Новият фаворит на Виталик Бутерин: Какво е GKR протокол?

Ethereum съосновател Виталик Бутерн има разкри нарастващия му интерес към криптографска рамка, известна като Протокол на Голдрайх-Кахан-Ротблум (GKR)Той го описва като ключова част от технологията, захранваща много от най-бързите днес... доказване с нулево знание (ZK) системи.

В своята Скорошна статияБутерин обяснява, че GKR може драстично да намали разходите за доказателства, като премахне необходимостта от обработка на междинни слоеве данни. Вместо това, той се фокусира само върху ангажименти за входни и изходни данни, което позволява изчисленията да бъдат доказвани много по-ефективно.

Казано по-просто, GKR помага на ZK-доказващите инструменти – инструменти, които доказват, че изчисленията са извършени правилно – да работят по-бързо и по-евтино.

Основи: Какво прави протоколът GKR

Протоколът GKR е криптографска система за доказване проектиран да проверява сложни изчисления с по-малко работа. Той е особено ефективен за задачи, при които много малки операции се повтарят на няколко слоя – като хеш функции или обработка на невронни мрежи.

Вместо да записва всяка стъпка от изчислението, GKR опростява процеса. Той проверява само началната и крайната точка, пропускайки по-голямата част от това, което се случва между тях. Този дизайн го прави естествено подходящ и за двете. ZK-доказателства намлява Доказателства за изводи от машинно обучение, които споделят сходни структурни модели.

Тази концепция за „партидно × многослойно изчисление“ е в основата на ефективността на GKR. Той обработва големи набори от данни през множество слоеве, но избягва излишни криптографски ангажименти, запазвайки само най-същественото.

Защо GKR е важен за доказателства с нулево знание

Доказателствата с нулево знание са от основно значение за дългосрочните планове за мащабируемост на Ethereum. Те позволяват на едната страна да докаже, че изчислението е правилно, без да показва всички включени данни. Но повечето ZK-системи – като SNARK или STARK – консумират голяма изчислителна мощност, защото трябва да обработват всеки слой изчисления.

Протоколът GKR се справя с това затруднение.

Според Бутерин, когато се използва за доказване Хеш функции на Poseidon2, GKR може да намали теоретичните разходи за доказване от 100x до около 10x— огромно подобрение спрямо традиционните STARK.

Казано по-просто, може да направи ZK-доказателствата 10 пъти по-бързи и по-евтини.

Открийте обещаващи проекти...

Перспективни проекти...

(Реклама)

Статията продължава...

Ключовите компоненти зад ефективността на GKR

1. По-малко ангажименти

Традиционните STARK доказателства изискват ангажименти – криптографски обобщения – на всеки междинен слой на изчислението. Всеки ангажимент включва тежко хеширане и полиномиални операции.
GKR избягва това, като се ангажира само с входове и изходи, спестявайки хиляди операции на доказателство.

2. Протоколът Sumcheck

В основата на GKR се крие проверка на сумата, метод за проверка дали голямо изчисление е извършено правилно, без да се налага да се повтаря.

Всеки „кръг“ от проверка на сумата потвърждава, че специфични математически зависимости са валидни във всички слоеве данни. Този процес е лек намлява паралелизируем, което означава, че се мащабира добре на графични процесори или многоядрени процесори.

3. Трикът на Груен и линейно дозиране

Бутерин също споменава оптимизации като Номерът на Груен намлява линейно дозиране, което допълнително намалява разходите за памет и изчисления. Тези методи позволяват на множество подобни изчисления да споделят стъпките за проверка, вместо да се повтарят поотделно.

4. Частични рундове и хеширане на Poseidon2

В статията си Бутерин използва Хеш функцията на Poseidon2 като практически пример. Poseidon2 често се използва в ZK системи поради аритметично-ориентирания си дизайн. GKR го оптимизира с частични кръгове— по-леки математически цикли, които запазват само кубичните първи елементи — спестявайки време без намаляване на целостта на доказателството.

