O que é um coprocessor?

Mo Dong, o co-fundador da Celer Network e da Brevis, acredita que, em termos simples, um coprocessador é uma ferramenta que "dá aos contratos inteligentes a capacidade do Dune Analytics."

Em termos simples, contratos inteligentes gerais atuais não podem acessar dados históricos. Por exemplo, ao trabalhar em um Protocolo de Gerenciamento de Liquidez, eu precisava de dados de preço históricos para calcular com que frequência e a que custo os provedores de liquidez excediam a faixa de preço em um AMM. Tivemos que depender de um serviço de índice hospedado em cadeia como o The Graph’s API GraphQL, porque a agregação, pesquisa e filtragem de tarefas não podem ser realizadas apenas através da interação de contratos. Na verdade, até mesmo indexar dados padrão de transações blockchain é desafiador, quanto mais ler dados mais complexos do que informações básicas.

Em relação aos protocolos de gerenciamento de liquidez, avaliar o desempenho histórico de pools de teste ou pools de usuários existentes ainda requer o uso de uma API de serviço de índice hospedado em cadeia. Esses dados são calculados manualmente no Excel. Existe um serviço capaz de simplificar esse processo, fornecendo contratos inteligentes de dapp com a capacidade de aggreGate.io, filtrar e analisar esses dados diretamente? Os coprocessadores são projetados para resolver o problema.

Por que é chamado de coprocessor?

Nos primeiros sistemas de computador, o processador da CPU muitas vezes só podia realizar operações básicas. Precisava ser emparelhado com um “coprocessador” dedicado para realizar tipos específicos de tarefas de computação, como operações de ponto flutuante, para melhorar o desempenho.

Agora, podemos pensar no Ethereum como um supercomputador gigante. Os contratos inteligentes em todo o mundo só podem acessar dados on-chain do bloco atual, não dados históricos, incluindo registros de transações e alterações de saldo de contas. Isso ocorre porque o design do Ethereum não fornece uma maneira para os contratos inteligentes acessarem esses dados históricos.

O acesso a dados históricos para garantir sua confiabilidade requer um método criptográfico que vincule registros históricos ao bloco atual. No entanto, calcular e verificar essa prova diretamente em um contrato inteligente pode ser demorado e caro. Alternativamente, consultas através de nós de armazenamento podem ser feitas, mas contratos inteligentes não podem interagir diretamente com eles, e há uma questão de confiança. Então, como podemos resolver esse problema de confiança e permitir a computação verificável? Em outras palavras, como podemos permitir que uma terceira parte verifique diretamente os resultados da computação quanto à correção, sem precisar reexecutar a própria computação? A solução pode estar nos coprocessadores, que são semelhantes aos primeiros sistemas de computador. Eles podem ampliar o poder de computação de contratos inteligentes no Ethereum, dando-lhes a nova capacidade de acessar dados históricos e realizar cálculos complexos.

Como funciona tipicamente um coprocessador?

Em geral, o fluxo de trabalho principal de um coprocessador que verifica os dados do Ethereum é o seguinte:

1. Consulte dados históricos e faça cálculos relevantes em um ambiente off-chain por meio de um serviço;

2. O serviço irá gerar algum tipo de prova para comprovar que sua operação é confiável;

3. O dapp do desenvolvedor irá interagir com o contrato do coprocessor implantado no Ethereum para verificar a prova;

4. Após interagir com o contrato do coprocessador e verificar o resultado, o dapp pode acessar diretamente os dados históricos de que precisa sem confiar.

Projetos no Espaço de Coprocessador ou Computação Verificável Ampla

Esta seção analisa principalmente as pilhas técnicas-chave e as vantagens competitivas dos principais players no espaço de coprocessadores.

Axioma

Um pioneiro no espaço de coprocessadores, Axiom está construindo infraestrutura de dados on-chain para simplificar a interação de contratos inteligentes com dados on-chain. Axiom também é creditado por introduzir o conceito de coprocessadores. Vamos aprofundar como seu coprocessador funciona mais tarde neste artigo usando Axiom como exemplo.

