Visão geral

A ampla adoção do Web3 enfrenta vários desafios, incluindo capacitar os desenvolvedores tradicionais do Web2 a fazerem a transição suavemente para o desenvolvimento de aplicativos blockchain sem exigir um extenso conhecimento de criptografia. zkWASM (Zero-Knowledge WebAssembly Virtual Machine) oferece uma solução eficaz para esse problema.

Ao combinar Provas de Conhecimento Zero (ZK) com WebAssembly (WASM), o zkWASM é projetado para facilitar a migração contínua de aplicativos da Web2 para o ecossistema Web3.

Com o zkWASM, os cálculos são processados off-chain, enquanto apenas a prova desses cálculos é armazenada on-chain. Essa abordagem permite que os desenvolvedores construam aplicativos descentralizados (dApps) usando linguagens de programação familiares como Rust, C++ e Go. Ao eliminar a necessidade de os desenvolvedores entenderem profundamente a tecnologia de Prova de Conhecimento Zero, o zkWASM diminui significativamente a barreira de entrada e aborda pontos-chave na transição da Web2 para a Web3.

Origem:https://delphinuslab.com/tutorial/

Conceitos Principais

zkWASM é principalmente construído em duas tecnologias-chave:

WebAssembly (WASM): WASM é um formato eficiente de bytecode que suporta linguagens como C, Rust e outras para serem executadas em navegadores ou máquinas virtuais de blockchain. Desenvolvido de forma colaborativa por Google, Mozilla, Microsoft e Apple, WASM oferece excelente desempenho e portabilidade, tornando-se amplamente adotado para desenvolvimento web de alta performance.

Fonte: @bhavani.indukuri2/webassembly-wasm-revolutionising-web-development-with-high-performance-and-portability-e4aef76391bb"">https://medium.com/@bhavani.indukuri2/webassembly-wasm-revolutionising-web-development-with-high-performance-and-portability-e4aef76391bb

Prova de Conhecimento Zero (ZK): ZK permite a um provador demonstrar a correção de uma computação a um verificador sem revelar os detalhes da própria computação.

zkWASM combina as vantagens de ambas as tecnologias, permitindo que os resultados da execução do código WASM sejam verificados por meio de provas de conhecimento zero, melhorando assim a privacidade e escalabilidade da blockchain.

Princípio de funcionamento

O núcleo do zkWASM reside em combinar o conjunto de instruções WASM com Provas de Conhecimento Zero (ZK) para alcançar uma computação eficiente e verificável. O fluxo de trabalho consiste nos seguintes passos:

1. Execução de Código WASM: WASM executa contratos inteligentes ou tarefas computacionais e produz resultados de computação.
2. Geração de Prova ZK: Utilizando a tecnologia de prova de conhecimento zero para gerar provas verificáveis para o processo de computação WASM.
3. Verificação da Correção da Computação: Os verificadores (como nós na rede blockchain) só precisam verificar a prova ZK sem reexecutar a computação, garantindo a corretude e credibilidade dos resultados da computação.

Como uma máquina virtual portátil, zkWASM permite que os desenvolvedores escrevam aplicativos de proteção de privacidade usando linguagens de programação familiares e os compilem no formato WASM. Os usuários podem executar esses aplicativos em seus navegadores como aplicativos regulares, sem a necessidade de suporte adicional de hardware ou software.

Projetos Chave

Laboratório Delphinus

Introdução:
Como pioneira no ecossistema zkWasm, a Delphinus Lab é especializada no desenvolvimento de soluções de computação confiável e kits completos de ferramentas para desenvolvedores (SDK). A equipe está apaixonada por reduzir a lacuna entre Web2 e Web3, facilitando para os desenvolvedores tradicionais adotarem a tecnologia blockchain.

Principais desenvolvimentos:
Construiu uma máquina virtual zkWasm de ponta que permite a computação segura fora da cadeia, garantindo a verificação na cadeia por meio de provas de conhecimento zero
Criou um ambiente de desenvolvimento versátil que suporta linguagens de programação populares, incluindo C, C++, Rust e AssemblyScript
Introduzido o zkWasm Hub - uma plataforma de nuvem inovadora onde os desenvolvedores podem descobrir, compartilhar e implantar aplicativos zkWasm com geração automática de prova e capacidades de processamento em lote

Aplicações:
A plataforma destaca-se na computação focada na privacidade, impulsiona o desenvolvimento de aplicativos descentralizados (DApps) e possibilita a implementação personalizada do protocolo Rollup.

