ZK協處理器是一種鏈下運算插件，類似CPU的GPU，可用於處理複雜運算和重數據。與Rollup差別在於ZK協處理器無狀態，可跨鏈使用，適用於複雜計算場景。雖然ZK處理器發展難度高、效能成本高，標準化不足，但可為區塊鏈提供補強，解決流動性匱乏、使用者去中心化等問題。例如，Giza可利用AI模型在智慧合約中進行驗證，Risc Zero提供零知識證明整合支持，Bervis、Lagrange等專案也在推動區塊鏈生態發展。隨著ZK協處理器的發展，區塊鏈領域可望迎來更多新創新應用。
作者：YBB資本研究員Zeke
結論
ZK協處理器(ZK Coprocessor)可視為從模組化概念衍生出的一種鏈下計算插件，其作用類似於我們傳統電腦中為CPU分擔圖形計算任務的GPU，即針對特定場景下分擔計算任務的處理器；
可用於處理複雜運算和重數據，降低Gas費，擴展智慧合約功能；
與Rollup的差異：ZK協處理器無狀態，可跨鏈使用，適用於複雜計算場景；
ZK處理器的開發難度高，效能成本高，標準化不足。而硬體方面又需要大量成本，儘管一年前已經成熟了許多，但仍處於早期階段；
基建邁入分散式通用區塊鏈時代，區塊鏈陷入流動性匱乏、用戶去中心化、缺乏創新與跨鏈互通性等多種問題，又與垂直擴容的L1之間形成悖論。 ZK處理器未來或許能為兩者提供很好的補強，讓兩者陷入困境，有問題可以解答舊應用及新興重應用提供效能支撐，帶來更多新鮮輔導。
一.模組化建構的另一個分支，ZK協處理器
1.1 ZK協處理器概述
ZK協處理器(ZK Coprocessor)可視為從模組化概念衍生出的一種鏈下計算插件，其作用類似於我們傳統電腦中為CPU分擔圖形計算任務的GPU，即針對特定場景下分擔計算任務的處理器。在這種設計框架下，公鏈所不擅長的「重數據」以及「複雜計算邏輯」任務可透過ZK協處理器去運算，鏈上只需收到返回的計算結果即可，其正確性則由ZK證明保證，最終實現對複雜任務的可信鏈下計算。
當下AI、socialFi、DEX、GameFi等熱門應用對於高效能和成本控制有著迫切的需求，在傳統方案中，這些需要高效能的「重應用」往往會選擇資產上鍊+鏈下應用的形式，或者單獨為應用設計一條應用鏈。但這些應用鏈存在一些固有的問題，例如前者存在黑盒子，後者存在開發成本高、脫離原鏈、流動性割裂等問題。
ZK處理器的存在就是為了解決這類問題，再舉一個更詳細的例子，我們可以把區塊鏈當作一個無法連網的終端（手機、電腦等），在這裡我們可以運行一些較簡單的應用，例如Uniswap等DeFi應用程式就可以在完全鏈上的一個運作。但當更流行的應用出現時，例如運行一個類似ChatGPT應用程序，此時公鏈的性能與存儲就會完全不足，並且Gas爆炸。在Web2的情況下，我們在運行ChatGPT時也是如此，常用的終端機本身並不能處理GPT-4o這種大語言模型，我們需要透過連網將問題傳達給OpenAI的伺服器，在經過伺服器運算結果後，我們會直接收到答案。 ZK處理器就類似區塊鏈的伺服器，只不過在針對不同類型項目的一個，不同處理器項目的設計上可能會有些許偏差，但底層的邏輯並不會有太大差別，都是透過鏈下計算+ZK證明或儲存證明進行驗證的方式。我們以Rise Zero的Bonsai部署為例，就能明白這種架構的邏輯很簡潔，經濟體無縫集成於Rise零自身的zkVM中，開發者要將Bonsai作為自我中心的平台簡單地信任兩個步驟：
寫一個zkVM應用程式來處理應用邏輯；
寫一個Solidity 合約，要求Bonsai 運行你的zkVM 應用程序，並處理結果。
1.2 與Rollup的差別是什麼？
在上文的定義中，我們會發現Rollup無論實現邏輯或目標，似乎都與ZK處理器有著高度整合的情況。但事實上Rollup更像主鏈的多核心化，兩者的具體差異如下：
