作者：Frank，PANews
4月10日，a16z Crypto发布了名为Jolt的zkEVM解决方案，旨在加速和简化区块链扩展操作。 Jolt整合了SNARK零知识证明，为EVM相容Rollups提供了框架，可以帮助开发人员创建基於SNARK的L2解决方案。团队表示，与目前的zkVM相比，Jolt的速度「快了两倍」。
由於Jolt的技术原理较为复杂，以下是关於可能涉及的几个技术名词关系的简单解释：
zkSNARK是一种强大的零知识证明原语，是建构zkVM和zkEVM的基础
zkVM是一个通用的零知识虚拟机器概念，支援任意指令集
zkEVM是zkVM的一个特例，专门用於相容EVM
ZK Rollup采用zkVM或zkEVM来提升以太坊的可扩展性，同时兼顾隐私性
Jolt是什麽？
Jolt 是一种新型的SNARK的解决方案，提供了一种更简洁，高效的方案来建构zkVM（零知识虚拟机）。实际上，早在2023年8月，a16z crypto就已经提出了名为Lasso和Jolt相关概念。在SNARK技术存在又慢又高昂的成本的背景下，这两项技术被提出。
其中Lasso，是一种新的查找参数，可以显着降低证明者成本；Jolt，使用Lasso 提供了一个新的框架，用於为所谓的zkVM 和更广泛的前端设计SNARK。它们共同提高了SNARK 设计的效能、开发人员体验和可审核性，进而提高了web3 中的建置。从而提升零知识证明在区块链领域的使用。
在理解Jolt之前，或许需要先了解zkVM和zkEVM。
zkVM是一个通用的概念，指零知识虚拟机器。与zkEVM类似，zkVM允许用高级语言如C++或Rust编写程序，然後虚拟机把程序编译成某种中间表示(如电路或算术约束)，再用zkSNARK等证明系统对中间表示的执行过程进行证明。相较於zkEVM，zkVM不限於相容EVM，而是支援任意指令集。 Jolt就是针对RISC-V指令集的高效能zkVM实作。
我们可以将zkVM视为一个特殊的“黑盒子”，它可以在保护隐私的前提下，向外界证明自己确实按照预定的程序执行了计算。但传统的zkVM在产生这个证明的过程中需要进行大量繁琐的计算，导致效能非常低。
Jolt的核心创新是找到了更有效率的数学方法，来产生这个证明:
首先，Jolt巧妙地将待证明的计算转化为一种特殊的多项式，我们姑且称之为「计算多项式」。这个多项式的特点是，只有当黑盒子确实正确执行了计算，它的值才会等於零。
为了证明「计算多项式」的值等於零，Jolt使用了一种称为「sumcheck」的互动式协定。这个协议可以在较短的时间内，让验证者确信多项式值为零，而不需要实际计算整个多项式。这有点类似老师只检查学生的几题，就能判断整份考卷是否正确。
Jolt的技术优势
关於Jolt的技术原理非常复杂，简单来说。在区块链网路的发展过程中，zkVM是一种在提升区块链网路拓展性的关键技术，能够在保障隐私的情况下提供有效的证明。 Vitalik在最近的香港Web3嘉年华的主题演讲中，就围绕着zkSNARK技术进行了详细的论述。 Vitalik表示：“寻找ZKSNARKS在隐私方面非常有用，在可扩展性方面也非常有用。”
但证明产生的速度和计算开销一直是zkSNARK技术实用化的一大挑战，也是近年来学术界和业界重点攻关的方向。传统的zkSNARK方案，如Pinocchio和Groth16，在证明较为复杂的运算逻辑时，证明产生的时间可能会长达几个小时甚至几天，而且需要消耗大量的记忆体和储存资源。这种效能瓶颈严重限制了zkSNARK在许多实际场景下的应用。
而如果想要让区块链实现大规模应用，达到即时验证的效果。提升zkSNARK的效能是非常关键的一步。
具体来说，zkSNARK的证明产生过程涉及复杂的密码学演算法，如椭圆曲线配对、多项式插值等，这些操作对计算资源的消耗非常大。尤其是当被证明的计算电路规模较大时，证明产生的计算复杂度会呈指数级上升。
根据a16z Crypto表示，在CPU 上，初始Jolt 实现大约比RISC Zero 快6 倍，比最近发布的SP1 快2 倍，并且未来几周内将Jolt 的速度提高约1.5 倍。
Jolt目前的速度已经比现有的zkVM快2倍以上，但仍有很大的最佳化空间。
Jolt也巧妙地利用多项式的某些代数性质，实现了更有效率的多项式承诺方案。这进一步减少了证明的大小和验证的时间。
Jolt可能带来的变化
从工程角度来说，Jolt采用了一系列最佳化手段，例如更紧凑的电路设计、更有效率的管线、更充分的平行化等等，最大限度地挖掘硬体的算力。
假设你是Web3开发者，想要在以太坊上部署一款链上扑克游戏。这个游戏需要在链上洗牌、发牌、比较牌面大小等，每个操作都需要透过zkVM电路来实现隐私保护和可验证性。
如果你使用现有的zkVM方案如ZoKrates或bellman，建构这样一个电路可能需要几个小时甚至几天的时间。因为目前的zkVM性能还较为低下，产生复杂电路的零知识证明需要大量的计算资源和时间开销。这意味着开发和测试周期会非常漫长。
而如果你使用Jolt来建构同样的电路，情况会发生显着变化。根据Jolt团队的测试，目前的Jolt实现产生证明的速度已经比主流的zkVM方案快2-5倍。这意味着，如果原来产生证明需要10个小时，现在可能只需要2-5个小时。
总的来说，Jolt所带来的2-5倍效能提升，意味着zkVM技术的可用性和易用性得到了大幅改善。这将显着降低Web3开发者的门槛，缩短应用程式的开发周期，同时为终端用户带来更好的使用体验。从更长远来看，Jolt有望加速zkVM技术的大规模应用，让更多的隐私保护和可验证运算能力惠及每一个Web3用户。
当然，Jolt目前还处於发展的早期阶段，2-5倍的效能提升只是一个开始。随着Jolt技术的不断迭代优化，zkVM的效能将得到进一步的突破，最终为实现Web3的大规模应用铺路。
