10 triệu chu kỳ/giây: zkVM Jolt bản lattice vẫn ở giai đoạn Alpha

Máy ảo không tiết lộ tri thức (zkVM) “Jolt” vừa thay cơ chế cam kết đa thức dựa trên đường cong elliptic bằng cấu trúc dựa trên lattice (mạng lưới), đồng thời công bố cả cải thiện về bảo mật hậu lượng tử lẫn hiệu năng chứng minh. Tuy nhiên, kho mã nguồn mở của Jolt hiện vẫn được đánh dấu là giai đoạn Alpha, nghĩa là cần thêm kiểm chứng trước khi có thể áp dụng vào dịch vụ thực tế.

a16z crypto (Andreessen Horowitz Crypto) cho biết trong tài liệu kỹ thuật rằng cơ chế cam kết đa thức của Jolt đã được đổi từ “Dory” sang “Akita” dựa trên lattice. Akita dựa trên giả định Module-SIS và hướng tới mức bảo mật 128 bit.

Cam kết đa thức là kỹ thuật cho phép chứng minh một phép tính đã được thực hiện đúng mà không cần công khai trực tiếp kết quả phép tính đó. Jolt sử dụng cấu trúc xác minh kết quả thực thi của chương trình RISC-V bằng chứng minh không tiết lộ tri thức.

Thay đổi lần này đồng nghĩa với việc một phần thành phần chứng minh cốt lõi của Jolt được thay bằng giả định mật mã có khả năng chống lại tấn công từ máy tính lượng tử. Các giả định cùng dòng với Module-SIS cũng được sử dụng trong phương thức chữ ký kháng lượng tử ML-DSA và cơ chế thiết lập khóa ML-KEM do Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST) chuẩn hóa.

Mức cải thiện hiệu năng khác nhau tùy theo phần cứng và cấu trúc mật mã. Trên cùng một laptop, phiên bản Jolt dùng đường cong elliptic chứng minh được hơn 1 triệu chu kỳ RISC-V RV64IMAC mỗi giây, trong khi phiên bản lattice vượt mốc 2 triệu chu kỳ mỗi giây.

Trong môi trường GPU của MacBook sử dụng Apple Metal, Jolt phiên bản lattice xử lý được hơn 10 triệu chu kỳ mỗi giây. Cũng trên chiếc MacBook đó, phiên bản Jolt dùng đường cong elliptic khi chạy Metal đạt khoảng 4 triệu chu kỳ mỗi giây, vì vậy cách nói “nhanh gấp 3 lần so với trước” cần được hiểu tách biệt theo từng điều kiện CPU và GPU.

Nguyên nhân giúp tăng tốc độ được lý giải là do kích thước trường (field). Trong khi phương thức đường cong elliptic hoạt động trên trường 256 bit, cấu trúc dựa trên lattice có thể đạt mức bảo mật tương đương chỉ với trường 128 bit, nhờ đó giảm chi phí nhân các phần tử trường.

Tuy nhiên, phép so sánh nói trên chỉ là kết quả benchmark nội bộ sử dụng một cách triển khai và phần cứng cụ thể. Không thể khẳng định mức cải thiện hiệu năng theo cùng tỷ lệ sẽ lặp lại ở các zkVM khác hay môi trường làm việc khác.

Kích thước chứng minh được công bố ở mức dưới 100KB. Trong khi đó, tài liệu hội thảo về Akita của Khoa Kỹ thuật Máy tính, Đại học Quốc gia Seoul cho thấy một thử nghiệm riêng biệt, xử lý đa thức quy mô 2^26 trên trường 128 bit bằng chip M4 Max, ghi nhận kích thước chứng minh là 106KB.

Hai con số này xuất phát từ điều kiện triển khai và thử nghiệm khác nhau. Nói cách khác, con số dưới 100KB là kết quả theo điều kiện mà a16z crypto mô tả, còn 106KB là giá trị từ một benchmark độc lập khác, cần được phân biệt rõ.

Việc phát triển Akita có sự tham gia của đội ngũ nghiên cứu và kỹ sư từ LayerZero, phối hợp cùng các nhà nghiên cứu của Đại học Carnegie Mellon, Đại học Nam California và a16z crypto. LayerZero giới thiệu Akita là công nghệ nền tảng mã nguồn mở có thể áp dụng cho các hệ thống chứng minh không tiết lộ tri thức khác.

LayerZero mô tả Akita là công nghệ “sẵn sàng cho môi trường sản xuất” (production-ready). Ngược lại, kho mã nguồn mở Jolt của a16z vẫn đánh dấu Jolt ở giai đoạn Alpha và nêu rõ hiện chưa phù hợp để sử dụng trong môi trường sản xuất.

Do đó, công bố lần này nên được nhìn nhận là một lần công bố kỹ thuật nhằm thử nghiệm các thành phần và hiệu năng của zkVM hậu lượng tử, hơn là một sản phẩm đã sẵn sàng triển khai. Bởi lẽ công bố kỹ thuật, việc triển khai thực tế vào dịch vụ blockchain và kiểm chứng bảo mật là những giai đoạn hoàn toàn khác nhau.

Bài viết trước đó của TokenPost về Jolt phiên bản lattice cũng từng đề cập việc thay Dory bằng Akita giúp cải thiện tốc độ và giảm kích thước chứng minh. Tài liệu lần này tập trung vào sự khác biệt hiệu năng giữa môi trường CPU và GPU, cùng giai đoạn thương mại hóa hiện tại của Akita.

a16z crypto cho biết sẽ công bố một bài nghiên cứu tiếp theo nhằm bổ sung tính chất không tiết lộ tri thức (zero-knowledge) cho Jolt, nhưng chưa đưa ra thời điểm công bố cụ thể. Hiệu năng duy trì trong môi trường mạng blockchain thực tế và thiết bị di động sẽ được xác nhận thông qua bài nghiên cứu tiếp theo cùng các benchmark độc lập.