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ZKsync Airbender zkVM

· 11 min de leitura
Dora Noda
Dora Noda
Software Engineer

E se a prova de um bloco Ethereum levasse 35 segundos em vez de exigir um armazém de GPUs? Isso não é uma hipótese — é o que o Airbender da ZKsync está entregando hoje.

Na corrida para tornar as provas de conhecimento zero práticas para a infraestrutura de blockchain convencional, um novo benchmark surgiu. O Airbender, o zkVM RISC-V de código aberto da ZKsync, alcança 21,8 milhões de ciclos por segundo em uma única GPU H100 — mais de 6x mais rápido do que os sistemas concorrentes. Ele pode provar blocos Ethereum em menos de 35 segundos usando hardware que custa uma fração do que os concorrentes exigem.

O Problema da Prova​

As provas de conhecimento zero há muito prometem uma revolução criptográfica: a capacidade de verificar computações sem revelar os dados subjacentes. Para blockchains, isso significa compactar milhares de transações em uma única prova que qualquer nó pode verificar de forma barata. A tecnologia permite o escalonamento sem sacrificar a segurança.

O problema sempre foi a sobrecarga computacional. Gerar provas ZK é caro — tanto em tempo quanto em hardware. Até recentemente, provar um único bloco Ethereum exigia de 50 a 160 GPUs trabalhando em paralelo, com tempos de geração de prova medidos em minutos em vez de segundos. Com esses custos, a tecnologia ZK permaneceu limitada a rollups de Camada 2 especializados, em vez de se tornar uma infraestrutura onipresente.

O cenário competitivo de zkVM intensificou-se rapidamente. O SP1 da Succinct, o RISC Zero, o Jolt da a16z e agora o Airbender estão correndo para alcançar o que a Ethereum Foundation chama de "provação em tempo real" — gerando provas rápido o suficiente para acompanhar a própria produção de blocos. De acordo com o pesquisador da Ethereum Foundation, Justin Drake, "A provação em tempo real é um desbloqueio massivo para o Ethereum" porque "nos permite escalar a Camada 1 usando validadores ZK e clientes de execução ZK".

Arquitetura Técnica do Airbender​

O Airbender implementa o conjunto de instruções RISC-V 32I+M — o mesmo padrão aberto que está se tornando dominante no design de zkVM. A arquitetura opera em um loop padrão de busca-decodificação-execução, processando bytecode carregado via ROM em pedaços de aproximadamente 4 milhões de ciclos. O desempenho do provador escala horizontalmente ao "costurar" esses pedaços por meio de argumentos de memória.

O sistema suporta três configurações de prova:

  • Apenas CPU: Suficiente para desenvolvimento e testes
  • GPU Única: Pronta para produção na maioria dos casos de uso
  • Multi-GPU: Throughput máximo para aplicações de alto volume

Para configurações de GPU, a CPU lida com a simulação e o rastreamento RISC-V, enquanto a GPU computa a geração de testemunhas (witness) e as etapas de prova subsequentes. Essa divisão de trabalho otimiza as características computacionais de cada tipo de processador.

Os principais diferenciais técnicos incluem:

Aritmética de Campo Mersenne31: O Airbender usa operações aritméticas rápidas especificamente otimizadas para o desempenho de STARK, contribuindo para sua vantagem de velocidade.

Provas Baseadas em STARK: Ao contrário dos sistemas baseados em SNARK, a base STARK do Airbender oferece resistência quântica sem sobrecarga criptográfica adicional. O design modular permite atualizações à medida que novos padrões criptográficos surgem.

Escalonamento Linear de GPU: Em uma única RTX 4090, o Airbender prova 9,7 milhões de ciclos por segundo. O desempenho escala linearmente em várias GPUs, permitindo que os operadores troquem hardware por velocidade conforme necessário.

Confronto de Benchmarks: Airbender vs. a Concorrência​

O cenário de zkVM tem três concorrentes principais: SP1 da Succinct, RISC Zero e Jolt da a16z. Cada um representa uma abordagem diferente para o problema da prova, e os benchmarks do mundo real revelam diferenças marcantes.