Fonte: https://delphinuslab.com/?ref=blog.icme.io

ZKCROSS

Introdução:
ZKCROSS é uma camada de execução multi-cadeia zkRollup que alavanca a tecnologia zkWasm para permitir interoperabilidade entre cadeias e fornecer uma camada de execução universal.

Desenvolvimentos-chave:
Ele desacopla as camadas de execução e liquidação, oferecendo um ambiente de execução multi-cadeia confiável através da tecnologia zkWasm.
A plataforma facilita o desenvolvimento e implementação rápidos de produtos nativos de várias cadeias, garantindo segurança por meio de protocolos ZKP de ponta a ponta.

Aplicações:
Transferências de ativos entre cadeias, interações de jogos blockchain em diferentes cadeias e protocolos DeFi entre cadeias.

Fonte: https://www.zkcross.org/

Colaboração zkWasm entre Polygon e NEAR

Introdução:
A Polygon Labs e a NEAR Foundation uniram forças para desenvolver um zkWasm Prover para fornecer suporte de prova de conhecimento zero para blockchains baseadas em Wasm.

Principais desenvolvimentos:
A NEAR Foundation tornou-se um contribuinte essencial para o Polygon Chain Development Kit (CDK), permitindo que os desenvolvedores utilizem o zkWasm Prover ao construir blockchains de Camada 2 com ZK-powered.
Essa colaboração aprimora a interoperabilidade entre as cadeias Wasm e o ecossistema Ethereum, ao mesmo tempo que melhora a segurança e escalabilidade.

Aplicações:
A tecnologia é ideal para construir cadeias personalizadas de camada 2 alimentadas por ZK e suporta a expansão pelos ecossistemas EVM e Wasm.

Origem: https://polygon.technology/blog/polygon-labs-and-near-foundation-collaborate-to-build-a-zkwasm-prover-as-a-component-for-polygon-cdk

zkWasm Hub

Introdução:
O zkWasm Hub é uma plataforma de nuvem abrangente da Delphinus Lab que simplifica o desenvolvimento e implementação de aplicações zkWasm.

Principais desenvolvimentos:
Fornece armazenamento e acesso para imagens de aplicativos zkWasm, com suporte para acesso via APIs REST.
Suporta serviços de compilação e atualização automatizados, permitindo que os desenvolvedores implantem projetos do GitHub diretamente no zkWasm Hub.
Inclui um explorador de tarefas para monitorar os status das tarefas zkWasm.

Aplicações:
Ferramentas para desenvolvedores, plataforma de distribuição de aplicativos e serviços de nuvem descentralizados.

Fonte: https://zkwasmhub.com/

Comparação de zkEVM, eWASM e zkWASM

zkEVM se concentra em melhorar a privacidade e escalabilidade do Ethereum, suportando Solidity. O zkWASM visa a transição da Web2 para a Web3, oferecendo suporte para várias linguagens de programação tradicionais. O eWASM melhora a eficiência de execução de contratos inteligentes Ethereum e também suporta vários idiomas.

As principais diferenças entre zkEVM, zkWASM e eWASM residem em suas áreas de foco: zkEVM enfatiza a escalabilidade do Ethereum, zkWASM concentra-se em facilitar a migração de desenvolvedores tradicionais para Web3, e eWASM é dedicado a melhorar o desempenho de contratos inteligentes.

Fonte: https://hyperoracle.medium.com/zkwasm-o-próximo-capítulo-de-zk-e-zkvm-471038b1fba6

Vantagens

Privacidade aprimorada

zkWASM permite que os usuários executem contratos inteligentes ou tarefas computacionais, revelando apenas o resultado final sem divulgar os dados de entrada específicos. Por exemplo, os usuários podem realizar cálculos complexos off-chain e provar a correção do resultado usando provas de conhecimento zero (ZK) sem expor o processo de computação subjacente.

Computação Verificável

A execução tradicional de contratos inteligentes depende de todos os nós que executam cálculos redundantes. O zkWASM, no entanto, permite que os cálculos sejam realizados fora da cadeia, gerando uma prova ZK que os nós on-chain podem verificar para confirmar a correção do resultado. Essa abordagem reduz significativamente os custos de computação on-chain.

