Tăng tốc 2-3 lần, a16z ra mắt zkVM Lattice Jolt chống lượng tử

Andreessen Horowitz (a16z) vừa công bố phiên bản mã nguồn mở của máy ảo không tri thức (zkVM) mang tên Lattice Jolt, cho tốc độ chứng minh và xác minh nhanh gấp 2-3 lần so với phiên bản trước, đồng thời giảm kích thước bằng chứng xuống dưới 100KB.

Theo tài liệu kỹ thuật công bố ngày 9, a16z cho biết Lattice Jolt vẫn giữ nguyên cấu trúc của Jolt phiên bản gốc nhưng thay thế mật mã dựa trên đường cong elliptic bằng mật mã dựa trên dàn (lattice-based cryptography). Phương thức cam kết đa thức cũng được đổi từ Dory sang Akita, một cơ chế dựa trên giả định Module-SIS. Lattice Jolt được thiết kế để đạt mức bảo mật 128 bit.

zkVM là hệ thống dùng để chứng minh rằng một chương trình cụ thể đã được thực thi đúng trên máy ảo. Nhờ đó, lập trình viên không cần tự thiết kế mạch mật mã phức tạp mà chỉ cần viết chương trình thông thường rồi tạo bằng chứng cho kết quả thực thi.

Cải thiện hiệu năng của Lattice Jolt đến từ sự khác biệt về kích thước trường (field) toán học. Jolt bản gốc dựa trên đường cong elliptic hoạt động trên trường 256 bit, trong khi Lattice Jolt đạt mức bảo mật tương đương chỉ với trường 128 bit. a16z cho biết trên cùng một laptop, thông lượng của Jolt bản gốc tăng từ khoảng 700.000 chu kỳ RISC-V RV64IMAC mỗi giây lên hơn 1 triệu, còn Lattice Jolt vượt mốc 2 triệu chu kỳ mỗi giây.

Trên MacBook của Apple, khi kết hợp tăng tốc GPU Metal, Lattice Jolt xử lý được hơn 10 triệu chu kỳ chứng minh mỗi giây. Ngay cả khi chỉ dùng CPU, con số này vẫn vượt 2 triệu chu kỳ mỗi giây. a16z cũng cho biết lượng bộ nhớ bên chứng minh (prover) sử dụng giảm từ khoảng 300 byte xuống còn 200 byte cho mỗi chu kỳ.

Về kích thước bằng chứng, a16z đưa ra con số dưới 100KB. Trong khi đó, các zkVM chống lượng tử khác được nêu để so sánh có kích thước bằng chứng từ hơn 200KB đến khoảng 600KB trở lên. Bằng chứng càng nhỏ thì gánh nặng dữ liệu khi ghi lên blockchain hoặc truyền qua mạng càng giảm.

Cùng ngày, LayerZero công bố kích thước bằng chứng của Akita dao động 65-80KB tùy ứng dụng. LayerZero cho biết khi áp dụng Akita, thời gian chứng minh của Jolt giảm 2-3 lần và mức sử dụng bộ nhớ giảm khoảng một nửa. Đây là số liệu do LayerZero tự công bố, hiện chưa xác nhận được liệu có được đo trong cùng điều kiện với con số dưới 100KB mà a16z đưa ra hay không.

Tài liệu hội thảo do Khoa Khoa học Máy tính và Kỹ thuật, Đại học Quốc gia Seoul (Seoul National University) công bố ngày 24 tháng 6 cho biết trong điều kiện trường 128 bit và một số thiết lập thí nghiệm cụ thể, Akita đạt kích thước bằng chứng 106KB, thời gian chứng minh 2,5 giây và thời gian xác minh 20 mili giây. Cũng theo tài liệu này, nếu tích hợp Akita vào Jolt, thời gian chứng minh được kỳ vọng nhanh hơn 3 lần so với phiên bản dựa trên đường cong elliptic trước đây. Đây là kết quả benchmark nghiên cứu và mức kỳ vọng, chưa phản ánh hiệu năng thực tế khi vận hành trên mainnet.

Mật mã dựa trên dàn là một trong những hướng tiếp cận được sử dụng trong quá trình chuyển đổi sang mật mã chống lại tấn công của máy tính lượng tử. Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Mỹ (NIST) đã chốt các chuẩn mật mã chống lượng tử vào năm 2024, gồm ML-KEM và ML-DSA dựa trên dàn, cùng SLH-DSA dựa trên hàm băm. Tuy nhiên, điều này không đồng nghĩa Akita là một trong các thuật toán chuẩn của NIST.

Lần công bố này là phần tiếp theo của thông báo trước đó giữa LayerZero và a16z về việc thay thế tầng cam kết đa thức bằng công nghệ dựa trên dàn. a16z cho biết sẽ công bố một bài nghiên cứu đi kèm nhằm bổ sung tính năng không tri thức (zero-knowledge) cho Lattice Jolt. Khả năng triển khai thực tế trên thiết bị di động, trên mainnet cũng như kết quả phân tích mật mã dài hạn sẽ được xác nhận qua các công bố tiếp theo.