Lagrange

Lagrange concentra-se em provas de estado entre cadeias e técnicas de processamento paralelo. Suas provas podem alcançar verificação entre cadeias sem depender de protocolos de mensagens entre cadeias como zkBridge ou IBC. O Provador Paralelo da Lagrange é adequado para produtos que envolvem re-staking, solidificando sua posição no ecossistema de RaaS (Rollup as a Service).

Ao contrário das provas sequenciais, as provas paralelas podem distribuir sua carga de trabalho por milhares de threads simultaneamente. Além disso, o re-empilhamento no EigenLayer pode garantir sua segurança. Em outras palavras, essa abordagem de computação paralela e provas paralelas permite uma melhor escalabilidade horizontal.

Um caso de uso do mundo real é a aplicação de Lagrange na AltLayer. A AltLayer oferece serviços de verificação ativa para Restaked Rollup, ajudando os desenvolvedores a implementar sequenciamento descentralizado e verificar a correção do estado Rollup de forma eficiente. Em março de 2024, Lagrange fez parceria com a AltLayer para utilizar provadores paralelos para co-processamento Rollup. Isso garante dados verificáveis e sem confiança na cadeia e resultados de computação para os clientes de RaaS da AltLayer.

Heródoto

Estreitamente ligado ao ecossistema Starkware/Starknet, Herodotus se associa a projetos como o Snapshot. Eles chamam seu sistema de coprocessador de "Storage Proof," que pode ser combinado com provas ZK para permitir acesso de dados entre camadas cruzadas entre diferentes camadas Ethereum.

Fonte: Site de Heródoto

O sistema de prova de armazenamento é composto por três componentes:

1. Provas de Inclusão: Confirme que os dados realmente existem dentro da estrutura de dados do Ethereum.
2. Provas de Computação: Verifique a validade de fluxos de trabalho multi-etapas, particularmente aqueles que envolvem conversão de dados ou outras operações.
3. Provas ZK: Permitem que contratos inteligentes confirmem a validade das provas sem processar todos os dados subjacentes. Todos os dados on-chain em um nó de arquivo Ethereum podem ser comprovados usando o sistema de prova de armazenamento.

Como outros coprocessadores, o sistema de prova de armazenamento é gerado off-chain e verificado on-chain, minimizando o consumo de recursos on-chain. Ele também reduz a transferência de dados entre as camadas do Ethereum, enviando apenas o hash do bloco ou a raiz do acumulador para verificação.

Brevis

Desenvolvido pela Celer Network, Brevis é uma infraestrutura para a construção de vários serviços de dados on-chain, incluindo coprocessadores ZK. A Celer Network, um protocolo de interoperabilidade fundado por Mo Dong e Qingkai Liang, arrecadou $4 milhões em um IEO (Oferta Inicial de Troca) em 2019.

Celer Network implantou umContrato breveon-chain. Este contrato verifica provas de solicitações de coprocessador e relata os resultados de volta para o contrato dapp através de uma função de retorno de chamada. Os desenvolvedores podem alavancar o Brevis SDK para permitir que os dapps acessem dados históricos on-chain com facilidade. O SDK abstrai circuitos complexos, eliminando a necessidade de os desenvolvedores terem conhecimento prévio de provas ZK. O Brevis SDK é construído sobre o framework gnark desenvolvido pela equipe Consensys Linea. Além disso, o Brevis suporta o cliente leve ZK do Ethereum, permitindo que ele funcione com dados on-chain de qualquer blockchain compatível com EVM do Ethereum.

Origem: Documentação Brevis

A rede Celer está atualmente em desenvolvimentocoChain, uma blockchain focada no ecossistema RaaS, usando Brevis como base. coChain é uma blockchain baseada no algoritmo de consenso Proof-of-Stake (PoS) e pode fornecer serviços de staking e slashing de Ethereum. Slashing refere-se ao processo de penalizar validadores que violam as regras no ecossistema PoS do Ethereum, incluindo multas e mudanças de estado. Historicamente, a taxa de slashing no ecossistema de staking do Ethereum tem sido muito baixa, comdados sugerindoque apenas cerca de 0,04% dos validadores foram punidos.

