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以Magnetar为基础的通用计算

来源:Microsoft Research · 发布时间:10-16 · 由 AI图鉴每小时自动聚合

零知识证明可以验证计算结果,而无需重排工作量或暴露敏感数据。 磁铁能让他们进入主流

看着

- 一种新的计算形式零知识证明让你运行一个工作量,并收到一个简短的证明程序运行正确。 任何人都可以在毫秒内检查证明,而无需重新运行程序,无需信任运行程序的人,也不需要运行程序的数据。

- 三大挑战阻碍着广泛的收养:迅速提供证据以制作,在没有密码学专门知识的情况下提供给正常程序,并在几十年后仍可信赖的密码学上休息。

- 磁铁在所有三项挑战上都取得了重大进展。 它证明了用Rust、Go或C编写的程序,平均运行速度比以前最快的可比系统快10至39倍,其安全性只建立在标准的散列函数上。 它是在Microsoft研究中进行十多年研究,使零知识证明实用性的最新成果。

一种新的计算形式

计算机产生的每个结果都有一个隐含的问题:程序是否按要求运行并产生正确的输出?今天,回答这个问题往往需要一定程度的信任和核查。 我们相信运营商,供应商,对手,或agent,我们依靠合同,审计和日志来建立这种信任。

零知识证明为建立信任提供了根本不同的办法。 一个程序运行,同时它输出一个简短的证明,一个密码证书,这个程序在这些输入上,产生了这个输出。 证明小而速验。 接收它的人可以确认结果为毫秒而不重运行程序,并且可以将证据传递给需要同样保证的其他任何人。 凭着零知识财产证据中还有揭示没有关于应该保密的投入

这改变了正确性在现实世界的意义。 其结果不再需要信任,因为是谁制作的。 其因随缘而可验。 一个代表某人行事的AI agent可以附上一份证明,证明每项行动都遵守了它给予的政策。 受监管的金融机构可以证明,交易的处理是正确的,而不将其交易公开。 一旦提出证据就有可能了就像运行程序一样

三大挑战

1980年代发明了零知识证明,证明程序执行背后的理念也差不多有那么长时间。 阻碍它们成为一般工具的,是三个挑战,它们未能同时得到解决。

效率。 制作证据在历史上比程序本身的运行需要数百万倍的计算。 多年的研究使这项管理费用下降,但最快的系统通过在其他地方达成妥协而实现了速度。

通用性与可用性。 许多证明系统要求开发人员手动重写他们的程序作为密码电路,这是对该精确计算的一种固定的算术描述。 这需要几个月的时间。 应用程序的每次更改都意味着一个新的电路,而翻译本身也是安全错误的频繁来源。 一个通用的替代品是证明普通处理器的执行,这样任何编译的程序都可以被证明是书面的。 直到最近,这种笼统性在速度或安全方面付出了高昂的代价。

警卫证据只有下面的密码法才有力许多验证系统都依赖于椭圆曲线,这种曲线可以被足够强大的量子计算机打破。 Microsoft正在用其量子安全方案来解决这个问题,该方案将把它的产品和服务转移到量子加密后,这一目标最近加速到2029年。 后量子校验系统已经存在,但有些则依赖于丝带假设,大多数则依赖于为降低证明成本而发明的新加密功能。 这些新的密码学功能并没有受到几十年的严格审查,他们以强烈的假设购买了速度。

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十多年的工作历程

十多年来,Microsoft Research一直致力于使零知识证明和可核查的计算实用。 早期的研究遵循两种方法,两种方法都只针对小型方案。 第一个(在新标签中打开)(在新标签中打开)将一个核查者通过使用一个叫做总和检查协议(在新标签中打开)的技术与证明者进行简短对话来检查一个长的计算,但这只适用于具有特定层结构的计算。 第二个(在新标签中打开)(在新标签中打开)使用了椭圆曲线加密法,为几乎所有计算创建非常小的证明。 但是这需要一次信任的设定涉及秘密信息,如果泄露,可能让任何人伪造证据。 这种方法也容易受到量子计算机的影响。

