作者：Zeke，YBB Capital 來源：medium 翻譯：善歐巴，比特鏈視界

摘要

• ZK協處理器可以看作是模塊化概念衍生的鏈下計算插件，類似傳統計算機中的GPU，將圖形計算任務從CPU中卸載，處理特定的計算任務。

• 它們可用於處理複雜的計算和大量數據，降低 gas 費用並擴展智能合約功能。

• 與Rollups不同，ZK協處理器是無狀態的，可以跨鏈使用，適用於複雜的計算場景。

• 開發 ZK 協處理器具有挑戰性，性能成本高，缺乏標準化。硬體成本也相當高。雖然與一年前相比，該領域已經成熟很多，但仍處於早期階段。

• 隨著模塊化時代進入分形擴展，區塊鏈面臨著流動性短缺、用戶分散、缺乏創新和跨鏈互操作性問題等問題，與垂直擴展的 L1 鏈形成了悖論。ZK 協處理器可能提供一種克服這些挑戰的方法，為現有和新興應用程式提供支持，並為區塊鏈領域帶來新的敘事。

一、模塊化基礎設施的另一個分支：ZK 協處理器

1.1 ZK 協處理器概述

零知識協處理器可以理解為模塊化理念衍生出來的鏈下計算插件，類似於傳統計算機中 GPU 將圖形計算任務從 CPU 上卸載下來，由其處理特定的計算任務。在這種設計框架下，公鏈不擅長的任務，比如「重數據」、「複雜計算邏輯」等，都可以交給零知識協處理器來計算，鏈上只接收返回的計算結果，通過零知識證明來保證其正確性，最終實現複雜任務的可信鏈下計算。

目前，AI、SocialFi、DEX、GameFi等熱門應用對高性能和成本控制有著迫切的需求。在傳統解決方案中，這些對性能要求極高的「重度應用」往往會選擇資產上鏈+鏈下的應用模式，或者設計一條單獨的應用鏈。然而，這兩種方式都存在著固有的問題：前者存在「黑箱」，後者面臨開發成本高、脫離原鏈生態、流動性碎片化等問題。此外，主鏈虛擬機對這類應用的開發和運行也造成了很大的限制（例如缺乏應用層標準、開發語言複雜等）。

ZK 協處理器就是為了解決這些問題。舉個更具體的例子，我們可以把區塊鏈想像成一個無法連接網絡的終端（比如手機或者電腦），在這種場景下，我們可以完全在鏈上運行相對簡單的應用，比如 Uniswap 或者其他 DeFi 應用。但是當出現更複雜的應用時，比如運行類似 ChatGPT 的應用，公鏈的性能和存儲就會完全不夠用，導致 gas 爆炸。在 Web2 場景下，當我們運行 ChatGPT 時，我們的普通終端本身無法處理 GPT-4o 大型語言模型，我們需要連接到 OpenAI 的伺服器來中轉問題，等伺服器計算並推斷出結果後，我們直接得到答案。ZK 協處理器就像區塊鏈的遠程伺服器，不同的協處理器項目根據項目類型可能存在細微的設計差異，但底層邏輯大致相同——鏈下計算 + ZK 證明或存儲證明進行驗證。

以 Rise Zero 的 Bonsai 部署為例，這個架構非常直觀。該項目無縫集成到 Rise Zero 自己的 zkVM 中，開發人員只需兩個簡單的步驟即可使用 Bonsai 作為協處理器：

