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ZKsync Airbender zkVM

· 阅读需 11 分钟
Dora Noda
Dora Noda
Software Engineer

如果证明一个以太坊区块只需要 35 秒，而不是需要一整个仓库的 GPU，会怎样？这并非假设——这就是 ZKsync 的 Airbender 如今正在实现的目标。

在让零知识证明在主流区块链基础设施中变得实用的竞赛中，一个新的基准已经出现。Airbender 是 ZKsync 的开源 RISC-V zkVM，在单张 H100 GPU 上实现了每秒 2180 万次循环 —— 比竞争系统快 6 倍以上。它可以使用成本仅为竞争对手一小部分硬件，在 35 秒内证明以太坊区块。

证明难题​

零知识证明（Zero-knowledge proofs）长期以来一直承诺着一场密码学革命：在不泄露底层数据的情况下验证计算的能力。对于区块链而言，这意味着将数千笔交易压缩成一个任何节点都可以廉价验证的证明。该技术在不牺牲安全性的情况下实现了扩展。

难点始终在于计算开销。生成 ZK 证明的成本很高 —— 无论是在时间还是硬件方面。直到最近，证明单个以太坊区块还需要 50 到 160 张 GPU 并行工作，证明生成时间以分钟而非秒计。在这些成本下，ZK 技术仍局限于专门的 Layer 2 Rollup，而未能成为无处不在的基础设施。

zkVM 的竞争格局迅速加剧。Succinct 的 SP1、RISC Zero、a16z 的 Jolt，以及现在的 Airbender 都在竞相实现以太坊基金会所谓的“实时证明（real-time proving）” —— 生成证明的速度足以跟上区块生产本身。根据以太坊基金会研究员 Justin Drake 的说法，“实时证明是以太坊的一次巨大解锁”，因为它“使我们能够利用 ZK 验证器和 ZK 执行客户端来扩展 Layer 1”。

Airbender 的技术架构​

Airbender 实现了 RISC-V 32I+M 指令集 —— 这是在 zkVM 设计中日益占据主导地位的开放标准。该架构在标准的“取指-译码-执行（fetch-decode-execute）”循环中运行，处理通过 ROM 加载的大约 400 万个循环块中的字节码。证明器性能通过内存参数将这些块“缝合”在一起来水平扩展。

该系统支持三种证明配置：

  • 纯 CPU：足以满足开发和测试需求
  • 单 GPU：适用于大多数用例的生产就绪型
  • 多 GPU：适用于高业务量应用的最大吞吐量

对于 GPU 配置，CPU 处理 RISC-V 模拟和追踪，而 GPU 计算见证生成（witness generation）和随后的证明步骤。这种分工针对每种处理器类型的计算特性进行了优化。

关键的技术差异化点包括：

Mersenne31 域算术：Airbender 使用专门针对 STARK 性能优化的快速算术运算，这促成了其速度优势。

基于 STARK 的证明：与基于 SNARK 的系统不同，Airbender 的 STARK 基础提供了抗量子性，且无需额外的密码学开销。模块化设计允许在新的密码学标准出现时进行升级。

线性 GPU 扩展：在单张 RTX 4090 上，Airbender 每秒可证明 970 万次循环。性能可在多张 GPU 之间线性扩展，使运营商能够根据需要用硬件换取速度。

基准测试大对决：Airbender vs. 竞争对手​

zkVM 领域有三个主要的竞争对手：Succinct 的 SP1、RISC Zero 和 a16z 的 Jolt。每种系统都代表了解决证明问题的不同方法，而现实世界的基准测试揭示了显著的差异。

单 GPU 性能 (H100)​

系统循环/秒相对速度
Airbender21.8 MHz1x (基准)
SP1 Turbo3.45 MHz慢 6.3 倍
RISC Zero1.1 MHz慢 19.8 倍

以太坊区块证明​

对于以太坊区块验证这一关键用例：

  • Airbender：在单张 H100 GPU 上约 35 秒；不含递归为 17 秒
  • SP1 Hypercube：约 12 秒，但需要 50-160 张 GPU（大致相当于 H100）
  • Brevis Pico：使用 64 张 RTX 5090 GPU 平均耗时 6.9 秒

硬件要求揭示了真实情况。Airbender 使用单张通用 GPU 实现了与多 GPU 设置相当的性能。按照目前的云端定价，这转化为每笔转账约 0.0001 美元的证明成本 —— 比 ZKsync 之前的 Boojum 证明器便宜 10 倍以上。

端到端性能​

当测量包含递归的完整证明生成时：

  • Airbender 比 SP1 Turbo 快 2.5-4 倍
  • Airbender 比 RISC Zero 快 8.5-11 倍

根据 Ethproofs 的数据，使用单张 RTX 4090，Airbender 实现了 51 秒的平均验证时间，成本低于一美分 —— 这两项指标都代表了 zkVM 中的最佳结果。

zkVM 竞争格局​

构建最快 zkVM 的竞赛不仅仅是学术性的。这些系统支撑着下一代区块链基础设施：跨链桥、Rollup，以及最终的以太坊基础层本身。

SP1 (Succinct)​

SP1 的优势在于针对区块链工作负载优化的 GPU 加速和加密预编译。2025 年底宣布的 SP1 Hypercube 展示了在 12 秒内完成以太坊实时证明的能力——但需要大规模的并行化。SP1 在特定的加密操作中表现出色，并拥有强大的开发者工具，但在生产工作负载中需要显存超过 24GB 的 GPU。

