a16z深度解析：分阶段实现安全高效zkVM的完整路径

微想AI • 2025年3月13日 am7:13 • 资讯

zkVM：通往安全高效之路如何追踪发展进程

zkVM（零知识虚拟机）承诺将SNARK技术大众化，让任何人都能证明其程序在给定输入上的正确执行，无需专业SNARK知识。尽管其核心优势在于优化开发者体验，但zkVM目前仍面临安全性和性能的双重挑战。要实现这一愿景，设计者必须攻克这些难关。本文将分阶段探讨zkVM开发进程，揭示其发展所需的时间框架。

安全挑战与机遇

zkVM作为复杂软件项目，仍存在诸多漏洞。在性能方面，证明程序正确执行的速度可能比本地运行慢数十万倍，导致实际应用受限。尽管行业普遍看好zkVM的即时部署前景，但当前大量计算资源投入生成的链上活动证明，实质上只是模拟SNARK保护，要么依赖许可机制，要么存在安全隐患。实现安全高效的zkVM仍需数年时间。

安全阶段划分

基于SNARK的zkVM包含多项式交互式Oracle证明(PIOP)和多项式承诺方案(PCS)两大组件。zkVM将执行跟踪编码为约束系统，通过SNARK验证约束满足情况。确保此类复杂系统无错误唯有形式化验证。

安全阶段1：协议正确性
1. PIOP可靠性正式验证
2. PCS在加密假设或理想模型下的约束力证明
3. Fiat-Shamir转换在随机预言模型中的安全性证明
4. PIOP约束系统与VM语义一致性验证
5. 整合上述部分形成单一安全SNARK证明
若需零知识特性，还需验证信息不泄露见证人敏感数据。若涉及递归，需逐级验证所有PIOP、承诺方案和约束系统。

安全阶段2：验证器实现
关注验证器实际实现与协议一致性，确保协议合理性。验证器实现比证明器简单一个数量级，仅关注验证器而非证明器，因正确使用验证器即可保证可靠性，且验证器实现复杂度较低。

安全阶段3：证明器实现
证明器需正确生成前两阶段验证的证明系统，确保完整性。若需零知识，还需验证此属性。预计实现时间：第一阶段逐步推进，至少两年内无zkVM满足要求；第二、三阶段可同步推进，但完全达标需四年以上。

关键注意事项

Fiat-Shamir安全性存在未解决的研究问题，随机预言机理想化与现实差异可能导致安全隐患。无递归系统更稳固，但字节码缺陷会使证明失去意义。现阶段应优先满足安全性和性能要求，非量子安全SNARK可先满足需求，待后量子SNARK成熟再升级。

性能现状与挑战

当前zkVM证明开销系数接近百万倍，若程序需X个周期运行，证明成本约X百万CPU周期。尽管有观点认为成本可接受，但缺乏背景信息易产生误导。例如，即使速度提升千倍仍极慢，大规模计算需求将使性能更差，实时证明仍远超Optimism等区块链应用需求，GPU集群无法保证活性，百万美元成本远高于25美元的计算成本。

性能衡量标准

SNARK性能包含三要素：底层证明系统效率、应用程序优化、工程硬件加速。为排除混杂因素，应关注无预编译的CPU证明性能，类似评估钻石价值时不看抛光时间。

性能阶段目标

速度阶段1：单线程证明慢十万倍，验证成本合理
速度阶段2：单线程证明慢一万倍，或通过FPGA实现
速度阶段3：自动合成预编译实现千倍以下开销
内存阶段1：证明器内存少于2GB
内存阶段2：内存使用量少于200MB

预编译的争议

预编译虽能提升特定功能性能，但存在诸多问题：对多数应用仍慢，可能存在安全漏洞，开发体验差，I/O开销大且无RAM支持，无法适应多链场景。应优先提升底层效率，预编译需自动合成并形式验证，才能兼顾安全与开发体验。

发展时间表

预计部分zkVM今年晚些时候达成绩效阶段1和内存阶段1，两年内实现速度阶段2，但需新思路突破。后续阶段需数年时间。

总结

zkVM安全与性能相互关联，安全漏洞修复可能影响性能。现阶段应优先安全，待安全达标后再提升性能。zkVM有望普及零知识证明，但需克服安全挑战和性能瓶颈。明确里程碑可消除炒作干扰，实现目标需要持续努力。

本文网址：http://www.idea2003.cn/news/1189.html

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