• 編寫一個 zkVM 應用程式來處理應用程式邏輯。

• 編寫一個 Solidity 合約，要求 Bonsai 運行你的 zkVM 應用程式並處理結果。

1.2 與 Rollups 的區別

從上述定義來看，Rollups 與 ZK Coprocessors 的實現邏輯和目標高度重合，但 Rollups 更像是主鏈的多核擴展，兩者具體區別如下：

1.主要目的：

• Rollups：增強區塊鏈交易吞吐量，降低交易費用。

• ZK協處理器：擴展智能合約計算能力，以處理更複雜的邏輯和更大的數據量。

2.工作原理：

• Rollups：匯總鏈上交易，並將其與欺詐證明或 ZK 證明一起提交到主鏈。

• ZK 協處理器：與 ZK Rollups 類似，但針對不同的應用場景而設計。ZK Rollups 由於鏈特定的約束和規則，不適合協處理器任務。

3.狀態管理：

• Rollups：維持其狀態並定期與主鏈同步。

• ZK 協處理器：無狀態，每個計算都是無狀態的。

4.應用場景：

• Rollups：主要服務終端用戶，適合高頻交易。

• ZK協處理器：主要服務於企業，適用於需要複雜計算的場景，例如高級金融模型、大數據分析等。

5.與主鏈的關係：

• Rollups：被視為主鏈的擴展，通常專注於特定的區塊鏈網絡。

• ZK 協處理器：可以服務於多條區塊鏈，不局限於特定的主鏈，也可以服務於 Rollups。

因此，兩者並不是互相排斥而是相輔相成的，即使 Rollup 以應用鏈的形式存在，ZK Coprocessors 依然可以提供服務。

1.3 用例

理論上，ZK 協處理器的應用範圍非常廣泛，涵蓋了區塊鏈各個領域的項目。ZK 協處理器使 Dapps 擁有更接近中心化 Web2 應用的功能。以下是從在線來源收集的一些示例用例：

數據驅動的DApp開發：

ZK 協處理器使開發人員能夠創建數據驅動的 Dapp，這些 Dapp 利用完整的鏈上歷史數據進行複雜計算，而無需額外的信任假設。這為 Dapp 開發開闢了前所未有的可能性，例如：

• 高級數據分析：類似於 Dune Analytics 的鏈上數據分析功能。

• 複雜的業務邏輯：實現傳統集中式應用程式中的複雜算法和業務邏輯。

• 跨鏈應用：基於多鏈數據構建跨鏈Dapps。

DEX 的 VIP 交易者計劃：

一個典型的應用場景是在DEX中實施基於交易量的折扣計劃，即「VIP交易者忠誠度計劃」。此類計劃在CEX中很常見，但在DEX中很少見。

藉助 ZK 協處理器，DEX 可以：

• 追蹤用戶的歷史交易量。

• 計算用戶的VIP等級。

• 根據 VIP 級別動態調整交易費用。此功能可幫助 DEX 提高用戶保留率、增加流動性並最終提高收入。

智能合約的數據增強：

ZK 協處理器可以作為強大的中間件，為智能合約提供數據捕獲、計算和驗證服務，從而降低成本並提高效率。這使得智能合約能夠：

• 訪問和處理大量歷史數據。

• 執行複雜的鏈下計算。

• 實現更高級的業務邏輯。

跨鏈橋技術：

一些基於ZK的跨鏈橋技術，例如希羅多德、拉格朗日等，也可以看作是ZK協處理器的應用，這些技術主要側重於數據的提取和驗證，為跨鏈通信提供可信的數據基礎。

1.4 ZK 協處理器並不完美

雖然 ZK 協處理器有這麼多優點，但是現階段還不夠完善，還存在一些問題，我總結了以下幾點：

1. 開發：ZK的概念對於很多開發者來說比較難掌握，開發需要相關的密碼學知識，並且熟練掌握特定的開發語言和工具。

2. 硬體成本高：用於鏈下計算的ZK硬體必須全部由項目方承擔，ZK硬體價格昂貴，且演進速度快，隨時都有可能被淘汰，能否形成商業閉環是一個值得思考的問題。

3. 擁擠的領域：從技術上講，在實施上不會有太大差異，最終結果可能類似於當前的 Layer2 格局，其中一些突出的項目脫穎而出，而其餘項目則基本上被忽視。

4. ZK 電路：在 ZK 協處理器中執行鏈下計算需要將傳統電腦程式轉換為 ZK 電路。為每個應用程式編寫自定義電路非常麻煩，而使用虛擬機中的 zkVM 編寫電路會因計算模型不同而產生大量計算開銷。

II. 大規模採用的關鍵要素

（本部分內容主觀性很強，僅代表作者個人觀點。）

這一輪周期主要由模塊化基礎設施引領。如果模塊化是正確的道路，這一輪周期可能是邁向大規模採用的最後一步。然而，在現階段，我們都有一個共同的感受：為什麼我們只看到一些舊的應用程式被重新包裝，為什麼鏈比應用程式還多，為什麼像銘文這樣的新代幣標準被譽為這一輪周期最偉大的創新？