1.主要目的：
Rollup：提高區塊鏈伺服器吞吐量和過濾。
ZK協處理器：擴展智慧合約的運算能力，使其能夠處理更複雜的邏輯和更多的資料。
2.工作原理：
總結：在匯總鏈上交易提至主鏈，透過信用證明或ZK證明。
ZK協處理器：與ZK Rollup相似，只不過五個應用場景不同，ZK Rollup僅限於鏈的形態與規則並不適合做ZK協處理器的工作。
3.狀態管理：
Rollup：維護自己的狀態，定期與主鏈同步。
ZK協處理器：不維護持久狀態，每次計算都是無效的。
4.應用場景：
Rollup：主要面向C端，適用於高頻交易。
ZK協處理器：主要面向B端，適用於需要複雜運算的場景，如高階金融模型、大數據等。
5.與主鏈的關係：
Rollup：可以作為主鏈的擴展，通常適用於特定的區塊鏈網路。
ZK協處理器： 可以存取多個區塊鏈服務，不提供特定的主鏈，所以同樣可以存取Rollup服務。
所以兩者本質上並不相衝突，甚至是互補的關係，即使某個Rollup以應用鏈的形式存在，ZK處理器仍然可以提供服務。
1.3 旅途
理論上ZK處理器應用範圍非常廣，基本上可以涵蓋各區塊鏈專案。 ZK處理器的存在使得Dapp功能更接近Web2化app的功能，以下是使用網路商店的一些示範實例：
數據驅動的DApp開發
ZKCommunity開發人員能夠創建利用全鏈歷史資料驅動型DApp，並執行複雜計算，無需額外的信任假設。這為DApp開發帶來了前所未有的想法，
進階分析：類似Dune Analytics的鏈上分析功能。
複雜業務邏輯:實現傳統中心化應用中的複雜演算法和業務邏輯。
跨鏈應用：基於多鏈資料建立跨鏈DApp。
DEX的VIP交易員計劃
一個典型的應用情境是在去中心化交易所(DEX)中實現基於交易量費用優惠計劃，即「VIP交易員忠誠度計劃」。 創新計畫在中心化交易所(CEX)中很常見，但在DEX中卻很少見。
使用ZK協處理器，DEX可以：
追蹤用戶歷史交易量
計算用戶VIP等級
根據政策調整
此功能可利用DEX提高用戶留存率，增加流動性，最終提升營收。
智能合約
ZK處理器可以作為強大的中間件，為智慧合約提供資料擷取、運算和驗證服務，從而降低成本並提高效率。因此，智能合約能夠：
大量歷史數據
執行的鏈下計算
實現更高階的業務邏輯
跨鏈橋技術
一些基於ZK的跨鏈橋技術，如Herodotus和Lagrange，也可被視為ZK協處理器的一種應用。這些技術主要關注資料擷取和驗證，為跨鏈通訊提供了可信任資料基礎。
1.4 ZK協處理器並不完美
雖然我們羅列了許多優點，但目前階段的ZK協處理器並不完美，我們很榮幸地面臨許多問題。
1.開發：ZK這個概念對許多開發者來說比較難理解，開發讚賞相關的密碼學知識以及掌握特定的開發語言和工具；
2.硬體成本：鏈下計算所使用的ZK需要完全由專案方完全承擔，ZK昂貴仍在發展中，通常需要淘汰。這是否是她願意相信的答案？
3.未來的失敗：技術上實現上其實不存在特別大的差別，最後很可能與當前Layer2的版本相似，有一些突出項目，但大部分都無人問津；
4.zk電路：在zk協處理器中執行鏈下計算需要將傳統電腦程式轉換為zk電路，為每個應用編寫的客製化電路非常繁雜，而使用zkvm在虛擬機器中編寫電路又存在計算模型不同造成美元較大的問題。
二. 實現大規模應用程式拼圖
（本章節操作性強，代表作者個人觀點）
這輪是以模組化建造來推動的周期，如果說模組化這條道路是正確的，那麼這個週期也許將是實現大規模應用的最後一步。不過在當前階段我們都會有個共同的感受，為什麼只能看到一些老酒新裝應用程序，為什麼鏈比應用還要多，為什麼銘文等新代幣目標就能被稱為本輪最大的創新？
