langkah, di bawah batasan ketersediaan dan finalitas yang ketat.

Langkah-langkah ini memerlukan GPU dan perangkat keras mahal lainnya, dan proses mencapai finalitas hanya setelah semua tahap selesai dan hasilnya diposting di blockchain. Saat rollup berkembang, menjadi lebih sulit untuk tetap layak secara ekonomi karena kebutuhan sumber daya dinamis, tuntutan untuk finalitas cepat, dan throughput yang meningkat. Studi terbaru berdasarkan sistem pembuktian Halo2 menunjukkan tantangan ini, mengidentifikasi waktu finalitas, penggunaan gas rata-rata, dan transaksi per detik sebagai pendorong biaya utama.

Peneliti mengusulkan model biaya yang menangkap batasan spesifik rollup dan memastikan prover mengikuti beban transaksi untuk mengatasi pendorong ini. Mereka merumuskan model sebagai sistem kendala dan menemukan konfigurasi optimal biaya menggunakan solver Z3 SMT.

Batasan memori

Banyak zkVM yang ada masih memerlukan setidaknya sepuluh detik per bukti dan menghadapi batasan memori dan skalabilitas, dengan beberapa memerlukan hingga 82 detik. Waktu pembuatan bukti meningkat kurang lebih secara linear dengan ukuran input, dengan peningkatan yang sesuai dari input Fibonacci dari suku ke-10 hingga ke-100.000. Implementasi GPU cenderung menunjukkan penggunaan memori host yang berkurang (CPU) tetapi mengkonsumsi memori GPU yang signifikan, dengan proyek yang dipercepat GPU yang diuji memerlukan VRAM minimal 24GB.

Peningkatan efisiensi memori sering kali dihasilkan dari penerapan teknik kelanjutan dan sejenisnya, menggunakan bidang kriptografi yang lebih kecil, dan mengadopsi argumen pemeriksaan memori yang lebih efisien, seperti IOP polinomial. Tergantung pada zkVM tertentu, batasan memori dapat disebabkan oleh ekstensi polinomial multivariat tabel pencarian dan konstruksi Merkle Tree. Ketika datang ke batasan CPU, kendala melibatkan skema komitmen polinomial dan rekursi bukti.

Pertukaran kinerja dan keamanan

Kekhawatiran lain dengan mengoptimalkan zkVM secara eksklusif untuk kinerja melibatkan jaminan keamanan. Beberapa proyek zkVM kekurangan validasi keamanan komprehensif karena masih dalam pengembangan atau karena alasan lain. Evaluasi zkVM harus memasukkan kematangan keamanan, termasuk bukti keamanan yang ketat, audit pihak ketiga yang selesai, dan upaya verifikasi formal, untuk memberikan analisis komprehensif. Brevis memanfaatkan ZKP untuk mentransfer komputasi blockchain yang mahal ke lingkungan off-chain yang lebih terjangkau, mempertahankan asumsi keamanan L1 sambil memungkinkan aplikasi Web3 untuk skala tanpa kesalahan.

Jalan ZKP menuju kesederhanaan, efisiensi, dan skalabilitas

Bukti dibuat dalam beberapa tahap, termasuk operasi kurva eliptik, menghitung fungsi hash, bukti perantara, dan lainnya. Mengingat banyaknya teknik ZKP dengan kualitas berbeda, pendekatan ideal tergantung pada spesifikasi sistem dan aplikasi yang dimaksud. ZK-STARK dan ZK-SNARK adalah contoh varian sistem ZKP yang berbeda. Yang pertama lebih cocok untuk aplikasi kompleks, sementara yang terakhir cenderung bekerja lebih baik untuk transaksi pribadi.

Selain itu, standar kriptografi berkembang seiring waktu, dan sistem ZKP harus dapat beradaptasi dengan perubahan ini tanpa gangguan fungsional besar. Mengenai operasi kurva eliptik, skema yang bergantung pada BN254 atau pasangan kurva eliptik lainnya tidak aman secara kuantum. Perlu untuk mengganti kurva eliptik yang mendasari dengan alternatif pasca-kuantum, seperti konstruksi berbasis hash atau kisi.

Masalah skalabilitas muncul dalam sistem dengan volume kueri atau transaksi besar karena prosedur komputasi yang rumit digunakan untuk membuat dan memverifikasi ZKP. Contoh menonjol dari masalah skalabilitas kembali ke peluncuran Zcash, ketika setiap transaksi pribadi memerlukan pembuatan bukti zk-SNARK pada komputer pribadi.

Satu bukti bisa memakan waktu puluhan detik untuk dihasilkan dan menggunakan lebih dari 3GB RAM; banyak perangkat tidak dapat menangani komputasi, dan sebagian besar transaksi tetap tidak pribadi karena transaksi terlindung terlalu lambat, bertentangan dengan sifat cryptocurrency. Pico membuat kriptografi zero-knowledge lebih skalabel, efisien, dan dapat disesuaikan dengan memungkinkan pengembang untuk menyesuaikan mekanisme pembuktian mereka.

Disclaimer: Artikel ini disediakan hanya untuk tujuan informasi. Ini tidak ditawarkan atau dimaksudkan untuk digunakan sebagai nasihat hukum, pajak, investasi, keuangan, atau nasihat lainnya.