RISC Zero​

RISC Zero 开创了生产就绪的 zkVM 类别，并保持着极强的竞争力。该系统声称在云部署中比 SP1 便宜至少 7 倍，对于小型工作负载甚至便宜高达 60 倍。RISC Zero 的 zkVM 1.0 支持以太坊、Base、Optimism、Arbitrum、World Chain 和 Starknet 之间的 dApp 互操作性。

Jolt (a16z)​

Jolt 代表了一种全新的 zkVM 设计方法，早期基准测试显示其性能比 RISC Zero 提升了 6 倍，比 SP1 提升了 2 倍。然而，Jolt 仍处于 Beta 阶段 (v0.1)，并面临生产部署的挑战。

Airbender 的定位​

Airbender 的开源、MIT 许可方式使其在竞争对手中脱颖而出。企业可以自行运行证明器，或与任何托管服务商合作——不存在供应商锁定。基于 STARK 的架构提供了抗量子性，且无需 SNARK 系统所需的可信设置（trusted setup）。

来自分布式资本 (Fenbushi Capital) 的独立分析将 zkVM 市场归纳为三个战略方向：

  • 性能导向：Brevis Pico、SP1、Jolt 和 Zisk 专注于低延迟和实时证明
  • 模块化与可扩展性：OpenVM、Pico 和 SP1 强调可插拔性
  • 生态系统与通用开发：RISC Zero、SP1 和 ZiSK 专注于 SDK 和语言兼容性

Airbender 主要在原始性能上进行竞争，同时保持开源的可访问性。

生产部署：已经上线​

与许多 zkVM 公告不同，Airbender 并非“空中楼阁 (vaporware)”。该系统已在主网上线，为利用 ZKsync Atlas 升级的链提供动力。所有新的 ZKsync 链都将使用 Airbender 作为其证明系统，取代 Boojum 证明器。

当前和即将进行的部署包括：

  • Abstract：基于 ZK Stack 构建的面向消费者的链
  • Sophon：游戏和娱乐链
  • GRVT：混合衍生品交易所
  • Lens：去中心化社交协议
  • Memento：NFT 和媒体链

对于开发者来说，硬件要求非常亲民：

  • 开发阶段：笔记本电脑 CPU 即可胜任
  • 生产阶段：任何配备 22GB 显存的 GPU (RTX 4090、RTX 5090、L4 或 H100)

代码可在 GitHub 上的 matter-labs/zksync-airbender 获取，其中包含 RISC-V 电路、模拟器以及用于见证生成、证明创建和验证的工具。

2026 路线图：从最快到通用​

ZKsync 的 2026 年路线图将 Airbender 定位为不仅仅是一个性能领导者，而是旨在成为零知识证明的“通用标准”。关键举措包括：

深度审计与形式化验证：机构级部署的生产级安全需要超越性能基准的严谨验证。

开发者体验改进：让非密码学专家的开发者也能使用 Airbender，从而显著扩大潜在用户群。

跨生态系统扩展：Airbender 的野心不限于 ZKsync 和以太坊，而是要成为任何需要 ZK 验证的区块链的基础设施。

更广泛的市场背景也支持这一雄心。全球零知识证明市场预计到 2033 年将达到 75.9 亿美元，复合年增长率 (CAGR) 为 22.1%。如今，ZK Rollups 的总锁仓价值 (TVL) 已超过 280 亿美元。

为什么这比基准测试更重要​

Airbender 的真正意义在于快速、廉价的证明所带来的可能性：

原生 Rollups：ZK Rollups 不再依赖多签或治理来保证安全，而是可以通过加密验证实现“原生”安全。这消除了目前使许多 Rollup 实际上处于中心化状态的信任假设。

ZK 验证器和执行客户端：实时证明使得以太坊基础层本身能够利用 ZK 验证，在不损害去中心化的情况下潜在地提高吞吐量。

跨链安全：zkVM 实现了跨链的可验证计算。在一个网络上生成的证明可以在另一个网络上进行验证，为无须信任的桥接打下了基础，解决了困扰跨链协议的预言机漏洞问题。

AI 验证：随着 AI 系统越来越多地做出重大决策，ZK 证明可以在不泄露专有模型权重的情况下验证 AI 计算。Airbender 的性能使得这种验证在现实应用中变得可行。

从“作为研究好奇心的 ZK”到“作为生产基础设施的 ZK”的转型正在发生。Brevis 最近宣布其 Pico zkVM 达到了以太坊基金会的实时证明指标 (>96% 的证明在 10 秒内完成，成本 <$10 万)。Succinct 的 SP1 Hypercube 也展示了类似的能力。Airbender 以其对硬件效率和开源可访问性的关注，加入了这一先锋行列。

核心总结​

Airbender 相比于之前的系统具有 6 倍的速度优势和 10 倍的成本降低，这并非增量改进 —— 它们代表了经济可行性方面的阶跃式变化。当证明成本降至每笔转账 0.0001 美元以下时，ZK 验证对于此前因成本过高而被放弃的使用场景变得具有实际意义。

ZKsync 自 2018 年以来一直处于 ZK 技术的最前沿。通过 Airbender，该团队交付了让零知识证明能够进行主流部署的基础设施。虽然它是否能在快速迭代的竞争对手面前保持性能领先地位仍有待观察，但行业基准已经确立。

实用、廉价、快速的 ZK 证明时代已经到来。

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资料来源​

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