RISC Zero产品矩阵解析：推动以太坊实现ZK化未来的关键路径

在最近的Devcon会议上，以太坊基金会核心成员Justin Drake提出的Beam Chain提案引起了广泛关注。该提案计划通过zkSNARK和zkVM技术对以太坊共识层进行升级，旨在提升网络的可扩展性、安全性和效率。这一愿景的提出，让zkVM技术的重要性再次成为行业焦点。作为一种通用零知识虚拟机，zkVM能够以更灵活高效的方式处理复杂计算任务，同时摆脱了对传统智能合约逻辑的依赖。

在这一技术趋势的推动下，RISC Zero、Succinct和Cysic等项目正成为推动该领域创新的重要力量。其中，RISC Zero凭借基于RISC-V架构的zkVM，开发了包括Zeth、Kailua和Bonsai在内的一系列开源工具。这些工具不仅显著提升了区块验证和Rollup的性能，还为以太坊的ZK化升级提供了坚实的技术支持。

RISC zkVM生态产品矩阵：从核心技术到场景应用

作为基于RISC-V指令集架构的zkVM实现，RISC Zero是一个支持多种主流编程语言的通用零知识计算平台。它能够运行几乎任意计算任务，与其他零知识技术平台相比，RISC Zero的证明者和验证者完全开源，开发者可以在本地生成和验证证明。此外，其验证器兼容多种平台，能够适配不同区块链生态，大大简化了去中心化应用的开发流程。

今年6月，RISC Zero发布了具有里程碑意义的zkVM 1.0版本。该版本不仅支持多种编程语言和复杂计算任务，还创新性地采用了Continuations技术，将大规模计算分割成多个小段，实现了高效的并行计算和验证。根据官方路线图，RISC Zero计划在2024年底前实现zkVM性能和成本的20倍提升。这些优化包括将证明流程完全迁移至GPU（已完成80%）、引入新型RISC-V v2电路设计，以及针对递归电路进行的专项优化等。同时，RISC Zero正在集成一系列针对RSA、Keccak、ECDSA等算法的加速模块，以提升以太坊相关任务和加密操作的性能。

围绕zkVM的核心能力，RISC Zero构建了完整的开源工具和产品生态。Bonsai网络让开发者无需专用硬件即可生成零知识证明；Steel工具可以将复杂的EVM计算转移至链下环境运行，同时保持结果可验证，显著降低了链上执行成本；而Blobstream Zero则通过桥接Celestia数据可用性层，为模块化区块链生态中的数据共享和验证开辟了新的可能性。

Zeth：证明整个以太坊区块被正确构造

Zeth是RISC Zero基于其zkVM技术开发的开源以太坊零知识区块证明器。它能够通过零知识证明验证以太坊区块的有效性，而无需依赖传统验证者或同步委员会。RISC Zero将Zeth定义为Type-0 zkEVM，既完全兼容以太坊协议，又通过代码复用实现了开发效率的大幅提升。

以太坊联合创始人Vitalik Buterin在其文章「Different types of zk-EVMs」中将zkEVM分为四类。其中Type-1力求完全等效于以太坊；Type-2致力于完全等价于EVM但不完全等价于以太坊；Type-3几乎同等于EVM；Type-4则完全不兼容以太坊。

得益于RISC Zero zkVM的高性能，Zeth能够在几分钟内完成以太坊区块的验证。测试数据显示，Zeth可以以1.1 MHz的速度生成区块证明，并通过”继续执行（continuations）”特性扩展GPU集群，将速度提升至4.7 MHz至6.3 MHz。这种性能优化也显著降低了证明生成成本。根据测试，一个包含182笔交易的区块，其证明生成成本仅为21.72美元，平均每笔交易成本约0.11美元。

在开发Zeth的过程中，RISC Zero团队充分利用了Rust生态系统的组件，如revm、ethers和alloy，使开发者能够快速实现区块证明功能并应用于不同场景。这种设计为开发者提供了极大的灵活性，可以根据需要调整区块构建逻辑并适配未来的以太坊改进提案。

在应用层面，Zeth为zk Rollup、轻客户端和跨链桥提供了高效的解决方案。传统zk Rollup和zkEVM的构建需要耗费大量时间和资金，令小型团队望而却步。而Zeth基于模块化的zkVM架构，允许开发者轻松定制区块验证逻辑。例如在zk Rollup场景中，Zeth能够快速实现区块证明，显著缩短开发周期和降低资金投入；在轻客户端应用中，无需重新构建区块即可验证区块有效性，大幅降低运行成本；在跨链桥场景下，Zeth通过ZKP可以在不泄漏链上敏感信息的情况下验证跨链数据的正确性，减少了对第三方的信任依赖，并有效降低了跨链攻击的风险。