Alta Compatibilidade

Com as capacidades multiplataforma do WASM, o zkWASM suporta várias linguagens de programação como Rust, C++ e Go. Isso permite que os desenvolvedores construam programas de computação ZK usando ferramentas familiares.

Escalabilidade melhorada

Ao mover processos computacionais off-chain e enviar apenas provas ZK, zkWASM reduz significativamente a carga na computação on-chain, melhorando a escalabilidade do blockchain. Isso é especialmente importante para soluções de escalonamento como Rollups e protocolos de Camada 2.

Origem: https://delphinuslab.com/tutorial/

Desafios

Apesar das vantagens notáveis do zkWASM na proteção da privacidade, escalabilidade e compatibilidade entre plataformas, ainda existem vários desafios técnicos na sua adoção:

1. Sobrecarga Computacional Alta e Geração de Prova Custosa

Executar código WASM com zkWASM requer transformar cada passo computacional em um circuito de prova de conhecimento zero, aumentando significativamente a complexidade computacional.

Problema: Os esquemas de prova de conhecimento zero (por exemplo, ZK-SNARKs, ZK-STARKs) frequentemente envolvem operações matemáticas extensas e complexas, como compromissos polinomiais e cálculos de curvas elípticas. Esses processos podem resultar em tempos longos de geração de prova e alto consumo de recursos.

Otimização potencial: Pesquisar algoritmos de prova ZK mais eficientes e aproveitar a aceleração de hardware (por exemplo, FPGA, GPU) pode ajudar a reduzir a sobrecarga computacional.

2. Mapeamento Complexo de WASM para Circuitos de Conhecimento Zero

Embora o WASM seja projetado para execução eficiente, não é otimizado inerentemente para compatibilidade com provas de conhecimento zero. A conversão direta das instruções do WASM para circuitos ZK pode introduzir gargalos de desempenho.

Problema: O conjunto de instruções do WASM não se mapeia diretamente para o modelo de circuito aritmético usado em provas de conhecimento zero, levando a conversões ineficientes.

Otimização Potencial: Desenvolver uma representação intermediária (IR) mais eficiente pode ajudar a minimizar a sobrecarga computacional desnecessária e melhorar a adequação do código WASM para cálculos ZK.

3. Compatibilidade e Ecossistema de Desenvolvedores

Embora o WASM suporte várias linguagens, o zkWASM ainda deve se integrar com as ferramentas existentes no ecossistema ZK para reduzir as curvas de aprendizado dos desenvolvedores.

Problema: As linguagens ZK existentes (por exemplo, Circom, ZoKrates) e o ecossistema WASM têm pilhas técnicas distintas. Garantir que o zkWASM se integre perfeitamente com os ecossistemas blockchain e DApp mainstream é um desafio significativo.

Otimização potencial: Promover uma integração mais profunda do zkWASM com linguagens populares como Solidity, Rust e C++, fornecendo SDKs amigáveis ao usuário e estruturas de desenvolvimento.

4. Custos de Verificação de Prova e Escalabilidade On-Chain

Em ambientes de blockchain, as provas de conhecimento zero geradas por zkWASM devem ser verificadas on-chain. Como os recursos on-chain são limitados, otimizar os custos de verificação é crucial.

Problema: Embora a verificação de provas ZK seja muito menos intensiva em recursos do que reexecutar o cálculo, ainda pode resultar em taxas de gás altas em cadeias públicas como Ethereum.

Otimização potencial: Pesquisa de algoritmos de verificação mais eficientes (por exemplo, provas aggreGate.iod, provas recursivas) e aproveitamento de soluções de Camada 2 para simplificar a verificação on-chain e reduzir os custos de gás.

5. Desenvolvimento do ecossistema e padronização

Como uma tecnologia emergente, o zkWASM requer ferramentas de desenvolvimento robustas, suporte da comunidade e padrões da indústria para impulsionar uma adoção mais ampla.

Problema: zkWASM ainda está em seus estágios iniciais, com padrões de API limitados, cadeias de ferramentas para desenvolvedores e estruturas de auditoria, o que está retardando sua adoção.