為了解決這個問題，區塊鏈技術公司Rollup推出了一個區塊鏈時代核心，名為「關鍵先生」Celestia，它開創了區塊鏈分散式架構，旨在滿足區塊鏈技術的成本和性能要求，以及使用者門檻等問題。 Celestia的出現使得區塊鏈技術進一步發展，首先它基於以太坊區塊鏈，然後它又建立了DA架構，最終使分散式區塊鏈網路成為可能。最後，它又建立了一個區塊鏈網路基礎設施，名為“鐵順”，Blur開創了區塊鏈技術，要求用戶將Token質押在專案內部，這種對於比特幣、以太坊或比特幣的上漲、白嫖的Token的模式，進一步壓縮了區塊鏈網路的流動性。
曾經的多頭市場，資金只會在數到十幾條公鏈內流轉，甚至也可以說只中心化於以太坊。如今的資金去中心化在數百萬條公鏈，質押在數千個大差不差的項目中，鏈上繁榮的不再是以太坊上的活動。東方玩家在BTC生態裡PVP，西方玩家在Solana中PVP也是無奈之舉。所以我個人目前最關注的是如何促進全鏈流動性聚合，如何支撐新玩法與超級應用的誕生。在全鏈互通性基礎上，傳統的幾個頭部項目，其實一直表現不佳，它們依舊像傳統的跨鏈橋。而新式互通性方案在我們這裡更是談過，主要是透過聚合多鏈為單鏈的方式，目前在做的有AggLayer、Superchain、Elastic Chain、JAM等，此處就不再展開。
整體而言，聚合全鏈是模組化結構下所必須跨過的一道坎，但這條坎需要很長的時間。 而ZK處理器，是當前階段中更為關鍵的拼圖，除了能加強Layer2，它也能補強Layer1，那是否存在可以暫時跳過全鍊和三角悖論這兩個問題，未來能部分具備廣泛流動性的Layer1或是Layer2上先實現一些符合當下的應用？ 畢竟目前的區塊鏈應用缺乏競爭力。 一方面，實現區塊鏈的幫助，Gas控制、大規模應用的出現、以及降低用戶門檻，透過整合處理器也會是比投靠中心化更為理想的方案。
三.專案一覽
ZK協處理器的架構基本上是在23年左右湧現，在目前階段已經較成熟。依據Messari的分類，該架構目前已開發的項目可分為三個大領域（通用計算、互通和跨鏈、人工智慧和機器訓練），18個項目。其中大部分項目都由頭部VC支持，我們在下文中選取不同領域部分項目進行說明。
3.1 吉薩
Giza是部署在Starknet由StarkWare官方支援的一個zkML（零知識機器學習）協議，並沿著使人工智慧模型能夠在區塊鏈智慧合約中可驗證地使用。開發者可以將AI模型部署到Giza 網絡，隨後Giza透過零知識證明驗證模型的正確性，機器無需信任的方式將結果提供給智慧合約使用。這使得開發者能夠結合AI能力的鏈上應用，同時保持區塊鏈的中心化和可驗證性。
Giza 執行以下三個步驟完成流程：
模型轉換：Giza 將常用的ONNX 格式AI 模型轉換為可在零知識證明系統中運作的格式。這允許開發者使用熟悉的工具訓練模型，然後將其部署到Giza 網路。
鏈下推理：當智能合約請求AI模型推理時，Giza在鏈下實際的計算。這避免了在區塊鏈上運行複雜AI模型的高昂成本。
零知識驗證：Giza 為每次模型推理產生ZK證明，證明計算是正確執行的。這些證明在鏈上驗證，確保推理結果的正確性，而無需在鏈上重複整個計算過程。
Giza 的方法使得AI 模型可以作為智能合約的可信輸入來源，而不需要依賴中心化的預言機或可信執行環境。這為區塊鏈應用提供了新的可能性，例如基於AI 的資產管理、詐欺偵測、動態定價。這是目前Web3 x AI 中少數邏輯閉環項目之一，也是AI 領域中的一次妙用。
3.2 Risc零
Risc Zero由執行長兼執行長 Mark Kumoz）領導，該公司擁有超過100名開發人員和開發人員團隊，能夠為區塊鏈智慧合約的開發和驗證提供支援。 Risc Zero由執行長馬克·庫莫（Mark Kumoz）領導，該公司擁有超過100名開發人員和開發人員團隊，能夠為區塊鏈智能合約的開發和驗證提供支援。
