По мере того как блокчейн эволюционировал от простых систем для транзакций до сложных программируемых сетей, всё больше вычислительных процессов переносится с ончейн-исполнения в офчейн-среду. Такие сценарии, как масштабирование роллапов, кроссчейн-мосты, логические выводы ИИ, оракулы и обработка данных вне сети, требуют технического решения, способного подтвердить: «результаты вычислений достоверны и заслуживают доверия».
Доказательство с нулевым разглашением (ZK Proof) стало ключевой технологией в инфраструктуре Web3 для удовлетворения этой потребности. Оно позволяет системе доказать, что программа была выполнена корректно, без раскрытия исходных данных. Однако традиционная разработка ZK долгое время страдала от высоких барьеров входа. Разработчикам часто приходится осваивать сложные криптографические системы ограничений, специализированные DSL и низкоуровневую логику схем, что мешает широкому распространению ZK-технологий.
SP1 zkVM призвана решить эту проблему.
Что такое SP1 zkVM?
SP1 zkVM — это универсальная виртуальная машина с нулевым разглашением (zkVM), запущенная компанией Succinct. Она позволяет разработчикам писать программы на Rust и автоматически генерировать проверяемые доказательства ZK без необходимости вручную создавать криптографические схемы.
Традиционные ZK-системы обычно опираются на специализированные языки вроде Circom, Halo2, Cairo или Noir. Несмотря на свою мощь, они сложны в разработке и требуют глубокого понимания лежащей в основе криптографической логики.
SP1 zkVM использует принципиально иной подход.
Разработчикам достаточно писать программы, как при обычной разработке ПО, а система автоматически берёт на себя весь процесс генерации доказательств. Succinct называет эту концепцию «Code as Proof» (код как доказательство). Это означает, что любую исполняемую программу теоретически можно превратить в проверяемое вычисление.
Чем SP1 zkVM отличается от традиционных виртуальных машин?
Обычные виртуальные машины (VM) — такие как EVM, WASM и JVM — в первую очередь отвечают за выполнение программ. Они сосредоточены на эффективности выполнения, управлении памятью и обновлении состояния. zkVM же не только запускает программу, но и доказывает, что она была выполнена корректно.
Поэтому помимо выполнения программы zkVM также должна: записывать весь процесс выполнения, строить математические ограничения, генерировать доказательство и обеспечивать возможность проверки для внешних систем.
По сути, zkVM — это «доказуемая среда выполнения». Она не только запускает программу, но и убеждает других в том, что результаты её выполнения истинны и заслуживают доверия.
Почему SP1 выбрал RISC-V?
Базовая архитектура выполнения SP1 zkVM основана на системе команд RISC-V.
RISC-V — это открытая архитектура с сокращённым набором команд, отличающаяся простой структурой, чёткой логикой и лёгкостью формальной верификации. Это критически важно для zkVM: чем сложнее инструкции CPU, тем труднее генерировать доказательства.
По сравнению со сложными архитектурами CPU, RISC-V гораздо проще преобразовать в систему математических ограничений.
Полный рабочий процесс SP1 не генерирует доказательства непосредственно из программ на Rust. Вместо этого он следует схеме:
Rust → RISC-V → выполнение zkVM → доказательство
Таким образом, RISC-V выступает в роли «промежуточного слоя выполнения» во всей системе.
Почему Rust подходит для zkVM?
Компания Succinct выбрала Rust в первую очередь из-за его пригодности для проверяемых вычислений.
Во-первых, Rust обеспечивает чрезвычайно высокую производительность. Поскольку сама генерация доказательств требует значительных вычислительных мощностей, производительность системного языка имеет решающее значение.
Во-вторых, Rust отличается превосходной безопасностью памяти. Его модель владения снижает количество ошибок времени выполнения, что помогает системе формировать более стабильные трассы выполнения.
Кроме того, важна детерминированность Rust.
В zkVM одни и те же входные данные всегда должны давать одинаковый результат. Иначе разные узлы могут генерировать разные доказательства.
Rust естественным образом обеспечивает детерминированность, что делает его отличным выбором для разработки zkVM.
Более того, Rust уже широко используется в экосистемах Solana, Cosmos, при разработке роллапов и системного ПО, поэтому экосистема разработчиков зрелая, а затраты на миграцию невелики.
Как программа на Rust превращается в доказательство ZK?