A característica única da coChain é vincular a geração de resultados de coprocessador às recompensas e punições do Ethereum staking. Aqui está o processo:

1. O contrato inteligente envia uma solicitação de coprocessador e o mecanismo de consenso PoS gera o resultado do coprocessador;
2. O resultado gerado pelo PoS é enviado para o blockchain como uma "proposta" que pode ser "contestada" por uma prova de conhecimento zero (ZK);
3. Se o desafio de prova ZK for bem-sucedido, indicando má conduta do validador durante o staking, a participação correspondente do validador é cortada diretamente no Ethereum. Por outro lado, se o resultado gerado por PoS não for contestado, o dapp pode utilizar diretamente o resultado do coprocessador sem incorrer no custo de provas ZK. Essa abordagem 'otimista' aos desafios de prova, semelhante ao Optimism, mantém os custos mais baixos.

No geral, a abordagem da coChain combina os incentivos de confiança/verificação dos coprocessadores com o ecossistema de staking do Ethereum. No futuro, ela se integrará ao EigenLayer para reduzir o custo de prova dos coprocessadores ZK.

Nexus

O Nexus zkVM permite a verificação de qualquer resultado de computação on-chain. Sua característica única é a capacidade de verificar provas ZK com base em técnicas de dobramento. Fundada em 2022, a Nexus é mais um jogador no espaço zkVM. Embora os detalhes ainda não tenham sido amplamente divulgados, o fundador, Daniel Marin (formado em Stanford com experiência anterior no Google), publicouprimeiros artigos de pesquisaatravés do Stanford Blockchain Club.

A tecnologia de dobragem ZK é considerada um ramo promissor dentro das soluções zkVM. O Nexus zkVM suporta a verificação de ambas as provas de dobragem e esquemas de acumulação. Ele tem como objetivo ser um zkVM escalável, modular e de código aberto. Sua pilha técnica inclui mecanismos de agregação de provas paralelizadas em larga escala com base em Computação Verificável Incremental (IVC) e vários esquemas de dobragem como Nova, CycleFold, SuperNova e HyperNova. Eles também estão desenvolvendo a Rede Nexus, uma rede de mineração de provas paralelizadas em larga escala construída no Nexus zkVM.

Fonte: Documentação do Nexus, Arquitetura Nexus zkVM

Tabela de Comparação de Abordagens Técnicas e Vantagens Competitivas na Pista de Coprocessador

Como você pode ver, diferentes projetos escolheram diferentes pilhas técnicas com base em diferentes ecossistemas (Ethereum EVM, RaaS, cross-chain, Ethereum cross-layer), diferentes métodos de prova (Rollup vs ZK) ou diferentes soluções dentro de provas ZK (zk-SNARK, folding proofs, accumulation schemes, etc.). Cada um tem seus pontos fortes e fracos em relação às vantagens competitivas e, em última análise, apresentam formas de produto diferentes: contratos interativos on-chain, SDKs e redes projetadas para diversos fins, como redes de verificação de staking e redes de verificação em larga escala.

Fonte: Pelo Autor

Operação Específica dos Coprocessadores: O Caso do Axioma

Por que escolher Axiom?

Axiom é um coprocessador de prova ZK construído para o Ethereum. Ele permite que contratos inteligentes acessem dados históricos on-chain e garante a confiabilidade da computação off-chain através da tecnologia de prova ZK. Axiom foi fundado por Jonathan Wang e Yi Sun em 2022. Em 25 de janeiro de 2024, Axiomanunciado no Twitterque arrecadou $20 milhões em financiamento da Série A liderado pela Paradigm e Standard Crypto. É o primeiro projeto a propor o conceito de “coprocessador” e também um dos projetos com mais apoio de capital de risco no espaço.