我們在上文已經簡單提到了部署工作的流程，這裡再詳細說一下，兩個關鍵要素：
Bonsai：RISC Zero的Bonsai是目錄中的協處理器元件，它無縫整合於RISC-V指令集架構的zkVM，讓開發者在幾天內快速將高效能的零知識證明整合到以太坊、L1區塊鏈、Cosmos應用鏈、L2 rollups和dApps中，提供智慧合約直接呼叫、可驗證的鏈下運算、跨鏈互通和通用rollup功能，同時採用去中心化優先的分散式架構設計，結合了遞歸證明、客製化電路編譯器、狀態延續和持續改進的證明演算法，使我能夠為各種應用產生高效能的零知識證明。
zKVM：zkVM是一個可驗證的計算機，其運作方式類似於真實的嵌入式RISC-V微處理器。該虛擬機基於RISC-V指令集架構，允許開發人員使用Rust、C++、Solidity、Go等高級等多種語言，編寫可生成零知識證明的程序，支援超過70%的熱門Rust板條箱，實現了通用計算與零知識證明的無縫結合，能夠為任意複雜度的計算生成我們的零知識證明，同時保持計算過程的隱私和結果的可驗證性，zkVM預計包括STARK和SNARK引入ZK技術，通過Recursion Prover和STARK-to-SNARK Prover等元件實現我們的證明產生和驗證，支援鏈下執行和鏈上驗證的模式。
Risc Zero 已經與多個ETH 系列Layer2 集成，並且演示了多個Bonsai 的實例，其中較為有趣是Bonsai Pay 。該演示使用RISC Zero 的zkVM 和Bonsai 證明服務於發布，很難使用Google 帳戶在以太坊上發送或提取ETH 和代幣。它展示RISC Zero 如何將鏈上應用程式與OAuth2.0（Google 等主要身份提供者使用的標準）無縫集成，這是透過傳統的Web2 應用程式降低了Web3 用戶門檻的一次集成實例，這個集成實例還有基於DAO 等應用的範例。
3.3 =無；
=零；由Mina、Polychain、Starkware、區塊鏈Capital等知名專案與機構投資，請務必在Mina與Starkware創新zk技術前沿專案方也其中，說明對專案的技術認可仍必須。 =nil;也是我們研報「算力市場」中提及的項目。的Proof Market（去中心化證明產生市場），熱其實還有個子產品，zkLLVM。
zkLLVM是基於=nil;基金開發的創新電路編譯器，它能夠將C++、Rust等主流開發語言編寫的我們的程式碼自動轉化為以太坊上的我們可證明的電路，無需使用專門的零知識領域特定語言（DSL），從而大幅簡化開發流程，降低開發門檻，同時透過不涉及zkVM（零知識虛擬機）的方式提高業績，支援硬體加速以加快證明生成速度，適用於Rollups、跨鏈橋、預言機、機器學習和遊戲等多種ZK應用場景，其中=nil; 基金的Proof Market緊密整合，為開發者提供從電路創建到證明生成的端到端的支援。
3.4 短
經濟體量為Celer Network的子項目，Bervis是一種用於區塊鏈的智慧零知識（ZK）處理器，它使dApp能夠完全無信任的方式跨多個區塊鏈存取、運算和利用任意數據。同其它處理一樣，Brevis同樣擁有廣泛的經濟體量，例如數據驅動的DeFi、zkBridges、鏈上用戶獲取、zkDID、社交帳戶抽象化。
Brevis的架構主要由三個部分構成：
zkFabric：zkFabric是Brevis架構的中繼器。它的主要任務是收集並同步來自所有連接區塊鏈的區塊頭信息，最後透過ZK輕客戶端電路為每個收集的區塊頭生成共識證明。