缺乏新鮮敘事的根本原因是，目前的模塊化基礎設施不足以支撐超級應用，尤其是缺少一些先決條件（跨鏈互操作性、用戶壁壘等），導致區塊鏈歷史上最嚴重的碎片化。Rollups 作為模塊化時代的核心，確實加速了進程，但也帶來了諸多問題，如流動性碎片化、用戶分散、鏈或虛擬機本身對應用創新的限制等。此外，模塊化的另一個「關鍵玩家」 Celestia 開創了 DA 不一定在以太坊上的道路，進一步加劇了碎片化。無論是意識形態驅動，還是 DA 成本驅動，其結果是 BTC 被迫成為 DA，其他公鏈則旨在提供更具成本效益的 DA 解決方案。目前的情況是，每條公鏈都有至少一個甚至數十個 Layer2 項目。此外，所有基礎設施和生態項目都深刻學習了 Blur 開創的代幣質押策略，要求用戶在項目內質押代幣。這種模式讓巨鯨從三方面受益（利息、ETH 或 BTC 升值、免費代幣），同時也進一步壓縮了鏈上流動性。

在過去的牛市中，資金只會在幾條到十幾條公鏈中流動，甚至主要集中在以太坊上。現在，資金分散在數百條公鏈上，並押注了數千個類似的項目，導致鏈上活動減少。甚至以太坊也缺乏鏈上活動。因此，東方玩家在 BTC 生態系統中進行 PVP，而西方玩家出於必要在 Solana 中進行 PVP。

因此，我目前的重點是如何推動所有鏈的聚合流動性，並支持新玩法和超級應用的出現。在跨鏈互操作性領域，傳統的領先項目一直表現不佳，仍然類似於傳統的跨鏈橋。我們在之前的報告中討論過的新互操作性解決方案主要旨在將多條鏈聚合為一條鏈。例子包括 AggLayer、Superchain、Elastic Chain、JAM 等，這裡就不一一介紹了。總而言之，跨鏈聚合是模塊化基礎設施的必要障礙，但需要很長時間才能克服。

ZK 協處理器是當前階段的關鍵部分。它們可以強化 Layer2 並補充 Layer1。有沒有辦法暫時克服跨鏈和三難困境，讓我們在某些具有廣泛流動性的 Layer1 或 Layer2 上實現一些當前時代的應用？畢竟，區塊鏈應用缺乏新鮮的敘事。此外，通過集成的協處理器解決方案實現多樣化的遊戲方式、gas 控制、大規模應用、跨鏈能力和降低用戶障礙可能比依賴中心化更為理想。

三、項目概況

ZK Coprocessor 領域興起於 2023 年左右，現階段已經相對成熟。根據 Messari 的分類，該領域目前涵蓋三大垂直領域（通用計算、互操作性和跨鏈、AI 和機器訓練），共有 18 個項目。這些項目大部分都得到了頭部 VC 的支持。下面我們介紹幾個來自不同垂直領域的項目。

3.1 Giza

Giza 是部署在 Starknet 上的 zkML（零知識機器學習）協議，由 StarkWare 官方支持。它專注於使 AI 模型能夠可驗證地用於區塊鏈智能合約。開發人員可以在 Giza 網絡上部署 AI 模型，然後通過零知識證明驗證模型推理的正確性，並以無需信任的方式將結果提供給智能合約。這使開發人員可以構建結合 AI 功能的鏈上應用程式，同時保持區塊鏈的去中心化和可驗證性。

Giza 通過以下三個步驟完成工作流程：

• 模型轉換：Giza 將常用的 ONNX 格式 AI 模型轉換為可以在零知識證明系統中運行的格式。這使開發人員可以使用熟悉的工具訓練模型，然後將其部署在 Giza 網絡上。

