零知识证明（zero-knowledge proof，简称 ZKP）自提出至今已有近 40 年，在区块链开发领域广泛应用于数据隐私保护、二层网络扩容等场景。然而，ZKP 的算法计算资源消耗巨大，验证计算速度较慢，限制了用户规模的进一步增长。为了解决这项挑战，硬件加速便成为提升 ZKP 计算速度的直接解决方案。

2022 年，知名风投机构 Paradigm 的合伙人兼 CTO Georgios Konstantopoulos 发布了 《零知识证明的硬件加速》一文，掀起了对 ZKP 硬件加速 “最佳实践” 的热议。近年来，FPGA、ASIC 和 GPU 等硬件加速方案在零知识证明社区中频繁出现，那么究竟哪种硬件方案能成为推动 ZKP 走向亿级用户的 “杠杆”？目前，FPGA 和 GPU 加速已在 ZKP 领域落地多项产品，而在 2024 年 5 月，以太坊联合创始人 Vitalik Buterin 在演讲 《Reaching the Limits of Protocol Design》中对 ASIC 加速 SNARKs 的展望，进一步引发了行业对 ZKP ASIC 的关注。与 FPGA 和 GPU 相比，ASIC 具有绝对领导力，但其高昂的设计和生产成本，以及市场不确定性，使其成为 ZKP 行业的 “珠穆朗玛峰”。

目前，Cysic 是业内首要专注于开发 ZKP ASIC 的团队。本报告将深入解读 Cysic 项目，探索其如何在 ZKP 加速领域迈出创新性一步。

作者：Bob，Web3Caff Research 研究员

封面：Logo and Photo by Cysic，Typography by Web3Caff Research

字数：全文共计 12500+ 字

目录

  • ZKP 在 Web3 行业发展的起源
  • 为什么 ZKP 的硬件加速很重要？
    • ZKP 对链上扩容的重要影响
  • ZKP 硬件加速的现状
    • 硬件加速的瓶颈：MSM 与 FFT (NTT) 算法
    • FPGA、GPU 与 ASIC 方案对比
  • 市场主流的解决方案
    • Ingonyama
    • Irreducible
    • Cysic
  • Cysic 技术原理
    • Cysic Network 技术概述
    • 共识机制 CometBFT
    • Cysic 硬件加速
    • 小结
  • Cysic Testnet 测试网报告
  • Cysic 的业务场景
  • 创始人与团队
  • Cysic 利弊分析
    • Cysic 的优势
    • Cysic 面临的挑战
  • 总结
  • 要点结构图
  • 参考文献

ZKP 在 Web3 行业发展的起源

ZKP（零知识证明）这一学术概念有近 40 年的历史，是由 Shafi Goldwasser、Silvio Micali 和 Charles Rackoff 三位科学家在其论文《交互式证明系统的知识复杂性》提出。其中作为这一论文的作者 Silvio Micali，同时也是 2012 年的图灵奖获得者，Silvio 在 2017 年创立了 PoS 区块链 Algorand [1]，也被称为 ZKP 之父。

ZKP 作为一种密码学概念，用于证明某个主体拥有特定信息，而不泄漏这段信息的任何内容。在 ZKP 中，证明者可以向验证者证明自己知道某个信息，但是并不需要透露这个信息的内容。这个概念在密码学、安全和隐私保护方面具有重要意义，可以应用于多种场景，尤其在 Web3 区块链开发领域。

但是，在 ZKP 的过程中，验证者永远不会 100% 确定事实的真实性。这个问题可以通过多次重复实验来降低误差的概率。ZKP 是概率 “证明”，而不是确定性证明。由于存在误差的概率，所以 ZKP 不是数学意义上的证明。

那么，如何设计一个简单的 ZKP “协议” 呢？

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