Архитектура и принцип работы

Ключевые компоненты ZK-копроцессора

ZK-копроцессор включает несколько основных элементов, которые взаимодействуют между собой для передачи вычислений вне основной цепи при сохранении возможности проверки. В основе системы находится исполнительная среда — зачастую она реализуется как виртуальная машина с нулевым разглашением (zkVM) либо специализированный компилятор арифметических схем. Исполнительная среда интерпретирует код или задачи и преобразует их в арифметическую схему, пригодную для построения доказательства с нулевым разглашением.

Доказатель — это тот, кто выполняет само вычисление и генерирует криптографическое доказательство. Он получает входные данные, обрабатывает их вне цепи и формирует краткое доказательство, подтверждающее корректность вычислений без раскрытия чувствительной информации. Верификатор, обычно в виде смарт-контракта на целевом блокчейне, проверяет это доказательство, затрачивая минимальные вычислительные ресурсы. По замыслу архитектуры, процесс проверки значительно менее ресурсоемкий, чем само вычисление, что обеспечивает эффективную верификацию результатов в блокчейне.

Еще один важный элемент — интерфейс данных, который отвечает за доступ к информации из внешних и внутренних источников. Некоторые копроцессоры напрямую обращаются к данным блокчейна, другие агрегируют внешние или исторические данные, включая децентрализованные хранилища и off-chain API. Целостность этих данных подтверждается криптографически — нередко с применением Merkle-доказательств или аналогичных механизмов.

Последовательность вычислений

Работа ZK-копроцессора строится по четко определенной схеме: сложные вычисления выполняются отдельно, а проверка остается легковесной. Все начинается с того, что децентрализованное приложение или смарт-контракт инициирует вычисление, которое нецелесообразно выполнять внутри блокчейна. Запрос направляется на копроцессор, который собирает все необходимые входные данные — из состояния блокчейна, внешних каналов или от пользователя.

Когда входные данные получены, копроцессор выполняет вычисления в собственной среде zkVM или внутри схемотехнического окружения. На этом этапе задача преобразуется в структурированную арифметическую схему, позволяющую сгенерировать доказательство с нулевым разглашением. Доказательство отражает всю логику вычислений — и позволяет проверить их корректность без повторного выполнения.

Сгенерированное доказательство возвращается в блокчейн. Верификационный смарт-контракт проверяет его с помощью заранее известных публичных ключей. Если результат подтвержден, вычисление считается валидным: это может привести к обновлению состояния цепи, активации логики смарт-контракта или стать входом для дальнейших децентрализованных операций. Такой подход позволяет поддерживать целостность вычислений без потерь эффективности.

Методы генерации доказательств

Генерация доказательств — наиболее ресурсоемкий этап архитектуры ZK-копроцессора. Здесь применяются сложные криптографические методы — полиномиальные коммитменты, многоскалярные умножения — для сведения вычислений к системе алгебраических ограничений. Решение этих ограничений позволяет получить компактное доказательство.

Современные системы ускоряют этот процесс с помощью ряда технологий. Быстрое преобразование Фурье (FFT) либо числовые преобразования (NTT) значительно ускоряют работу с полиномами, что важно для схем zk‑SNARK и zk‑STARK. Рекурсия — еще одна актуальная техника, позволяющая вкладывать доказательства друг в друга. Рекурсивные системы верификации реализуют поэтапную проверку: большие вычисления разбиваются на малые, затем агрегируются в одно итоговое доказательство.

Подобные оптимизации крайне важны для масштабирования ZK-копроцессоров на практике. Без них генерация доказательств заняла бы слишком много времени и ресурсов, что нивелировало бы преимущества вынесенных вычислений.

Ончейн‑верификация

Этап проверки выполняется уже на целевом блокчейне и изначально проектируется так, чтобы затраты вычислительных ресурсов были минимальны. Получив доказательство, смарт-контракт верификатора запускает алгоритм проверки с использованием заранее вычисленных параметров. В случае zk‑SNARK это обычно постоянная по времени парная проверка, а zk‑STARK опирается на коммитменты на базе хеш-функций и протоколы FRI (Fast Reed‑Solomon Interactive Oracle Proofs of Proximity).

Компактность zero-knowledge‑доказательств позволяет верифицировать их, обрабатывая лишь несколько килобайт данных — и при этом тратить лишь малую долю ресурсов (газа) по сравнению с полным аналогичным вычислением в цепи. Такая эффективность делает применение ZK‑копроцессоров экономически оправданным на практике. Доказательство гарантирует не только корректность вычислений, но также целостность входных данных и однозначность результата.

Модель безопасности и угрозы

Безопасность ZK‑копроцессоров базируется одновременно на криптографической надежности и грамотной архитектуре системы. Криптографические гарантии обеспечены сложностью исходных задач — например, спаривания на эллиптических кривых или хеш-коммитменты. Пока эти алгоритмы считаются стойкими, подделать соответствующие доказательства невозможно.

Однако уязвимости могут возникнуть при реализации копроцессора или при получении данных. Злоумышленник-доказатель может попытаться обойти ограничения схемы или подставить неверные данные. Для предотвращения этого копроцессоры используют публичные коммитменты входных данных, Merkle‑корни или доверенные источники. Аудит схем и формальная верификация — необходимые меры для исключения ошибок в проектировании.

Система в целом также должна обеспечивать живучесть и доступность. Централизация или контроль копроцессора одной стороной ведет к рискам доверия и возможной цензуры. Новые решения ориентированы на децентрализацию сетей копроцессоров, чтобы несколько доказателей могли конкурировать или взаимодействовать при генерации доказательств, снижая зависимость от одного участника.