Potencial de Otimização: Estabelecer SDKs de código aberto, ferramentas de teste e bibliotecas de contratos inteligentes pode incentivar uma participação mais ampla de desenvolvedores no ecossistema zkWASM, posicionando, em última instância, o zkWASM como uma solução de computação de privacidade universal no Web3.

O zkWASM, como uma combinação inovadora de WASM e provas de conhecimento zero, possui um potencial significativo em computação de privacidade, escalabilidade de Camada 2 e verificação de computação de IA. No entanto, para alcançar uma adoção generalizada, superar desafios-chave como sobrecarga computacional, problemas de compatibilidade, custos de verificação e desenvolvimento de ecossistemas é essencial. À medida que os algoritmos de prova de ZK melhoram, os avanços em aceleração de hardware e ferramentas de desenvolvimento amadurecem, o zkWASM está pronto para se tornar uma tecnologia central na computação de privacidade blockchain.

Perspectivas Futuras e Cenários de Aplicação

A inovadora arquitetura do zkWASM oferece um potencial imenso para aplicações descentralizadas. À medida que as tecnologias de Prova de Conhecimento Zero (ZKP) e WebAssembly (WASM) evoluem, o zkWASM está pronto para se tornar um elemento fundamental do ecossistema Web3, fornecendo soluções aprimoradas de privacidade, segurança e escalabilidade em diversas indústrias.

Com melhorias técnicas em andamento e uma cadeia de ferramentas de desenvolvimento mais madura, zkWASM fornecerá aos desenvolvedores um ambiente mais amigável, facilitando a adoção em Web3, DeFi, IA, IoT e outros setores, impulsionando assim uma adoção mais ampla da blockchain.

1. DeFi (Finanças Descentralizadas)

Processamento eficiente de transações: Ao realizar cálculos complexos off-chain e verificá-los com provas de conhecimento zero (ZK), zkWASM pode reduzir significativamente tanto os custos das transações quanto a latência. Isso o torna ideal para trocas descentralizadas (DEXs), criadores de mercado automatizados (AMMs) e outras aplicações DeFi.

Proteção de Privacidade: Aproveitando a tecnologia ZKP, zkWASM permite transações privadas onde os usuários podem transferir fundos ou executar contratos inteligentes sem revelar detalhes sensíveis da transação.

Interoperabilidade entre Cadeias: zkWASM, em combinação com soluções de cadeias cruzadas como ZKCROSS, facilita transferências de ativos e agregação de liquidez entre diferentes redes blockchain de forma contínua.

Caso de Uso: Suponha que o Usuário A queira trocar ETH por USDT de forma anônima. O zkWASM processa a transação fora da cadeia, registrando apenas o status final na cadeia. Isso garante proteção de privacidade e minimiza os custos da transação.

Fonte: https://app.uniswap.org/?lng=pt-BR

2. GameFi (Gaming Finance)

Lógica de Jogo Complexa: zkWASM suporta a execução de lógica de jogo complexa fora da cadeia (por exemplo, cálculos em tempo real em jogos online multijogador) e utiliza provas ZK para verificar os resultados, garantindo justiça e integridade.

Negociação e Gestão de NFT: Nos ecossistemas de GameFi, os ativos NFT (como itens de jogo, skins e colecionáveis) podem ser eficientemente negociados na camada Rollup otimizada da zkWASM, reduzindo significativamente os custos de transação.

Escalabilidade: Ao alavancar soluções de Rollup específicas de aplicativos de Camada 3/Camada 4, o zkWASM pode suportar uma grande concorrência de usuários, abordando os gargalos de desempenho que frequentemente afligem os jogos tradicionais on-chain.

Caso de uso: Suponha que o Jogador A e o Jogador B participem de uma partida competitiva. O resultado da batalha é calculado off-chain usando zkWASM, que verifica que o Jogador A venceu. O resultado é então registrado on-chain, onde o Jogador A recebe um cartão NFT raro como recompensa — tudo com custos de transação mínimos.

Fonte: https://axieinfinity.com/

3. SocialFi (Social Finance)

Redes Sociais Descentralizadas: zkWASM pode suportar plataformas sociais descentralizadas onde os dados do usuário são criptografados e armazenados com segurança usando Provas de Conhecimento Zero (ZKP), garantindo privacidade e propriedade dos dados.

