Pico Prism zkVM树立证明覆盖范围与经济效能新标杆_文章

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Pico Prism zkVM树立证明覆盖范围与经济效能新标杆

2025-10-15 21:09:52

零知识虚拟机：开启无需信任验证的新纪元

零知识虚拟机（zkVM）能够在不重新运行程序的情况下，生成程序正确执行的加密证明。这项技术为无需信任验证、更高吞吐量和更具扩展性的应用打开了大门。可验证计算的长期目标是成为将互联网与区块链整合的标准，这与以太坊创始人Vitalik Buterin对高性价比且高频有效性证明的愿景相契合。当以太坊采用零知识证明技术后，用户或可不通过跨链桥直接利用抵押资产，从而提升流动性和资本效率。

Buterin的跨rollup聚合愿景

Buterin设想将多个rollup的证明聚合成单一证明，每个时段只需提交一次。这种设计能将结算活动集中在基础层，减少对跨链桥运营方的依赖，并通过以太坊实现几乎即时的跨rollup资产转移。

硬件需求降低与性能提升的突破

近期一项突破性进展缓解了人们对当前ZK技术成熟度的疑虑。基础设施提供商Brevis宣布，其Pico Prism zkVM在4500万gas限制的以太坊区块上实现了99.6%的记录证明覆盖率（低于12秒）和96.8%的实时证明覆盖率（低于10秒）。

与现有解决方案相比，Pico Prism的改进包括：硬件成本从25.6万美元降至12.8万美元；在同等性能下，GPU数量从160块RTX 4090减少到64块RTX 5090；4500万gas区块的平均证明时间从10.3秒缩短至6.9秒，3600万gas区块降至6.04秒；综合成本效率与速度指标提升3.4倍。

该系统现已转向生产就绪的基础设施，消除了以太坊向基础层零知识验证过渡的关键瓶颈。GPU硬件成本降低50%，使得大规模生产部署的实时证明在经济上具备可行性。

可扩展性与经济可行性的现存挑战

StarkNet、zkSync Era和Polygon zkEVM等zk rollup将数千笔以太坊交易压缩为单个零知识证明。即使使用数百块GPU或ASIC集群，为完整以太坊区块（约4500万gas）生成证明仍需10-20秒或更长时间。这些rollup依赖证明者在严格的可用性和最终性约束下生成多步骤状态转换证明。

该过程需要GPU等昂贵硬件，且所有阶段完成并将结果上链后才能实现最终性。随着rollup规模扩大，动态资源需求、快速最终性要求和吞吐量增长使得维持经济可行性愈发困难。近期基于Halo2证明系统的研究证实了这些挑战，指出最终时间、平均gas使用量和每秒交易量是主要成本驱动因素。

内存限制问题

现有许多zkVM仍需至少10秒生成单次证明，并面临内存和扩展限制，部分甚至需要长达82秒。证明生成时间与输入大小基本呈线性增长，从斐波那契数列第10项到第10万项的测试可见一斑。GPU实施方案通常能降低主机内存（CPU）占用，但会消耗大量GPU内存，基准测试显示GPU加速项目至少需要24GB显存。

内存效率的提升通常来自延续性技术实现、采用更小的加密字段，以及使用多项式IOPs等高效内存检查方案。特定zkVM的内存限制可能源于查找表多元多项式扩展和Merkle树构建。CPU限制则涉及多项式承诺方案和证明递归。

性能与安全性的权衡

单纯优化zkVM性能可能影响安全保障。部分zkVM项目因处于开发阶段或其他原因缺乏全面的安全验证。zkVM评估应纳入安全成熟度指标，包括严格的安全性证明、第三方审计完成度和形式化验证工作。Brevis通过零知识证明将昂贵的区块链计算转移到更经济的链下环境，在保持L1安全假设的同时实现Web3应用的无缝扩展。

零知识证明的简化、高效与可扩展之路

证明生成包含椭圆曲线运算、哈希函数计算、中间证明等多个阶段。鉴于零知识证明技术种类繁多且特性各异，理想方案取决于具体系统规范和应用场景。ZK-STARKs和ZK-SNARKs是两种典型变体，前者更适合复杂应用，后者更适配隐私交易。

密码学标准会随时间演进，零知识证明系统需能适应这些变化而不造成重大功能中断。就椭圆曲线运算而言，依赖BN254等椭圆曲线配对方案不具备量子安全性，需要用基于哈希或格构造的后量子方案替代。

当系统面临大量查询或交易时，复杂的计算流程会导致可扩展性问题。Zcash早期就遭遇过此类问题：每笔隐私交易都需要在个人电脑上生成zk-SNARK证明，单次证明耗时数十秒并占用超3GB内存，多数设备难以负荷。最终大部分交易因屏蔽交易速度过慢而失去隐私性，违背了加密货币的本质。Pico通过允许开发者定制证明机制，使零知识密码学变得更可扩展、高效且适应性强。

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