Основной рабочий процесс SP1 zkVM включает следующие этапы:
Написание программы на Rust → Компиляция в RISC-V → Исполнение в zkVM → Генерация трассы выполнения → Преобразование в STARK-доказательство → Сжатие в SNARK → Ончейн-верификация.
Главная цель всего процесса — доказать: «Программа была корректно выполнена в соответствии с правилами».
Шаг 1: Написание программы на Rust
Разработчики сначала пишут бизнес-логику на Rust.
Такие программы могут использоваться для переходов состояния роллапов, логических выводов моделей ИИ, кроссчейн-верификации, хэш-вычислений, обработки данных и систем-оракулов.
В традиционной ZK-разработке разработчикам часто приходится вручную писать сложные схемы. Но в SP1 достаточно написать обычную программу на Rust.
Например:
fn main() {
let x = 10;
let y = 20;
let z = x + y;
assert_eq!(z, 30);
}
SP1 автоматически преобразует эту программу в проверяемое доказательство.
Это резко снижает порог входа в ZK-разработку.
Шаг 2: Компиляция в инструкции RISC-V
Программа на Rust компилируется в инструкции RISC-V.
Поскольку система доказательств не может напрямую проверять языки высокого уровня, она может верифицировать только низкоуровневый машинный процесс выполнения.
Компилятор переводит Rust в поток низкоуровневых инструкций, например:
ADD x1, x2, x3
LOAD x4, 0(x5)
STORE x6, 4(x7)
Затем эти инструкции выполняются zkVM.
Главная задача на этом этапе — обеспечить детерминированность и проверяемость программы.
Почему детерминированность так важна?
В обычных программах на результат выполнения могут влиять время, случайные числа и состояние системы.
Но в zkVM одинаковые входные данные всегда должны давать одинаковый результат.
В противном случае разные узлы могут сгенерировать разные трассы, и доказательство станет непроверяемым.
Поэтому zkVM обычно строго ограничивают доступ к внешнему состоянию и гарантируют полную детерминированность всего процесса выполнения.
Это одно из главных отличий zkVM от обычных виртуальных машин.
Шаг 3: Выполнение в zkVM генерирует трассу выполнения
SP1 zkVM выполняет инструкции RISC-V и записывает весь процесс выполнения.
Этот процесс называется трассой выполнения (Execution Trace).
Её можно представить как видеозапись работы программы.
Трасса фиксирует все изменения состояния в ходе выполнения программы, включая:
процесс выполнения инструкций, изменения состояния CPU, изменения памяти, состояния регистров и связи ввода/вывода.
Например:
Шаг 1: LOAD
Шаг 2: ADD
Шаг 3: STORE
Шаг 4: ASSERT
Затем система доказательств подтверждает, что эти шаги действительно были выполнены корректно.
Почему трасса является ядром всей системы?
Потому что доказательство ZK по сути доказывает не то, что «результат существует», а то, что
«Программа была корректно выполнена в соответствии с правилами».
Следовательно, трасса выполнения определяет достоверность всего доказательства.
Если трасса содержит ошибки, итоговое доказательство также будет недействительным.
Шаг 4: Трасса преобразуется в STARK-доказательство
После генерации трассы выполнения система преобразует её в математические ограничения.
На этом этапе обычно используются такие методы, как AIR (алгебраическое промежуточное представление), системы полиномиальных ограничений и хэш-обязательства.
Затем система генерирует STARK-доказательство.
Преимущества STARK:
не требует доверенной настройки, обладает высокой безопасностью, устойчивостью к квантовым атакам и отличной масштабируемостью.
Именно поэтому многие современные zkVM используют STARK в качестве базовой системы доказательств.
Однако у STARK есть заметный недостаток:
доказательства относительно велики.
Поэтому требуется дальнейшая оптимизация.
Шаг 5: STARK сжимается в SNARK
Чтобы снизить затраты на ончейн-верификацию, SP1 обычно дополнительно сжимает STARK в SNARK.
Такая конструкция объединяет сильные стороны обеих систем:
STARK генерируются быстро, а SNARK требуют низких затрат на ончейн-верификацию.
Таким образом, SP1 может сбалансировать эффективность генерации доказательств, затраты на Газ в сети и общую масштабируемость сети.
Итоговое SNARK-доказательство отправляется на проверку в такие блокчейны, как Ethereum.
Что такое рекурсивное доказательство?
Рекурсивные доказательства — это ключевая технология в современных zkVM.
Она позволяет одному доказательству проверять другое.