Desempenho em GPU Única (H100)​

SistemaCiclos / SegundoVelocidade Relativa
Airbender21,8 MHz1x (referência)
SP1 Turbo3,45 MHz6,3x mais lento
RISC Zero1,1 MHz19,8x mais lento

Provação de Bloco Ethereum​

Para o caso de uso crítico de verificação de bloco Ethereum:

  • Airbender: ~ 35 segundos em uma única GPU H100; 17 segundos sem recursão
  • SP1 Hypercube: ~ 12 segundos, mas requer 50-160 GPUs (aproximadamente equivalentes a H100s)
  • Brevis Pico: média de 6,9 segundos usando 64 GPUs RTX 5090

Os requisitos de hardware contam a história real. O Airbender alcança um desempenho comparável a configurações multi-GPU usando uma única GPU comercial. Nos preços atuais de nuvem, isso se traduz em custos de prova de aproximadamente $ 0,0001 por transferência — mais de 10x mais barato do que o provador Boojum anterior da ZKsync.

Desempenho Ponta a Ponta​

Ao medir a geração completa da prova, incluindo a recursão:

  • O Airbender é 2,5-4x mais rápido que o SP1 Turbo
  • O Airbender é 8,5-11x mais rápido que o RISC Zero

De acordo com dados do Ethproofs, usando uma única RTX 4090, o Airbender atinge um tempo médio de verificação de 51 segundos a um custo inferior a um centavo — ambos os índices representam os melhores resultados entre os zkVMs.

O Cenário Competitivo de zkVM​

A corrida para construir o zkVM mais rápido não é puramente acadêmica. Esses sistemas sustentam a próxima geração da infraestrutura de blockchain: pontes cross-chain, rollups e, eventualmente, a própria camada base do Ethereum.

SP1 (Succinct)​

A força do SP1 reside na aceleração de GPU e em precompilações criptográficas otimizadas para cargas de trabalho de blockchain. O SP1 Hypercube, anunciado no final de 2025, demonstrou provação de Ethereum em tempo real em menos de 12 segundos — mas exigiu uma paralelizacão massiva. O SP1 se destaca em operações criptográficas específicas e possui ferramentas de desenvolvimento robustas, mas exige GPUs com mais de 24 GB de VRAM para cargas de trabalho de produção.

RISC Zero​

A RISC Zero foi pioneira na categoria zkVM pronta para produção e permanece altamente competitiva. O sistema afirma ser pelo menos 7 vezes menos dispendioso do que o SP1 em implementações na nuvem e até 60 vezes mais barato para pequenas cargas de trabalho. O zkVM 1.0 da RISC Zero suporta interoperabilidade de dApps em Ethereum, Base, Optimism, Arbitrum, World Chain e Starknet.

Jolt (a16z)​

O Jolt representa uma abordagem inovadora ao design de zkVM, com benchmarks iniciais mostrando melhorias de 6 vezes em relação ao RISC Zero e 2 vezes em relação ao SP1. No entanto, o Jolt permanece em beta (v 0.1) e enfrenta desafios de implementação em produção.

Onde o Airbender se Encaixa​

A abordagem de código aberto e licenciada pela MIT do Airbender o diferencia dos concorrentes. As empresas podem executar o provador por conta própria ou com qualquer provedor de hospedagem — sem aprisionamento tecnológico (vendor lock-in). A arquitetura baseada em STARK oferece resistência quântica sem os requisitos de configuração confiável (trusted setup) dos sistemas SNARK.

Uma análise independente da Fenbushi Capital caracterizou o mercado de zkVM em termos de três orientações estratégicas:

  • Orientado ao desempenho: Brevis Pico, SP1, Jolt e Zisk focam em baixa latência e provas em tempo real
  • Modularidade e escalabilidade: OpenVM, Pico e SP1 enfatizam a plugabilidade
  • Ecossistema e desenvolvimento geral: RISC Zero, SP1 e ZiSK focam no SDK e na compatibilidade de linguagens

O Airbender compete principalmente em desempenho bruto, mantendo a acessibilidade do código aberto.

Implementação em Produção: Já Está Online​

Ao contrário de muitos anúncios de zkVM, o Airbender não é vaporware. O sistema está ativo na mainnet, alimentando chains que aproveitam o ZKsync Atlas Upgrade. Todas as novas ZKsync Chains usarão o Airbender como seu sistema de prova, substituindo o provador Boojum.

