Qu'est-ce qu'un coprocesseur ?

Mo Dong, le co-fondateur de Celer Network et Brevis, estime qu'en termes simples, un coprocesseur est un outil qui "donne aux contrats intelligents la capacité de Dune Analytics."

En termes simples, les contrats intelligents généraux actuels ne peuvent pas accéder aux données historiques. Par exemple, lors de la mise en place d'un protocole de gestion de la liquidité, j'avais besoin de données de prix historiques pour calculer à quelle fréquence et à quel coût les fournisseurs de liquidités dépassaient la plage de prix dans une AMM. Nous avons dû dépendre d'un service d'index hébergé sur une chaîne comme The Graph’s.GraphQL API, car l'agrégation, la recherche et les tâches de filtrage ne peuvent pas être effectuées uniquement par interaction contractuelle. En effet, même l'indexation des données standard des transactions blockchain est difficile, sans parler de la lecture de données plus complexes que des informations de base.

En ce qui concerne les protocoles de gestion de liquidité, l'évaluation des performances historiques des pools de test existants ou des pools d'utilisateurs nécessite toujours l'utilisation de l'API d'un service d'index hébergé en chaîne. Ces données sont ensuite calculées manuellement dans Excel. Existe-t-il un service capable de simplifier ce processus, fournissant des contrats intelligents de dapp avec la capacité d'agréger, de filtrer et d'analyser directement ces données sur Gate.io ? Les coprocesseurs sont conçus pour résoudre ce problème.

Pourquoi est-ce appelé un coprocesseur?

Dans les premiers systèmes informatiques, le processeur de l'UCP ne pouvait souvent effectuer que des opérations de base. Il devait être associé à un « coprocesseur » dédié pour effectuer des types spécifiques de tâches de calcul, telles que les opérations en virgule flottante, afin d'améliorer les performances.

Désormais, nous pouvons considérer Ethereum comme un superordinateur géant. Les contrats intelligents du monde entier ne peuvent accéder qu'aux données on-chain du bloc actuel, pas aux données historiques incluant les enregistrements de transactions et les changements de solde des comptes. Cela est dû au fait que la conception d'Ethereum ne permet pas aux contrats intelligents d'accéder à ces données historiques.

Accéder aux données historiques pour garantir leur fiabilité nécessite une méthode cryptographique qui relie les archives historiques au bloc actuel. Cependant, calculer et vérifier cette preuve dans un contrat intelligent directement peut être long et coûteux. En alternative, des requêtes peuvent être effectuées via des nœuds de stockage, mais les contrats intelligents ne peuvent pas interagir directement avec eux, et il y a un problème de confiance. Alors, comment pouvons-nous résoudre ce problème de confiance et permettre une computation vérifiable ? En d'autres termes, comment pouvons-nous permettre à un tiers de vérifier directement les résultats de la computation pour la correction, sans avoir besoin de réexécuter la computation elle-même ? La solution pourrait résider dans les coprocesseurs, qui sont similaires aux premiers systèmes informatiques. Ils peuvent étendre la puissance de calcul des contrats intelligents sur Ethereum, leur donnant la nouvelle capacité d'accéder aux données historiques et d'effectuer des calculs complexes.

Comment fonctionne généralement un coprocesseur ?

En général, le flux de travail principal d'un coprocesseur qui vérifie les données Ethereum est le suivant :

1. Interroger les données historiques et effectuer des calculs pertinents dans un environnement hors chaîne à travers un service;

2. Le service générera une sorte de preuve pour prouver que son fonctionnement est digne de confiance;

3. L'application du développeur interagira avec le contrat de coprocesseur déployé sur Ethereum pour vérifier la preuve;

4. Après avoir interagi avec le contrat de coprocesseur et vérifié le résultat, la dapp peut accéder directement aux données historiques dont elle a besoin sans avoir confiance.

Projets dans l'Espace de Coprocesseur ou de Calcul Vérifiable Large

Cette section analyse principalement les piles techniques clés et les avantages concurrentiels des principaux acteurs de l'espace des coprocesseurs.

Axiome

Un pionnier dans l'espace des coprocesseurs, Axiom construit une infrastructure de données on-chain pour simplifier l'interaction des contrats intelligents avec les données on-chain. Axiom est également crédité d'avoir introduit le concept de coprocesseurs. Nous approfondirons plus tard dans cet article le fonctionnement de leur coprocesseur en utilisant Axiom comme exemple.