Например, несколько доказательств для роллапов могут быть сгенерированы по отдельности, а затем объединены в одно более крупное доказательство.
В итоге в ончейне требуется только одна проверка.
Рекурсивные доказательства могут значительно снизить затраты на ончейн-верификацию и нагрузку на сеть, что делает их незаменимыми для крупномасштабных проверяемых вычислений.
Чем SP1 zkVM отличается от zkEVM?
Многие разработчики путают zkVM и zkEVM.
Но их цели принципиально различны.
Основная цель zkEVM — совместимость с Ethereum EVM, поэтому она ориентирована в первую очередь на Solidity и байт-код EVM.
SP1 zkVM, напротив, нацелена на универсальные проверяемые вычисления.
Она может выполнять не только логику Смарт-контрактов, но и логические выводы ИИ, обработку данных, кроссчейн-логику и любые программы на Rust.
Поэтому:
zkEVM — это скорее решение для масштабирования Ethereum.
SP1 zkVM — это скорее универсальная инфраструктура для доказательств.
Ключевые преимущества SP1 zkVM
Главное преимущество SP1 — резкое снижение порога входа в ZK-разработку.
Разработчикам больше не нужно вручную писать сложные криптографические схемы. Вместо этого они могут напрямую создавать проверяемые приложения с помощью Rust.
Кроме того, SP1 обладает высокой универсальностью: поддерживает рекурсивные доказательства, модульное расширение и низкую стоимость ончейн-верификации.
Эти возможности делают его пригодным не только для роллапов, но и для более широких сценариев: ИИ, кроссчейн-взаимодействий и офчейн-вычислений.
Типичные сценарии применения SP1 zkVM
SP1 zkVM уже применяется в нескольких областях.
В роллапах он генерирует доказательства переходов состояния; в кроссчейн-протоколах проверяет достоверность состояния между разными цепочками; в ИИ верифицирует результаты логических выводов моделей; а в системах-оракулах подтверждает корректность сложных офчейн-вычислений.
В долгосрочной перспективе более важная цель SP1 — продвижение концепции «проверяемого интернета».
В будущем:
API, веб-страницы, запросы к базам данных и даже контент, созданный ИИ, — всё это можно будет проверять на достоверность с помощью доказательств.
С какими вызовами сталкивается SP1 zkVM?
Несмотря на многообещающие перспективы, SP1 всё ещё сталкивается с практическими трудностями.
Во-первых, генерация сложных доказательств остаётся дорогостоящей и требует значительных ресурсов GPU и аппаратного обеспечения.
Во-вторых, универсальная zkVM должна одновременно балансировать производительность, безопасность и универсальность, что делает её технически гораздо сложнее специализированных схемных систем.
Кроме того, ландшафт zkVM весьма конкурентен: такие проекты, как RISC Zero, zkSync, Starknet, Valida и Jolt, движутся в разных направлениях.
При этом рынок проверяемых вычислений всё ещё находится на ранней стадии, и масштабный спрос ещё не сформировался.
Заключение
SP1 zkVM переопределяет подход к разработке доказательств с нулевым разглашением.
Благодаря использованию Rust, архитектуры RISC-V, трасс выполнения, сжатию STARK/SNARK и рекурсивным доказательствам Succinct создала универсальную инфраструктуру для проверяемых вычислений.
Разработчикам больше не нужно разбираться в сложных ZK-схемах — они могут создавать проверяемые приложения так же, как и обычное программное обеспечение.
Часто задаваемые вопросы
Почему SP1 выбрал RISC-V?
Потому что инструкции RISC-V просты, имеют открытый исходный код и легко поддаются формальной верификации, что делает их более подходящими для построения zkVM.
Почему Rust подходит для zkVM?
Rust обеспечивает высокую производительность, детерминированность и безопасность памяти — все эти качества идеальны для среды проверяемых вычислений.
Каковы этапы генерации ZK-доказательства?
Основные этапы: написание программы на Rust, компиляция в RISC-V, выполнение в zkVM с генерацией трассы, создание доказательства STARK/SNARK и ончейн-верификация.
Чем SP1 zkVM отличается от традиционных ZK-систем?
Традиционные системы требуют специализированных DSL и ручного написания схем, тогда как SP1 поддерживает универсальные языки и автоматически генерирует доказательства.
Каковы сценарии применения SP1 zkVM?
К ним относятся масштабирование роллапов, кроссчейн-верификация, проверяемые вычисления ИИ, оракулы и офчейн-вычисления.