2019年,一个新的名为斯巴达的零知识证明系统恢复了总和检查方法,使其在没有可信设置的情况下为通用程序工作。 斯巴达语也可以用不同的密码构件进行即时化。 这种灵活性是后来仅凭散列功能就可以建立的证据系统。 然后将一系列结果填入其余部分:

- Phalanx(在新标签中打开),2021年,演示了如何利用重复,比如处理器在每个步骤上运行相同的指令周期,以证明计算比斯巴达快一个数量级。 Magnetar的处理器描述就是基于这个想法。

- Nova(在新标签中打开),HyperNova(在新标签中打开),NeotronNova(在新标签中打开),Neo和SuperNeo(在新标签中打开)显示,阻止斯巴达早期的证明,并将部分结果叠加起来,使得以更低的成本证明任何大小的计算都切实可行。

- Brakedown(在新标签中打开),在2021年,推出是一个快速散列式承诺计划,并将其与斯巴达语合并,赋予了第一个安全依赖于标准散列函数的斯巴达语变体。

- Spice(在新标签中打开),Lasso(在新标签中打开),Nebula(在新标签中打开),然后Twist和Rout(在新标签中打开)将内存操作作为通用处理器的核心来证明,Jolt(在新标签中打开)显示,将它们与斯巴达语合并可以高效地证明一个完整的处理器的执行。

- 今年早些时候,Vega(在新标签中打开)将这一行应用于数字身份,用不到十分之一秒的时间来证明政府认证的事实。

- 最近,BinarySpartan(在新标签中打开)将斯巴达带到二进制字段,其中可以高效地表达处理器的逻辑和标准散列函数。 二进制Spartan还依赖于Ligerito(在新制表板中打开),一个刹车式的承诺方案,具有更短的证明,还依赖于环切换(在新制表板中打开),这使得它能高效地致力于比特的向量。

每一个都解决了一个问题。 磁石是碎片聚集的地方。

磁铁

磁铁是一种零知识的虚拟机,即zkVM,它同时在所有三个挑战上都取得了重大的进展。

这是通用的。 Magnetar证明了RISC-V的执行,这是一个开放的处理器架构,每个主流语言都有成熟的编译器。 开发者在Rust,Go,或C中写一个程序,如常编译,Magnetar以书面证明。 考虑这在实践中意味着什么。 Ethereum虚拟机(EVM)的商业政策、数据管道或解释器只是一个程序,因此,证明不再是一种专门活动。

它比同一类的以前系统要快。 磁铁在笔记本电脑上证明了每秒720万至870万个处理器指令。 在整个15个基准测试程序中,从密码散列到一个小型的EVM解释器内的信号传输,平均比同一机上目前最快的zkVM快10至39倍,比另外两个信号传输的基准测试快300多倍。 一个优化的磁铁证明了每秒950–1280万个周期,使这里报告的每个速度都增加了大约1.3×. 它的证明在大约12毫秒内证实。

它的安全依赖于标准的密码。 磁体依赖于标准散列函数,如SHA-256或SHA-3,这些原始体已经保护了每个组织的系统。 它不需要椭圆曲线,没有纬度,没有特殊用途的散列函数,没有信任的设置,也没有关于错误校正代码的未经证实的猜想。 哈什函数是密码学工具包中研究最透彻的原始人,它们也是NIST将基于无国籍的散列的签名标准化为自身保守的量子后选项的基础。 对于一个在未来几十年仍必须值得信赖的系统来说,仅仅依靠标准的散列函数就可以消除路径图上的密码学迁移。

同样的设计决定也带来第二次红利。 检查磁铁的证明主要包括评价标准散列函数和二进制场算术,这正是磁铁的有效证明。 因此,核实证据是正常的工作量。 这使得Magnetar能够证明任何大小的计算,用片子来证明,然后将片子组合起来。 这也使得Magnetar能够证明一个长期运行的系统,如分类账或块链。

技术文件提供了完整的设计、安全分析和测量。

展望未来

磁铁将零知识证明和可核查的计算推向一个阶段,在组织已经信任的密码学上,由编写正常代码的工程师以能够使用的速度进行。 磁铁使未来成为计算中例行输出的密码证明。 我们期望,技术领导者将不再问执行证明是否切合实际,而是要关注他们希望核实而不是信任哪些结果。

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