Lagrange

Lagrange se concentre sur les preuves d'état inter-chaînes et les techniques de traitement parallèle. Leurs preuves peuvent atteindre une vérification inter-chaînes sans avoir besoin de protocoles de messagerie inter-chaînes comme zkBridge ou IBC. Le Prover Parallèle de Lagrange est bien adapté pour les produits impliquant la ré-empilage, ce qui consolide leur position dans l'écosystème RaaS (Rollup as a Service).

Contrairement aux preuves séquentielles, les preuves parallèles peuvent répartir leur charge de travail sur des milliers de threads simultanément. De plus, le restaking sur EigenLayer peut les sécuriser. En d'autres termes, cette approche de calcul parallèle et de preuve parallèle permet une meilleure scalabilité horizontale.

Un cas d'utilisation réel est l'application de Lagrange sur AltLayer. AltLayer propose des services de vérification active pour Restaked Rollup, aidant les développeurs à mettre en œuvre un séquençage décentralisé et à vérifier efficacement la correction de l'état de Rollup. En mars 2024, Lagrange s'est associé à AltLayer pour utiliser des prouveurs parallèles pour le co-traitement de Rollup. Cela garantit des données vérifiables et sans confiance sur la chaîne et des résultats de calcul pour les clients RaaS d'AltLayer.

Hérodote

Étroitement lié à l'écosystème Starkware/Starknet, Herodotus collabore avec des projets comme Snapshot. Ils appellent leur système de coprocesseur « Storage Proof », qui peut être combiné avec des preuves ZK pour permettre un accès aux données entre différentes couches d'Ethereum.

Source: Site web d'Hérodote

Le système de preuve de stockage se compose de trois composants:

1. Preuves d'inclusion: Confirmez que les données existent réellement dans la structure de données d'Ethereum.
2. Preuves de calcul : Vérifiez la validité des flux de travail à plusieurs étapes, en particulier ceux impliquant des conversions de données ou d'autres opérations.
3. Preuves ZK : Permettre aux contrats intelligents de confirmer la validité des preuves sans traiter toutes les données sous-jacentes. Toutes les données on-chain dans un nœud d'archive Ethereum peuvent être prouvées en utilisant le système de preuve de stockage.

Comme les autres coprocesseurs, le système de preuve de stockage est généré hors chaîne et vérifié sur chaîne, minimisant la consommation de ressources sur chaîne. Il réduit également les données transférées entre les couches Ethereum en ne envoyant que le hash de bloc ou la racine de l'accumulateur pour la vérification.

Brevis

Développé par Celer Network, Brevis est une infrastructure pour construire divers services de données on-chain, y compris les coprocesseurs ZK. Celer Network, un protocole d'interopérabilité fondé par Mo Dong et Qingkai Liang, a levé 4 millions de dollars lors d'une IEO (Initial Exchange Offering) en 2019.

Celer Network a déployé unContrat courtsur-chaîne. Ce contrat vérifie les preuves des demandes de coprocesseur et transmet les résultats au contrat de l'application décentralisée via une fonction de rappel. Les développeurs peuvent utiliser le SDK Brevis pour permettre aux applications décentralisées d'accéder facilement aux données historiques sur-chaîne. Le SDK abstrait les circuits complexes, éliminant ainsi le besoin pour les développeurs d'avoir des connaissances préalables sur les preuves ZK. Le SDK Brevis est construit sur le cadre gnark développé par l'équipe Consensys Linea. De plus, Brevis prend en charge le client léger ZK d'Ethereum, lui permettant de fonctionner avec les données sur-chaîne de n'importe quelle blockchain compatible avec l'EVM d'Ethereum.

Source: Documentation Brevis

Le réseau Celer est actuellement en développementcoChain, une blockchain axée sur l'écosystème RaaS, utilisant Brevis comme fondation. coChain est une blockchain basée sur l'algorithme de consensus Proof-of-Stake (PoS) et peut fournir des services de mise en jeu et de réduction d'Ethereum. La réduction fait référence au processus de pénalisation des validateurs qui enfreignent les règles de l'écosystème Ethereum PoS, y compris les amendes et les changements d'état. Historiquement, le taux de réduction dans l'écosystème de mise en jeu d'Ethereum a été très faible, avecdonnées suggérantque seulement environ 0,04 % des validateurs ont été réduits en lambeaux.