今年5月，Zeth成功扩展至支持从以太坊主网中提取Optimism区块数据，并生成ZKP验证区块正确性，还支持在链上进行验证。这意味着借助Zeth，Optimism可以更高效地验证交易，有效解决交易争议。

Bonsai：允许开发者无需使用自身硬件生成证明

Bonsai是一项专为zkVM应用程序设计的远程证明服务，它允许开发者在无需专用硬件的情况下生成证明，有效解决了链上计算资源有限与高昂成本之间的矛盾。通过Bonsai，开发者只需定义需要执行的zkVM应用程序及输入数据，Bonsai即可在后台运行计算并生成相应的零知识证明。这一过程完全无需开发者部署额外的硬件设备。同时，Bonsai利用大规模的GPU集群支持并行处理多个计算任务。此外，Bonsai提供简洁易用的API和SDK接口，使开发者能够轻松将其集成到现有系统中，进一步降低了开发门槛。

基于这一远程证明服务，RISC Zero推出了开源工具Bonsai Pay，它结合了OAuth2.0身份认证和ZKP技术，使用户能够通过Google账户在以太坊网络上发送或接收代币。例如，当Alice想将资金转账给Bob时，Alice可以通过Bonsai Pay输入Bob的Google邮箱和转账金额。Bob随后可登陆Bonsai Pay输入邮箱地址并完成Google账户身份验证。Bonsai Pay会使用OAuth 2.0生成授权代币，证明Bob确实是该邮箱的持有者。随后Bonsai Pay调用Bonsai证明服务，生成零知识证明，证明Bob的Google账户与钱包地址相关联。智能合约验证证明后，会解锁资金并将其转账到Bob的钱包地址。

整个过程中，Bonsai Pay通过ZKP技术验证了”Bob的Google账户与钱包地址相关联”的事实，同时又避免了泄露任何Google账户的具体信息。

Bonsai的另一重要应用是Bonsai ZK协处理器（ZK Co-processor）。它通过零知识证明技术，将复杂的计算任务从链上转移到链下，同时生成不可篡改的证明以确保结果的正确性。Bonsai协处理器的部署十分简单，开发者只需编写一个zkVM应用程序来处理逻辑，并通过简单的Solidity合约调用Bonsai，运行计算并验证结果。整个过程中，Bonsai证明服务负责生成链下计算的零知识证明，这些证明可以在链上验证。

Bonsai ZK协处理器特别适用于需要高性能和低成本的链上应用。例如，在DAO治理中，它可以将复杂的投票计算转移到链下，显著降低链上Gas费用。Bonsai DAO Governor通过协处理器将每票的Gas成本降低了超过50%，有效提升治理效率，降低参与门槛。

Boundless：可验证计算层

在传统区块链架构中，为了确保交易的有效性，所有节点都需要重复执行每笔交易的所有计算。这种”全局重执行”模式虽然能够保证安全性和一致性，但也带来了极高的计算成本。针对这一问题，RISC Zero推出了Boundless，它允许单个节点完成计算后生成一个可验证的零知识证明，其他节点只需验证该证明即可确认结果，无需重复执行计算。

Boundless通过递归组合技术简化了验证过程。它将多个小的零知识证明合并为一个整体证明，使验证者只需检查一个总证明，而不必逐一验证所有阶段的证明。为了进一步优化零知识证明的生成效率，Boundless内置了专用的密码学加速电路，优化了像哈希计算、数字签名验证等常见任务的效率。

此外，开发者使用Boundless不需要深入了解零知识技术，只需用熟悉的编程语言（如Rust或Solidity）编写应用程序即可。目前，Boundless已向开发者开放免费访问。开发者无需迁移现有系统或更新验证合约，就可以利用Boundless提供的proving服务，在任意区块链上快速构建和部署零知识应用。

Blobstream Zero：简化跨链数据验证的zkVM跨链桥

Blobstream Zero是RISC Zero和Celestia合作推出的基于zkVM的跨链桥，旨在将Celestia的数据可用性层无缝连接到现有的模块化区块链生态中。通过共享和验证Celestia上的数据，Blobstream Zero实现了链与链之间更便捷的数据传输和验证。

作为完全开源的公共产品，Blobstream Zero允许任何项目或开发者运行本地实例，并生成零知识证明。此外，Blobstream Zero还能够为ZK协处理器提供支持。由于ZK协处理器本质上是一个链下计算工具，因此需要可靠的数据来执行计算。而Blobstream Zero可以从Celestia等区块链中获取数据，并且可以通过生成ZK证明来证明所传输的数据是可靠的。