As implementações atuais e futuras incluem:

  • Abstract: Chain focada no consumidor construída no ZK Stack
  • Sophon: Chain de jogos e entretenimento
  • GRVT: Exchange de derivativos híbrida
  • Lens: Protocolo social descentralizado
  • Memento: Chain de NFTs e mídia

Para desenvolvedores, os requisitos de hardware são acessíveis:

  • Desenvolvimento: CPU de laptop é suficiente
  • Produção: Qualquer GPU com 22 GB de RAM (RTX 4090, RTX 5090, L4 ou H100)

O código está disponível no GitHub em matter-labs/zksync-airbender, contendo circuitos RISC-V, um simulador e utilitários para geração de testemunhas (witness generation), criação de provas e verificação.

Roadmap 2026: Do Mais Rápido ao Universal​

O roadmap de 2026 da ZKsync posiciona o Airbender como algo mais do que um líder de desempenho — ele pretende se tornar um "padrão universal" para provação de conhecimento zero. As principais iniciativas incluem:

Auditoria Profunda e Verificação Formal: A segurança de nível de produção para implementações institucionais exige uma verificação rigorosa além dos benchmarks de desempenho.

Melhorias na Experiência do Desenvolvedor: Tornar o Airbender acessível a desenvolvedores que não são especialistas em criptografia expande significativamente a base de usuários em potencial.

Expansão Cross-Ecosystem: As ambições do Airbender se estendem além da ZKsync e do Ethereum para se tornar a infraestrutura de qualquer blockchain que exija verificação ZK.

O contexto mais amplo do mercado apoia essa ambição. O mercado global de provas de conhecimento zero está projetado para atingir 7,59bilho~esateˊ2033,crescendoaumataxade22,17,59 bilhões até 2033, crescendo a uma taxa de 22,1 % CAGR. Mais de 28 bilhões em Valor Total Bloqueado (TVL) estão distribuídos em rollups baseados em ZK hoje.

Por que Isso Importa Além dos Benchmarks​

O real significado do Airbender reside no que a provação rápida e barata possibilita:

Rollups Nativos: Em vez de depender de multisigs ou governança para segurança, os rollups ZK podem alcançar segurança "nativa" por meio de verificação criptográfica. Isso elimina suposições de confiança que atualmente tornam muitos rollups efetivamente centralizados.

Validadores ZK e Clientes de Execução: A provação em tempo real permite que a própria camada base do Ethereum aproveite a verificação ZK, aumentando potencialmente a taxa de processamento (throughput) sem comprometer a decentralização.

Segurança Cross-Chain: As zkVMs permitem computação verificável entre chains. Uma prova gerada em uma rede pode ser verificada em outra, criando a base para pontes sem confiança (trustless bridging) sem as vulnerabilidades de oráculos que têm assolado os protocolos cross-chain.

Verificação de IA: À medida que os sistemas de IA tomam decisões cada vez mais consequentes, as provas ZK podem verificar computações de IA sem revelar os pesos dos modelos proprietários. O desempenho do Airbender torna essa verificação prática para aplicações do mundo real.

A transição de "ZK como uma curiosidade de pesquisa" para "ZK como infraestrutura de produção" está acontecendo agora. A Brevis anunciou recentemente que seu zkVM Pico atendeu aos indicadores de Provação em Tempo Real da Ethereum Foundation (> 96 % de provas abaixo de 10s, custo < $ 100 mil). O SP1 Hypercube da Succinct demonstrou capacidades semelhantes. O Airbender se junta a essa vanguarda com foco na eficiência de hardware e na acessibilidade do código aberto.

Conclusão​

A vantagem de velocidade de 6x e a redução de custos de 10x do Airbender em relação aos sistemas anteriores não são melhorias incrementais — representam uma mudança de patamar no que é economicamente viável. Quando os custos de prova caem para menos de $ 0,0001 por transferência, a verificação ZK torna-se prática para casos de uso anteriormente descartados por serem muito caros.

A ZKsync tem trabalhado na vanguarda da tecnologia ZK desde 2018. Com o Airbender, a equipe entregou uma infraestrutura que torna as provas de conhecimento zero práticas para a implementação em larga escala. Resta saber se manterá a sua liderança de desempenho contra concorrentes em rápida iteração, mas o referencial (benchmark) foi estabelecido.

A era da prova ZK prática, barata e rápida chegou.

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Fontes​

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