La fonction unique de coChain est de relier la génération des résultats du coprocesseur aux récompenses et sanctions de la mise en jeu d'Ethereum. Voici le processus :

1. Le contrat intelligent soumet une demande de coprocesseur et le mécanisme de consensus PoS génère le résultat du coprocesseur;
2. Le résultat généré par le PoS est soumis à la blockchain sous forme de "proposition" qui peut être "contestée" par une preuve de connaissance nulle (ZK);
3. Si le défi de la preuve ZK est réussi, ce qui indique un comportement répréhensible du validateur pendant le jalonnement, la mise du validateur correspondant est directement réduite sur Ethereum. En revanche, si le résultat généré par PoS reste sans contestation, le dapp peut directement utiliser le résultat du coprocesseur sans encourir les coûts des preuves ZK. Cette approche "optimiste" des défis de preuve, similaire à Optimism, permet de réduire les coûts.

Dans l'ensemble, l'approche de coChain combine les incitations à la confiance/vérification des coprocesseurs avec l'écosystème de mise en jeu d'Ethereum. À l'avenir, il s'intégrera à EigenLayer pour réduire le coût de preuve des coprocesseurs ZK.

Nexus

Nexus zkVM permet de vérifier tout résultat de calcul on-chain. Sa fonctionnalité unique est la capacité de vérifier les preuves ZK basées sur des techniques de pliage. Fondé en 2022, Nexus est un autre acteur de l'espace zkVM. Bien que les détails n'aient pas encore été largement divulgués, le fondateur, Daniel Marin (diplômé de Stanford avec une expérience antérieure chez Google), a publiépremiers documents de rechercheà travers le Stanford Blockchain Club.

La technologie de pliage ZK est considérée comme une branche prometteuse au sein des solutions zkVM. Nexus zkVM prend en charge la vérification à la fois des preuves de pliage et des schémas d'accumulation. Il vise à être un zkVM évolutif, modulaire et open source. Leur pile technique comprend des mécanismes d'agrégation de preuves parallélisées à grande échelle basés sur le Calcul Vérifiable Incrémental (IVC) et divers schémas de pliage comme Nova, CycleFold, SuperNova et HyperNova. Ils développent également le réseau Nexus, un réseau minier de preuves parallélisé à grande échelle construit sur Nexus zkVM.

Source : Documentation de Nexus, Architecture Nexus zkVM

Tableau de comparaison des approches techniques et des avantages concurrentiels dans la piste du coprocesseur

Comme vous pouvez le voir, différents projets ont choisi différentes piles techniques basées sur différents écosystèmes (Ethereum EVM, RaaS, inter-chaîne, Ethereum cross-layer), différentes méthodes de preuve (Rollup vs ZK), ou différentes solutions au sein des preuves ZK (zk-SNARK, pliage des preuves, schémas d'accumulation, etc.). Ils ont chacun leurs forces et leurs faiblesses en ce qui concerne les avantages concurrentiels et présentent finalement différentes formes de produit : contrats interactifs sur chaîne, SDK et réseaux conçus à des fins diverses, tels que les réseaux de vérification du jalonnement et les réseaux de vérification à grande échelle.

Source: Par l'auteur

Opération spécifique des coprocesseurs : Le cas d'Axiom

Pourquoi choisir Axiom?

Axiom est un coprocesseur de preuve ZK construit pour Ethereum. Il permet aux contrats intelligents d'accéder à des données historiques on-chain et assure la non-confiance du calcul hors chaîne grâce à la technologie de preuve ZK. Axiom a été fondé par Jonathan Wang et Yi Sun en 2022. Le 25 janvier 2024, Axiomannoncé sur Twitterqu'il avait levé 20 millions de dollars lors d'un tour de financement de série A mené par Paradigm et Standard Crypto. Il s'agit du premier projet à proposer le concept de « coprocesseur » et c'est également l'un des projets les plus soutenus par des capitaux-risque dans l'espace.