Origem: Conta Oficial Axiom X

História da Axiom

Em 2017, Yi Sun recebeu um doutorado em matemática pelo MIT e também trabalhou por um período em uma empresa de negociação de alta frequência. Ele começou a se aprofundar no campo das criptomoedas e percebeu que a prova ZK é a chave para a escalabilidade do blockchain. No entanto, na época, ele acreditava que a tecnologia ZK ainda estava em seus estágios iniciais, então ele optou por continuar observando o espaço. Foi só no final de 2021 que a tecnologia ZK começou a decolar, com a infraestrutura e as ferramentas de desenvolvimento gradualmente amadurecendo. Além disso, Yi Sun encontrou problemas ao acessar dados históricos nos contratos inteligentes que ele escreveu ao construir protocolos DeFi. Todos esses fatores levaram ao surgimento da Axiom.

Que tecnologia de prova ZK a Axiom usa?

A Axiom atualmente usa o sistema de prova SNARK baseado nos backends Halo2 e KZG e ferramentas de prova ZK, como tabelas de pesquisa (LUTs). No passado, as provas ZK eram complexas e difíceis de auditar. As tabelas de pesquisa são um conjunto de valores pré-calculados que permitem ao verificador provar de forma mais eficiente ao verificador que o valor existe.

Como funciona o Axiom V2

Em janeiro de 2024, Axiom V2 entrou em operação na mainnet do Ethereum, suportando acesso a transações, recibos, armazenamento de contratos, cabeçalhos de bloco e outros dados de contratos inteligentes. Isso significa que agora suporta acesso a todos os dados históricos na mainnet do Ethereum.

Usando as ferramentas SDK desenvolvidas pela Axiom, os desenvolvedores podem escrever circuitos Axiom em Typescript para emitir solicitações de dados e personalizar computações. A Axiom está à frente da curva porque torna muito fácil para contratos inteligentes acessar dados on-chain:

1. Os desenvolvedores usam o Axiom Typescript SDK para escrever circuitos Axiom e emitir solicitações de computação de verificação ZK para dados históricos do Ethereum;

2. A Axiom realiza o cálculo solicitado e gera uma prova ZK, comprovando a correção dos dados e dos resultados do cálculo;

3. Os desenvolvedores implementam uma função de retorno no contrato inteligente para verificar e executar os dados enviados da Axiom com o resultado de prova ZK;

4. As consultas do Axiom são feitas enviando uma transação on-chain, e o resultado retornado é criptografado por prova de ZK para garantir sua credibilidade.

No entanto, ao contrário de Heródoto, Axiom atualmente não suporta a consulta de dados históricos de outras redes Ethereum EVM ou redes L2 e concentra-se apenas na Ethereum mainnet. O suporte futuro para recursos relacionados não está descartado.

Aplicações do Axiom V2

Na camada de aplicação, Axiom pode ajudar os dapps a implementar as seguintes funções:

• Fornecer recompensas e programas de fidelidade com base nos registros de atividades on-chain dos usuários
• Implementar responsabilidade com base no comportamento dos usuários na cadeia
• Estabeleça oráculos que podem ser personalizados de acordo com as necessidades de identidade, governança e liquidação

Conclusão

O líder atual no espaço de coprocessador, Axiom, tem uma relação complementar com projetos de nó leve, como o Succinct. O Succinct tenta provar o próprio consenso do Ethereum, enquanto o Axiom prova quaisquer dados históricos on-chain com base no consenso, assumindo que o resultado do consenso é aceito.

O campo da prova ZK está se desenvolvendo rapidamente com inovações como provas dobráveis, esquemas de acumulação e grandes tabelas de pesquisa. Esse crescimento tem chamado a atenção para projetos como Nexus, que apoiam os últimos avanços na tecnologia de prova ZK. Enquanto as provas ZK estão se tornando populares, outros projetos como Lagrange também estão ganhando destaque por fornecer provas para Rollup através de provadores paralelos, preenchendo assim uma lacuna de mercado.

O avanço contínuo da tecnologia tem impulsionado o desempenho de várias provas de conhecimento, reduzindo seu tamanho e custos de verificação. Isso amplia seu uso potencial. Nesse contexto, a flexibilidade proporcionada pela modularização está ganhando reconhecimento, especialmente no espaço de coprocessadores.