Steel：链下执行与链上验证的智能合约新范式

Steel是RISC Zero推出的开源工具，利用zkVM技术实现了链下可验证的智能合约执行。通过Steel，开发者可以将EVM操作从链上转移到链下执行，同时生成零知识证明，确保计算结果的真实性和可验证性。

传统智能合约需要在链上完整执行所有逻辑，不仅Gas成本高昂，还限制了复杂应用的开发。而Steel的链下计算和链上验证机制有效解决了这一问题。例如，在一个简单的智能合约中，判断某账户的ERC20余额是否大于1，并递增计数器变量。传统方法需要在链上完整执行逻辑，而Steel则在链下完成计算并生成零知识证明，链上只需验证证明，无需重复执行合约逻辑。

目前，RISC Zero已发布Steel 1.0，并且已经有合作伙伴成功利用该工具开发了应用。例如，在一个处理约40万次SLOAD操作的合约调用中，通过Steel将计算转移至链下执行，随后在链上验证生成的零知识证明。证明生成成本不到10美元，链上验证成本低于30万Gas。

Kailua：推动Rollup架构创新的混合ZK方案

继发布Zeth后，RISC Zero推出了Kailua，旨在为乐观Rollup提供一种混合ZK Rollup的升级方案。传统乐观Rollup通常需要7天的挑战期，导致交易终局性较慢，而ZK Rollup虽然能快速实现终局性，但持续生成零知识证明的成本过高。Kailua创新性地结合了两者的优势，通过混合架构实现了成本与效率的平衡。作为Optimism Kona框架的扩展，Kailua不仅支持未经修改的Kona在zkVM上运行，还引入了创新的争议解决机制，降低了质押要求并减少了终局性延迟，从而提升了系统的效率和可用性。

在Kailua的架构中，争议机制采用了全新的设计。首先，其争议解决机制取消了时间限制，允许验证者在遇到网络中断等特殊情况时有充足时间生成证明，从而增强系统的弹性。即使在极端情况下，RISC Zero zkVM的扩展架构仍能在一小时内完成证明。此外，Kailua的按需验证功能让开发者能够灵活配置验证频率，以更低成本逐步过渡到完全验证的Rollup模式。

与ZK Rollup不同，Kailua的设计无需持续生成证明。对于低频率的空区块或具有特殊合约需求的Rollup，Kailua提供了一种更具成本效益的选择。同时，Kailua还显著降低了Rollup的质押成本需求。传统乐观Rollup的质押量会随着较长的终局性周期线性增加，而Kailua的优化设计将质押需求固定化，使得系统即使在长周期内依然能以更低成本维持安全性和活性。

目前，Kailua已完全开源。开发者可以使用其命令行工具部署本地的Optimism测试网络，并快速升级为支持ZK故障证明的网络。Kailua还支持模拟故障提案，帮助开发者了解验证者如何通过zkVM挑战错误状态，从而深入理解其争议解决机制。未来，Kailua还将进一步优化成本与性能，并扩展至更多的Rollup框架支持。

总结

从上述内容可以看出，RISC Zero的zkVM产品矩阵正在推动零知识证明技术在多个领域的发展。Zeth和Kailua专注于Rollup架构优化，提升了区块验证效率和争议解决速度。Bonsai提供远程证明服务，降低了硬件依赖和运行成本，使开发者能够更高效地构建应用。而Blobstream Zero通过高效验证跨链数据，为模块化区块链生态提供了可靠支持。此外，Steel通过链下计算与链上验证的模式，显著降低了智能合约执行的Gas成本。

在不断完善zkVM产品矩阵的同时，RISC Zero也在持续推动zkVM底层技术的创新。近日，RISC Zero zkVM发布了1.2版本，引入了一种全新的预编译方式，允许开发者将预编译逻辑与应用程序一起部署，而无需内置于zkVM本身。这意味着开发者可以添加新的预编译逻辑，而无需修改链上验证合约或协调证明者的配置，也无需对zkVM进行分叉或重大改动即可实现性能优化。此外，通过应用定义预编译，还可减少证明生成的计算成本。例如Automata集成RSA预编译后，将执行周期从3900万缩减到21.7万，成本降低了约180倍。

随着zkVM技术的不断优化，其发展潜力将在多个应用场景中逐步得到体现。但要更好地释放这些潜力，仍需依赖于生态协作和技术落地的实际表现。

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