• 鏈下推理：當智能合約請求 AI 模型推理時，Giza 會在鏈下執行實際計算。這避免了直接在區塊鏈上運行複雜 AI 模型的高成本。

• 零知識驗證：Giza 為每個模型推理生成零知識證明，證明計算正確執行。這些證明在鏈上進行驗證，確保推理結果的正確性，而無需在鏈上重複整個計算過程。

Giza 的方法允許 AI 模型作為智能合約的可信輸入源，而無需依賴中心化預言機或可信執行環境。這為區塊鏈應用開闢了新的可能性，例如基於 AI 的資產管理、欺詐檢測和動態定價。它是當前 Web3 x AI 領域中為數不多的具有邏輯閉環並巧妙利用 AI 領域協處理器的項目之一。

3.2 Risc Zero

Risc Zero 是一個由多家頂級 VC 支持的領先協處理器項目。它專注於使任何計算都可以在區塊鏈智能合約中可驗證地執行。開發人員可以用 Rust 編寫程序並將其部署在 RISC Zero 網絡上。然後，RISC Zero 通過零知識證明驗證程序執行的正確性，並以無需信任的方式將結果提供給智能合約。這使開發人員可以構建複雜的鏈上應用程式，同時保持區塊鏈的去中心化和可驗證性。

我們之前簡要提到了部署和工作流程。在這裡，我們詳細介紹了兩個關鍵組件：

• Bonsai：Bonsai 是 RISC Zero 中的協處理器組件，無縫集成到 RISC-V 指令集架構的 zkVM 中。它允許開發人員在幾天內將高性能零知識證明快速集成到以太坊、L1 區塊鏈、Cosmos 應用鏈、L2 Rollup 和 dApp 中。它提供直接智能合約調用、可驗證的鏈下計算、跨鏈互操作性和通用 Rollup 功能，同時採用去中心化優先的分布式架構。結合遞歸證明、自定義電路編譯器、狀態延續和不斷改進的證明算法，它使任何人都可以為各種應用程式生成高性能零知識證明。

• zkVM：zkVM 是一個可驗證計算機，其運行方式與真實的嵌入式 RISC-V 微處理器類似。它基於 RISC-V 指令集架構，允許開發者使用 Rust、C++、Solidity、Go 等高級程式語言編寫可生成零知識證明的程序。它支持超過 70% 的流行 Rust 包，將通用計算與零知識證明無縫結合，能夠為任意複雜度的計算生成高效的零知識證明，同時保持計算過程的隱私和結果的可驗證性。zkVM 利用 STARK、SNARK 等零知識技術，通過 Recursion Prover、STARK-to-SNARK Prover 等組件實現高效的證明生成和驗證，支持鏈下執行和鏈上驗證。

Risc Zero 已與多個 ETH Layer2 解決方案集成，並演示了 Bonsai 的各種用例。一個有趣的例子是 Bonsai Pay。此演示使用 RISC Zero 的 zkVM 和 Bonsai 證明服務，允許用戶使用他們的 Google 帳戶在以太坊上發送或提取 ETH 和代幣。它展示了 RISC Zero 如何將鏈上應用程式與 OAuth2.0（Google 等主要身份提供商使用的標準）無縫集成，從而提供了一個通過傳統 Web2 應用程式降低 Web3 用戶障礙的用例。其他示例包括基於 DAO 的應用程式。

3.3 =nil;

=nil; 是一個由 Mina、Polychain、Starkware、Blockchain Capital 等知名機構支持的投資項目。值得注意的是，Mina 和 Starkware 等 zk 技術先驅也在支持者之列，表明該項目在技術上受到高度認可。=nil; 在我們的報告《算力市場》中也有提及，主要關注 Proof Market（去中心化證明生成市場）。此外，=nil; 還有另一個子產品，稱為 zkLLVM。

zkLLVM 由 =nil; 基金會開發，是一種創新的電路編譯器，可將使用 C++、Rust 等主流程式語言編寫的應用代碼自動轉換為適用於以太坊的高效可證明電路，而無需專門的零知識領域特定語言 (DSL)。這大大簡化了開發流程，降低了進入門檻，並通過避免 zkVM 提高了性能。它支持硬體加速以加快證明生成速度，使其適用於各種 ZK 應用場景，例如 rollups、跨鏈橋、預言機、機器學習和遊戲。它與 =nil; 基金會的 Proof Market 緊密集成，為開發者提供從電路創建到證明生成的端到端支持。