Modelo de Incentivo Econômico: As plataformas SocialFi podem incentivar os criadores de conteúdo e usuários com recompensas de tokens. A alta capacidade de processamento e a estrutura de baixo custo do zkWASM o tornam adequado para lidar com microtransações em grande escala.

Verificação de conteúdo: Com a tecnologia ZKP, zkWASM pode verificar a autenticidade do conteúdo ou a propriedade dos direitos autorais, preservando a privacidade do usuário.

Caso de uso: Suponha que o Usuário A publique um artigo criptografado. zkVoice verifica sua originalidade e registra que recebeu 100 curtidas. A plataforma então aloca recompensas de token on-chain, garantindo a privacidade do usuário.

Origem: https://www.thetatoken.org/

4. AI (Inteligência Artificial)

Aprendizado de Máquina On-Chain: zkWASM permite a execução off-chain de inferência ou treinamento de modelos de IA complexos (por exemplo, cálculos de rede neural) e usa Provas de Conhecimento Zero para verificar os resultados on-chain, tornando-o ideal para aplicações de IA descentralizadas.

Computação Preservadora da Privacidade: Em setores sensíveis como saúde e finanças, zkWASM permite inferência de modelo de IA protegida por privacidade, permitindo que dados do usuário participem de cálculos sem exposição.

Ecossistema de IA tokenizada: zkWASM pode facilitar a tokenização de modelos de IA, promovendo inovação em IA impulsionada por incentivos e governança descentralizada.

Caso de uso: um paciente carrega dados criptografados de exames de sangue e o BioPassport prevê um alto risco de diabetes. zkWASM gera uma prova de "alto risco", que é então gravada on-chain. O médico pode revisar o resultado sem acessar os dados pessoais do paciente.

Origem: https://biopassport.io/

5. Migração de Aplicações Web2 Complexas para Web3

Aplicações Web2 Tradicionais: a versatilidade do zkWASM permite que ele execute lógicas Web2 complexas (por exemplo, plataformas de mídias sociais, sistemas de gerenciamento de conteúdo, plataformas de e-commerce) e as migre facilmente para a Web3 usando a tecnologia ZKP e Rollup.

Computação de Alto Desempenho: Ao combinar a execução off-chain com a verificação on-chain, o zkWASM pode suportar as demandas de desempenho de aplicativos Web2, mantendo a descentralização e a segurança.

Ambiente Amigável ao Desenvolvedor: A adoção generalizada do WebAssembly simplifica o processo de migração, reduzindo a barreira de entrada para os desenvolvedores Web2 que estão fazendo a transição para Web3.

Caso de uso: Suponha que o Usuário A compre um smartphone. O pedido é correspondido fora da cadeia, zkWASM verifica o inventário e o pagamento, e a transação é registrada na cadeia. As informações de logística criptografadas são armazenadas com segurança no IPFS.

Fonte: https://www.amazon.com/s?k=cell+phone&crid=2J18MS8O3AMA8&sprefix=cell+phone%2Caps%2C603&ref=nb_sb_noss_1

6. Sistemas de Identidade e Autenticação que Preservam a Privacidade

Identidade Descentralizada (DID): zkWASM pode ser aproveitado para construir sistemas de identidade de proteção de privacidade onde os usuários podem provar sua identidade ou qualificações sem revelar dados pessoais.

Autenticação de Conhecimento Zero: Em processos como Conheça Seu Cliente (KYC), zkWASM permite aos usuários provar que atendem a critérios específicos sem divulgar informações pessoais detalhadas.

Caso de uso: Um usuário que solicita um empréstimo faz upload de informações de passaporte criptografadas. zkWASM verifica se a idade do usuário excede 18 anos e gera uma prova on-chain confirmando a elegibilidade. A plataforma pode aprovar o empréstimo sem visualizar os detalhes reais do passaporte.

Fonte: https://getaverses.com/

7. Cadeia de Suprimentos e Rastreabilidade

Rastreabilidade Preservando a Privacidade: Na gestão da cadeia de abastecimento, zkWASM pode verificar as origens do produto, registros de transporte e outros dados importantes enquanto protege as informações comerciais sensíveis.

