以太坊的未来猜想：ZK挖矿会成为新的PoW模式吗？

以太坊正在经历一场深刻的变革，ZK技术（零知识证明）正在逐渐融入其底层架构。如果ZK证明器的运行需要硬件加速，就像比特币挖矿那样，那么ZK挖矿是否会演变成一种新型的PoW（工作量证明）模式呢？

或许，以太坊的经济模型最终会演变成PoS（权益证明）和PoW并存的局面，形成一种全新的“混合共识”模式。

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以太坊的ZK化之路

ZK技术在区块链领域，尤其是在扩容方面，展现出了巨大的潜力。以太坊创始人V神一直大力推崇ZK技术，以太坊基金会也投资了许多ZK项目。

目前，我们能直接接触到的主要是各种ZK Rollup，例如zkSync、Starknet、Polygon zkEVM、Scroll和Linea等，它们都是以太坊Layer2的ZK解决方案，致力于在以太坊的执行层融合ZK技术。

但实际上，以太坊自身也在逐渐ZK化：

共识层ZK化：通过将共识操作的验证过程ZK化，可以简化和加速共识过程。

数据层ZK化：只存储证明而不存储所有交易数据，可以显著减少链上存储需求。

通过这些方式，以太坊能够在保持去中心化和安全性的前提下，显著提升网络的性能，包括交易处理速度、成本和隐私保护。ZK技术的引入被视为以太坊生态系统长期扩展策略的一部分，旨在应对更高的用户需求和应用复杂性。

ZK技术为何需要硬件支持？

ZK技术面临的最大挑战是生成ZKP（Zero-Knowledge Proofs）的性能问题。ZKP的生成过程需要进行大量的复杂数学运算，例如幂运算、倒数运算和双线性配对计算，这会消耗大量的计算资源。

单纯依靠软件优化很难进一步提升性能，因此需要结合硬件，通过使用专用硬件进行加速，可以将证明生成速度从原来的小时级别提升到秒级别。这意味着ZK技术对专用芯片存在依赖。

随着ZKP技术在隐私计算、区块链扩展等领域的应用逐渐增多，ZKP的生成速度和效率成为瓶颈，市场对硬件的需求也日益强烈。

PoS与ZK挖矿如何结合？

如果采用ZK硬件加速，进而可以实现硬件挖矿，那么就会出现一种新的经济模型――ZK挖矿。

什么是ZK挖矿？

与传统的PoW挖矿不同，ZK硬件挖矿依赖于快速生成ZKP的能力。参与者可以竞争生成ZKP的速度和效率，首先生成有效证明的参与者获得奖励。

PoS和ZK具体怎么结合？

在PoS系统中，验证者（即质押者）负责验证交易和提出新区块。ZK证明可以用来证明某个区块或一系列交易的正确性，增强安全性和降低验证成本。

验证者在执行PoS职责的同时，生成ZKP作为对其工作的额外证明。成功生成并提交有效ZKP的验证者可以在现有的区块奖励之外获得额外的奖励，可以是ETH或网络内部的某种形式的奖励。

主网区块奖励可以分为两部分，形成一种分层奖励系统：一部分奖励用于传统的PoS验证，另一部分根据节点在ZK证明生成中的贡献分配。

ZK可以作为PoS验证的增强，ZK挖矿则可以作为PoS质押的扩展。质押者除了质押ETH以获得PoS奖励外，还可以通过参与ZK相关的工作来获得额外的奖励，例如运行ZK证明生成节点，提供计算资源以支持ZK技术的应用。

当然，要将以太坊现有的PoS机制整合ZK技术，需要对当前PoS协议进行修改或扩展，以容纳ZK证明的角色，并设计一个公平的激励模型，确保既不削弱PoS的激励效果，又能促进ZK技术的应用。

ZK挖矿会引入新的外部性吗？

以太坊从PoW转向PoS后，一个备受争议的点就是缺乏外部性。PoW需要能源和硬件，从而将区块链的经济活动扩展到了区块链外部，影响了现实世界。而PoS系统中，经济活动更多地集中在质押和网络内交易，而不是像PoW那样涉及到广泛的矿机生产、电力市场等外部产业。

ZK加速硬件和PoW矿机一样，需要专用硬件，但“无效耗电”问题会被降低，因为PoW是解决数学题来竞争出块权，而ZK挖矿则是生成有效的证明来验证交易，无需不同的节点做重复性的无效劳动。

AI与ZK共享算力

更进一步，可能会出现ZK算力市场，甚至可以实现AI算力和ZK算力共享。市面上可能会出现提供综合性计算服务的一体化平台，支持AI和ZK任务的计算需求。用户可以在同一平台上处理需要高性能计算的AI任务和需要ZK证明生成的任务。

协议层面也可以进行整合：创建智能合约或协议，使得AI算力提供者也可以参与到ZK证明的生成中，或者利用ZK技术来验证AI计算的结果。

算力也可以进行动态分配：根据任务需求动态分配算力资源。例如，当AI任务需求较低时，这些资源可以用于生成ZK证明，反之亦然。

ZK硬件加速领域的头部玩家

目前ZK硬件加速赛道的头部项目是Cysic。Cysic专注于设计和生产专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）以及GPU加速解决方案，以加速ZKP的生成过程。

Cysic设计了两款硬件产品：

ZK Air：轻便的ZK设备，尺寸接近笔记本电源适配器，计算能力相当于10张RTX 4090 GPU，适合个人用户。

ZK Pro：更强大的设备，性能相当于50张RTX 4090 GPU，设计用于大型ZK项目如zkRollup和zkML。

除了硬件之外，Cysic还提供了一套CUDA库，支持多种ZKP系统如Plonky2, Gnark, Halo2, RapidSnark等。这些库能够大幅提升性能，相比开源框架至少提高50%。

Cysic还有一个生态系统――Cysic Network，旨在整合和管理社区计算资源，连接ZK项目方、计算力提供者和社区验证者，形成一个可靠的计算力网络，可以看作是一个ZK矿池与SaaS平台。

目前，Cysic已经与多个zkRollup项目合作，展示了其产品的实用性和市场需求。

除了Cysic，Scroll也是一个非常有特点的项目。Scroll从硬件入手，通过开发专用的ZK加速硬件GUP，形成了自己的竞争壁垒，这也是Scroll最大的差异化竞争优势。但Scroll和Cysic定位不一样：对于Scroll，硬件加速是其Layer2整体解决方案的一部分；而Cysic则致力于为整个ZKP生态系统提供硬件加速服务。