zkQueryNet：zkQueryNet 是一個開源的ZK 引擎市場，它可以直接接受來自各個平台的請求，也可以透過ZK 引擎原始碼和ZK 引擎證明。這些引擎從通用資料庫（DEX 引擎）到應用程式開發（API）以及應用程式元件。
zkAggregatorRollup：充當zkFabric 和zkQueryNet 的聚合和儲存層。它驗證這兩個組件的證明，存儲經過證明數據，在其ZK 證明根提交給所有連接的區塊鏈，從而允許dApp 平台上鏈上智能合約的業務邏輯中訪問經過證明的。
透過這套模組化架構，Brevis 可存取所有支援的公鏈上智慧合約，提供無需信任、高效靈活的存取方式。在UNI的V4版本中也集成了接入現金功能，並透過協議中的Hooks(一個為各種用戶集成定制邏輯的系統)進行集成，以方便讀取歷史區塊鏈數據，降低Gas費，同時確保去中心化屬性。這是zk協處理器推動DEX的範例。
3.5 拉格朗日
Lagrange是由1kxFounders fund領投的互通性zk協處理器協議，該協議的主要目的是為無需信任的跨鏈互通性和需要大數據複雜計算提供商的創新提供支撐。 與傳統的節點橋不同，Lagrange的跨鏈互通性主要透過其創新的ZK大數據和國家委員會機制來實現。
ZK Big Data：該產品由Langrange核心和ZK引擎組成，主要負責處理和驗證跨鏈數據，產生相關的ZK證明。此元件包含了高度複雜的ZK協處理器，用於執行複雜鏈下運算和產生零知識證明，專門設計可驗證資料庫支援無限儲存槽和智慧合約SQL，動態更新機制更新資料點以減少證明時間，以及允許開發者在智能合約中使用SQL歷史資料而無需編寫複雜電路的整合功能，共同構成了一個大規模區塊鏈資料處理和驗證系統。
州委員會：此組件為一個去中心化的驗證網絡，由多個獨立節點組成，每個節點ETH作為質押。這些節點作為ZK輕客戶端，專門驗證特定最佳化的rollup狀態。州委員會與EigenLayer的AVS集成，利用重質機制增強安全性，支援數量節點參與，實現超線性安全性成長。它提供了“快速模式”，但由於一些跨鏈操作困難，大大提高了用戶體驗。需要考慮的問題是技術結合使Lagrange能夠高效處理大規模數據，執行複雜計算，並在不同區塊鏈間安全傳遞和驗證結果，為開發複雜跨鏈應用提供支援。
Lagrange在目前已經與EigenLayer、Mantle、Base、Frax、Polymer、LayerZero、Omni、AltLayer等集成，表現作為第一個ZK AVS在以太坊生態中的連結。
參考資料：
1.ABCDE：深入探討ZK 協處理器及其未來：https://medium.com/@ABCDE.com/en-abcde-a-deep-dive-into-zk-coprocessor-and-its-future-1d1b3f33f946
2.「ZK」就是你所需要的：https://medium.com/@gate_ventures/zk-is-all-you-need-238886062c52
3.Risc zero：https://www.risczero.com/bonsai
4.拉格朗日：https://www.lagrange.dev/blog/interoperability-for-modular-blockchains-the-lagrange-thesis
5.AxiomBlog：https://blog.axiom.xyz/
6. 氮氣加速ZK協處理器如何打破智慧合約資料障礙：https://foresightnews.pro/article/detail/48239
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