Kiến trúc và cơ chế vận hành nội bộ

Các thành phần cốt lõi của ZK Coprocessor

Môi trường thực thi là thành phần trung tâm của hệ thống, thường được xây dựng dưới dạng máy ảo không kiến thức (zkVM) hoặc trình biên dịch circuit số học chuyên biệt. Môi trường này thực thi mã lệnh hoặc các tác vụ tính toán, chuyển đổi chúng thành mạch số học thích hợp cho quá trình sinh bằng chứng không kiến thức.

Prover là thực thể chịu trách nhiệm tính toán và sinh bằng chứng mật mã. Prover nhận dữ liệu đầu vào, thực hiện logic ngoài chuỗi, sau đó tạo bằng chứng ngắn gọn xác nhận tính chính xác của phép tính mà không tiết lộ thông tin nhạy cảm. Verifier, thường là hợp đồng thông minh trên blockchain mục tiêu, kiểm tra tính hợp lệ của bằng chứng với mức tiêu thụ tài nguyên tối thiểu. Cơ chế này cho phép quá trình xác minh nhẹ nhàng hơn nhiều so với thực hiện lại toàn bộ phép tính, từ đó bảo đảm xác thực hiệu quả trên chuỗi.

Một thành phần hỗ trợ quan trọng là giao diện dữ liệu, phụ trách phương thức truy xuất dữ liệu từ đa dạng nguồn cho coprocessor. Một số coprocessor truy xuất dữ liệu trực tiếp trên chuỗi, số khác tổng hợp tập dữ liệu lịch sử hoặc ngoài chuỗi, như mạng lưu trữ phi tập trung hoặc API ngoài chuỗi. Độ tin cậy của dữ liệu này cũng cần được xác minh, thường bằng chứng Merkle hoặc các cam kết mật mã tương tự.

Quy trình vận hành tính toán

Hoạt động của ZK Coprocessor tuân theo trình tự rõ ràng, tách rời xử lý tính toán phức tạp khỏi quá trình xác minh nhẹ nhàng. Quy trình bắt đầu khi một ứng dụng phi tập trung hoặc hợp đồng thông minh gửi yêu cầu thực hiện phép tính mà không thể tối ưu trên chuỗi. Coprocessor sẽ nhận yêu cầu này, đồng thời thu thập các dữ liệu đầu vào cần thiết từ trạng thái blockchain, nguồn dữ liệu ngoài chuỗi hoặc do người dùng cung cấp.

Sau khi có đủ dữ liệu đầu vào, coprocessor thực hiện phép tính trong môi trường zkVM hoặc biên dịch circuit số học của mình. Trong giai đoạn này, phép tính được chuyển thành mạch số học theo cấu trúc, cho phép sinh bằng chứng không kiến thức. Bằng chứng này tóm lược toàn bộ quá trình thực thi, giúp xác minh kết quả mà không phải chạy lại phép tính gốc.

Khi bằng chứng đã được sinh ra, nó được gửi trở lại blockchain. Hợp đồng thông minh verifier sẽ kiểm tra bằng chứng bằng các khóa xác minh công khai. Nếu bằng chứng hợp lệ, kết quả tính toán sẽ được chấp nhận để cập nhật trạng thái hoặc kích hoạt logic hợp đồng thông minh, hoặc làm dữ liệu đầu vào cho các quy trình phi tập trung khác. Quy trình này bảo đảm tính toàn vẹn phép tính cũng như hiệu quả xử lý.

Các kỹ thuật sinh bằng chứng

Quy trình này sử dụng các phương pháp mật mã hiện đại như cam kết đa thức và phép nhân đa vô hướng, chuyển đổi phép tính thành bộ ràng buộc đại số rồi giải để tạo ra bằng chứng súc tích.

Các hệ thống hiện đại tối ưu hóa quy trình này bằng nhiều kỹ thuật khác nhau. Biến đổi Fourier nhanh (FFT) hoặc Biến đổi số học (NTT) được áp dụng để tăng tốc xử lý đa thức, vốn là lõi xây dựng zk‑SNARK và zk‑STARK. Đệ quy cũng trở thành kỹ thuật phổ biến, cho phép lồng các bằng chứng vào nhau. Bằng chứng đệ quy giúp xác minh từng phần, chia nhỏ phép tính lớn thành các bằng chứng nhỏ rồi tổng hợp thành một xác thực duy nhất, tiết kiệm tài nguyên.

Các tối ưu hóa này là yếu tố then chốt để ZK Coprocessor phục vụ các khối lượng công việc thực tế. Nếu không có chúng, việc sinh bằng chứng sẽ trở nên chậm chạp hoặc quá tốn tài nguyên, làm giảm giá trị tính toán ngoài chuỗi.

Xác minh trên chuỗi

Quá trình xác minh diễn ra ngay trên blockchain mục tiêu và được tối ưu hóa để tiết kiệm tối đa tài nguyên tính toán. Khi coprocessor gửi bằng chứng, hợp đồng thông minh verifier vận hành thuật toán xác minh dựa trên các tham số được tính trước. Đối với zk‑SNARK, thường là thao tác kiểm tra ghép cặp với thời gian cố định; còn zk‑STARK verifier dựa vào cam kết mật mã dựa trên hàm băm và giao thức FRI (Fast Reed‑Solomon Interactive Oracle Proofs of Proximity).

Nhờ tính súc tích của bằng chứng không kiến thức, quá trình xác minh thường chỉ cần vài kilobyte dữ liệu và sử dụng rất ít gas so với phép tính trực tiếp trên chuỗi. Hiệu suất này giúp ZK Coprocessor có thể triển khai thực tiễn. Bằng chứng xác minh không chỉ độ chính xác của phép tính mà còn bảo đảm độ tin cậy dữ liệu đầu vào và tính xác định của kết quả đầu ra.

Mô hình bảo mật và các rủi ro tiềm ẩn

Bảo mật của ZK Coprocessor dựa trên nền tảng mật mã và cấu trúc hệ thống. Về mặt mật mã, độ an toàn dựa trên tính phức tạp của các vấn đề nền tảng như ghép cặp trên đường cong elliptic hay cam kết mật mã dựa trên hàm băm. Khi các nguyên thủy này đủ vững chắc, việc giả mạo bằng chứng là bất khả thi.

Dẫu vậy, các lỗ hổng vẫn có thể phát sinh từ cách coprocessor được thiết kế hoặc nguồn dữ liệu đầu vào. Một prover độc hại có thể cố tình phá vỡ các ràng buộc mạch hoặc đưa dữ liệu sai lệch vào tính toán. Để phòng tránh, coprocessor thường sử dụng cam kết đầu vào công khai, gốc Merkle hoặc nguồn dữ liệu đáng tin cậy nhằm bảo đảm dữ liệu hợp lệ. Quá trình kiểm toán mạch và xác minh hình thức chặt chẽ là bắt buộc để loại bỏ lỗi thiết kế.

Hệ thống cũng phải đảm bảo tính sống còn và khả năng phục vụ. Nếu coprocessor do bị kiểm soát bởi một bên, có thể phát sinh rủi ro về niềm tin hoặc kiểm duyệt. Các thiết kế mới tập trung phân cấp hóa mạng lưới coprocessor, cho phép nhiều prover tham gia cạnh tranh/hợp tác sinh bằng chứng, giảm phụ thuộc vào bất kỳ thực thể nào.