Как GKR се интегрира с други протоколи

Рамката GKR може да се комбинира с други системи за доказване, като например BaseFog намлява БЕЗПЛАТНО (Fast Reed–Solomon Interactive Oracle Proofs of Proximity). Тези интеграции позволяват на GKR-базираните доказателства да поддържат силни полиномни ангажименти, изискване за много мащабируеми ZK реализации.

В тези конфигурации GKR действа като „двигател“ за изчисления, докато системи като BaseFold или FRI обработват кодирането на данни и проверката на съгласуваността.

Сравняване на GKR със STARK

STARK (мащабируеми прозрачни аргументи на знанието) отдавна са стандартният метод за прозрачни ZK доказателства. Те са сигурни и не изискват доверие, но изискват големи изчислителни разходи.

Бутерин изчислява, че GKR намалява теоретичните разходи с до 100x в сравнение с традиционните системи, базирани на STARK. Реалните реализации показват дори по-добри резултати – понякога под 10 пъти режийните разходи.

Той обаче отбелязва, че тези числа зависят от хардуерната оптимизация. На практика, разместването на паметта по време на sumchecks може да забави нещата, но тъй като структурата на GKR е силно паралелна, производителността все още се мащабира по-добре от стандартните методи за хеширане.

Не е само по себе си нулево знание

Едно съществено разграничение: GKR не е протокол с нулево знание сам по себе си., Осигурява краткост– което означава, че прави доказателствата по-малки и по-бързи – но не крие информация.

За да се добави поверителност, пробните отпечатъци от GKR могат да бъдат опаковани в ЗК-СНАРК or ЗК-СТАРК система. Това наслояване позволява на разработчиците да комбинират подобренията в производителността на GKR с предимствата за поверителност на истинските доказателства с нулево знание.

Практическите приложения на GKR

Виталик подчертава как дизайнът на GKR е подходящ за широк спектър от задачи, изискващи големи изчисления. Примерите включват:

• Проверка на хеша: доказвайки, че милиони хешове са изчислени правилно.
• Валидиране на блокчейн: което позволява по-бързо доказване на ZK-EVM за Ethereum Layer 1.
• Доказателства за машинно обучение: проверка на стъпките за извод на големи езикови модели с минимални изчисления.

Тъй като GKR е подходящ както за криптографски, така и за изчисления в стил изкуствен интелект, той би могъл да играе жизненоважна роля в... ZK-ML (машинно обучение с нулево знание) системи.

Предизвикателството Фиат-Шамир: Необходимо е повишено внимание

Бутерин добавя и едно предупреждение. Въпреки че GKR ускорява изчисленията, неговата ефективност е свързана с един компромис –риск от предвидимост в определени вериги, които използват Евристика на Фиат-Шамир.

Този метод преобразува интерактивни доказателства в неинтерактивни, използвайки хеш функции, но ако се приложи небрежно, може да позволи предвидима случайност, отслабвайки сигурността. Бутерин съветва внимателно проектиране на схеми, за да се предотвратят подобни уязвимости.

Заключение

Протоколът GKR представлява промяна в начина, по който са структурирани криптографските доказателства. Вместо да се ангажира прекалено с всяка междинна стъпка, той рационализира процеса само до основните елементи.

За Ethereum и други блокчейн системи, които се стремят към по-бърза и по-евтина проверка, GKR предлага практичен път. Това не е маркетингово обещание, а набор от математически техники, които вече захранват следващата вълна от високоскоростни доказващи устройства както в областта на ZK, така и на AI.

Ресурси

1. Урок за GKR - статия от Виталик Бутерин: https://vitalik.eth.limo/general/2025/10/19/gkr.html

2. Платформа Виталик Бутерин X: https://x.com/VitalikButerin

3. Относно доказателствата с нулево знание: https://www.chainalysis.com/blog/introduction-to-zero-knowledge-proofs-zkps/