Source: Compte officiel Axiom X

Histoire de l'Axiom

En 2017, Yi Sun a obtenu un doctorat en mathématiques du MIT et a également travaillé pour une société de trading à haute fréquence pendant un certain temps. Il a commencé à se plonger dans le domaine des cryptomonnaies et a réalisé que la preuve ZK est la clé de la scalabilité de la blockchain. Cependant, à l'époque, il croyait que la technologie ZK était encore à ses débuts, il a donc choisi de continuer à observer l'espace. Ce n'est qu'à la fin de 2021 que la technologie ZK a commencé à décoller, avec une infrastructure et des outils de développement qui se sont peu à peu perfectionnés. De plus, Yi Sun a rencontré des problèmes d'accès aux données historiques dans les contrats intelligents qu'il a écrits lors de la construction de protocoles DeFi. Tous ces facteurs ont conduit à la naissance d'Axiom.

Quelle technologie de preuve ZK Axiom utilise-t-elle?

Axiom utilise actuellement le système de preuve SNARK basé sur les backends Halo2 et KZG et les outils de preuve ZK tels que les tables de recherche (LUTs). Dans le passé, les preuves ZK étaient complexes et difficiles à auditer. Les tables de recherche sont un ensemble de valeurs précalculées qui permettent au prouveur de prouver plus efficacement au vérificateur que la valeur existe.

Comment fonctionne Axiom V2

En janvier 2024, Axiom V2 est entré en service sur le réseau principal d'Ethereum, offrant un accès aux transactions, aux reçus, au stockage des contrats, aux en-têtes de bloc et à d'autres données des contrats intelligents. Cela signifie qu'il prend désormais en charge l'accès à toutes les données historiques sur le réseau principal d'Ethereum.

En utilisant les outils SDK développés par Axiom, les développeurs peuvent écrire des circuits Axiom en Typescript pour émettre des demandes de données et personnaliser les calculs. Axiom est en avance sur la courbe car il rend très facile pour les contrats intelligents d'accéder aux données on-chain:

1. Les développeurs utilisent le kit de développement logiciel Axiom Typescript pour écrire des circuits Axiom et émettre des demandes de calcul de vérification ZK pour les données historiques d'Ethereum;

2. Axiom effectue le calcul demandé et génère une preuve ZK, prouvant la justesse des données et des résultats du calcul;

3. Les développeurs implémentent une fonction de rappel dans le contrat intelligent pour vérifier et exécuter les données envoyées par Axiom avec le résultat de la preuve ZK;

4. Les requêtes Axiom sont envoyées par une transaction on-chain, et le résultat retourné est crypté par une preuve ZK pour assurer sa crédibilité.

Cependant, contrairement à Hérodote, Axiom ne prend actuellement pas en charge la consultation de données historiques provenant d'autres réseaux Ethereum EVM ou de réseaux L2 et se concentre uniquement sur le réseau principal Ethereum. Un support futur pour les fonctionnalités connexes n'est pas exclu.

Applications de Axiom V2

Au niveau de l'application, Axiom peut aider les dapps à implémenter les fonctions suivantes :

• Fournir des récompenses et des programmes de fidélité basés sur les enregistrements d'activité on-chain des utilisateurs
• Mettre en œuvre la responsabilité basée sur le comportement des utilisateurs on-chain
• Établir des oracles pouvant être personnalisés en fonction des besoins en matière d'identité, de gouvernance et de règlement

Conclusion

Le leader actuel dans l'espace des coprocesseurs, Axiom, entretient une relation complémentaire avec des projets de nœuds légers tels que Succinct. Succinct tente de prouver le consensus Ethereum lui-même, tandis qu'Axiom prouve toutes les données historiques on-chain basées sur le consensus, en supposant que le résultat du consensus est accepté.

Le domaine de la preuve ZK se développe rapidement avec des inventions innovantes comme les preuves pliables, les schémas d'accumulation et les grandes tables de recherche. Cette croissance a attiré l'attention sur des projets comme Nexus, qui soutiennent les dernières avancées en matière de technologie de preuve ZK. Alors que les preuves ZK deviennent courantes, d'autres projets comme Lagrange attirent également l'attention pour fournir des preuves pour Rollup à travers des prouveurs parallèles, comblant ainsi un vide sur le marché.

Les avancées technologiques en cours ont amélioré les performances de diverses preuves de connaissances, réduisant leur taille et leurs coûts de vérification. Cela élargit leur utilisation potentielle. Dans ce contexte, la flexibilité offerte par la modularisation est de plus en plus reconnue, en particulier dans l'espace des coprocesseurs.