Assentamento Eficiente: Ao alavancar a tecnologia Rollup, zkWASM permite que transações multi-partes e registros na cadeia de suprimentos sejam processados de forma eficiente fora da cadeia, com apenas a prova final enviada para a cadeia.

Caso de uso: Um consumidor escaneia um código QR em uma caixa de leite, e o zkTrace verifica se ele se originou da Fazenda A e passou em inspeções de qualidade. Os dados de produção detalhados permanecem criptografados para proteção da privacidade.

Origem: https://ethglobal.com/showcase/zktrace-imqfh

8. Computação em Nuvem Descentralizada

Tarefas de Computação Distribuída: o zkWASM permite que tarefas de computação complexas sejam distribuídas entre nós off-chain para execução, com os resultados verificados on-chain usando Provas de Conhecimento Zero. Isso torna o zkWASM ideal para plataformas de computação em nuvem descentralizadas.

Otimização de recursos: Ao utilizar estratégias de expansão em camadas (por exemplo, Rollups L3/L4), o zkWASM aloca recursos de computação de forma eficiente, reduzindo custos e mantendo o desempenho.

Caso de Uso: Um pesquisador envia uma tarefa de dobramento de proteínas. Nós off-chain completam a computação, zkWASM verifica os resultados, e a transação é registrada on-chain com recompensas de token distribuídas de acordo.

9. Internet das Coisas (IoT) e Dispositivos Inteligentes

Comunicação Privada de Dispositivos: zkWASM permite a comunicação preservadora de privacidade entre dispositivos IoT, garantindo segurança e autenticidade dos dados por meio da verificação de Prova de Conhecimento Zero.

Microtransações: zkWASM suporta pagamentos em pequena escala entre dispositivos inteligentes (por exemplo, comércio de energia ou compartilhamento de dados) com transações de baixo custo e alta capacidade, impulsionadas pela tecnologia Rollup.

Caso de uso: O painel solar da casa A vende a energia excedente para a casa B. A transação é processada off-chain, zkWASM verifica o resultado e o pagamento é registrado on-chain com custos mínimos.

Origem: https://bloxmove.com/

10. Outras Aplicações Potenciais

Votação e Governança: O zkWASM pode alimentar sistemas de votação anônimos baseados no ZKP, garantindo a privacidade do eleitor, mantendo a transparência e a verificabilidade dos resultados.

Gestão de Dados Médicos: zkWASM pode proteger a privacidade do paciente enquanto permite compartilhamento e análise seguros de dados no setor de saúde.

Educação e certificação: o zkWASM pode facilitar a emissão de certificações acadêmicas e de habilidades descentralizadas, garantindo que sejam invioláveis e facilmente verificáveis.

Conclusão

O zkWASM foi projetado para enfrentar as barreiras técnicas enfrentadas ao migrar aplicativos da Web2 para a Web3, impulsionando uma adoção mais ampla das tecnologias Web3. Ao combinar linguagens de programação tradicionais com a tecnologia de Prova de Conhecimento Zero (ZKP), o zkWASM oferece segurança aprimorada, proteção de privacidade e interoperabilidade, tornando mais fácil para os aplicativos da Web2 fazerem a transição suavemente para plataformas da Web3. Os desenvolvedores podem criar aplicativos descentralizados (dApps) usando linguagens de programação familiares como Rust, C++ e Go sem precisar entender profundamente conceitos complexos de blockchain, reduzindo significativamente a barreira de desenvolvimento.

As aplicações potenciais do zkWASM são extensas, abrangendo setores como DeFi, GameFi, SocialFi, IA, migração para Web2, proteção de privacidade, rastreabilidade da cadeia de suprimentos, computação em nuvem descentralizada e IoT. Ao aproveitar as tecnologias ZKP e Rollup, o zkWASM oferece alto desempenho, proteção de privacidade e escalabilidade, fornecendo suporte técnico essencial para o avanço do Web3.

Embora o zkWASM ainda enfrente desafios relacionados à sobrecarga computacional, maturidade do ecossistema de desenvolvimento e custos de verificação de prova, melhorias tecnológicas contínuas e a adoção de aceleração de hardware estão gradualmente desbloqueando seu potencial. No futuro, o zkWASM está preparado para se tornar uma tecnologia chave para computação descentralizada, impulsionando o ecossistema Web3 rumo a uma maior eficiência, segurança e inclusão.