3.4 Brevis

Brevis 是 Celer Network 的一個子項目，是區塊鏈的智能零知識 (ZK) 協處理器，使 dApp 能夠以完全無需信任的方式訪問、計算和利用跨多個區塊鏈的任意數據。與其他協處理器一樣，Brevis 具有廣泛的用例，例如數據驅動的 DeFi、zkBridges、鏈上用戶獲取、zkDID 和社交帳戶抽象。

Brevis 架構由三個主要部分組成：

• zkFabric：zkFabric 是 Brevis 架構的中繼組件，主要任務是從所有連接的區塊鏈收集並同步區塊頭信息，然後通過 ZK 輕客戶端電路為每個收集到的區塊頭生成共識證明。

• zkQueryNet：zkQueryNet 是一個開放的 ZK 查詢引擎市場，可以直接接受來自鏈上智能合約的數據查詢，並通過 ZK 查詢引擎電路生成查詢結果和相應的 ZK 查詢證明。這些引擎範圍從高度專業化的（例如，計算特定時期內 DEX 的交易量）到高度通用的數據索引抽象和高級查詢語言，以滿足各種應用需求。

• zkAggregatorRollup：作為 zkFabric 和 zkQueryNet 的聚合和存儲層，負責驗證這兩個組件的證明、存儲已證明的數據，並將其 ZK 證明的狀態根提交給所有連接的區塊鏈，從而允許 dApp 在其鏈上智能合約業務邏輯中直接訪問已證明的查詢結果。

通過這種模塊化架構，Brevis 可以為所有支持的公鏈智能合約提供無需信任、高效靈活的訪問方式。UNI 的 V4 版本也採用了此方案，並將其與 Hooks（一個用於集成各種用戶自定義邏輯的系統）集成，以方便讀取歷史區塊鏈數據，降低 gas 費用，同時確保去中心化。這是一個 zk 協處理器推動 DEX 的例子。

3.5 Lagrange

Lagrange 是由 1kx 和 Founders Fund 牽頭的互操作性零知識證明協處理器協議，主要旨在提供無需信任的跨鏈互操作性，支持需要大規模數據複雜計算的應用。與傳統的節點橋不同，Lagrange 的跨鏈互操作性主要通過其創新的零知識證明大數據和國家委員會機制實現。

• ZK Big Data：這是 Lagrange 的核心產品，負責處理和驗證跨鏈數據並生成相關的零知識證明。該組件包括一個高度並行的 ZK 協處理器，用於執行複雜的鏈下計算並生成零知識證明；一個專門設計的支持無限存儲槽和來自智能合約的直接 SQL 查詢的可驗證資料庫；一個只更新變化的數據點以減少證明時間的動態更新機制；以及一個集成功能，允許開發人員直接從智能合約使用 SQL 查詢訪問歷史數據，而無需編寫複雜的電路。它們共同構成了一個大規模的區塊鏈數據處理和驗證系統。

• 狀態委員會：該組件是一個由多個獨立節點組成的去中心化驗證網絡，每個節點質押 ETH 作為抵押品。這些節點充當 ZK 輕客戶端，專門驗證某些優化 rollup 的狀態。狀態委員會與 EigenLayer 的 AVS 集成，利用重新質押機制增強安全性，支持無限數量的參與節點，實現超線性安全增長。它還提供了「快速模式」，允許用戶無需等待挑戰窗口即可執行跨鏈操作，大大提升了用戶體驗。這兩種技術的結合使 Lagrange 能夠高效處理大規模數據、執行複雜計算，並在不同的區塊鏈之間安全地傳輸和驗證結果，支持開發複雜的跨鏈應用程式。

Lagrange 已經與 EigenLayer、Mantle、Base、Frax、Polymer、LayerZero、Omni、AltLayer 等集成，並將成為第一個連結到以太坊生態系統的 ZK AVS。