案例研究：通过ICICLE加速Zircuit的零知识证明

ingonyama
发布于 2025-03-04 10:57
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Zircuit是一个EVM兼容的ZK rollup，旨在提升Web3应用的可扩展性和安全性。通过与Ingonyama的ICICLE软件库集成，Zircuit优化了其加密计算，显著改善了性能，降低了成本。本文详细介绍了Zircuit的功能、ICICLE的应用及将来的发展计划。

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## 引言

[Zircuit](https://www.zircuit.com/) 是一个与 EVM 兼容的 ZK rollup，旨在增强 Web3 应用程序的可扩展性和安全性。通过将 OP Stack 与零知识证明（Zero-Knowledge proofs, ZKPs）相结合，Zircuit 使交易处理和安全状态更新变得高效。此案例研究探讨了 Zircuit 如何集成 Ingonyama 的 [ICICLE](https://dev.ingonyama.com/icicle/overview) 软件库，以加速其加密计算，从而提升性能并降低成本。

### Zircuit：一个更快、更安全的 ZK Rollup

Zircuit 采用专有的证明聚合技术进行并行处理，显著提高效率，同时减少生成 ZK 证明所需的计算开销。该系统保持以太坊的兼容性，确保 gas 费用以 ETH 支付，现有的以太坊工具、钱包和去中心化应用（dApps）仅需最小适应。

### Zircuit 的关键特性

- **序列化器级别的安全性：** 监控内存池中的恶意交易，防止将其包含在区块中。
- **安全的本地桥接：** 提供强大、易用的资产转移的规范桥接。
- **以太坊兼容性：** 支持以太坊原生开发工具，集成所需的更改最少。

Zircuit 的使命是提供一个可扩展、安全且开发者友好的第二层解决方案，通过高效的 ZK rollup 技术推进去中心化应用程序的能力。

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## 实施 ICICLE：应对性能瓶颈

Zircuit 的证明器依赖计算密集型数学运算，以在与区块生产对应的严格时间窗口内有效生成 ZK 证明。一个主要瓶颈是核心加密操作的高计算成本，增加了延迟和运营开支。为了解决这个问题，Zircuit 寻求能够将高负载计算转移到 GPU 的硬件加速解决方案。Ingonyama 的 ICICLE 出现为一个有前景的选择，提供对 GPU 加速 ZK 证明原语的专业支持。

## ICICLE 对 Zircuit 最有价值的功能

Zircuit 将以下 ICICLE 功能视为优化其证明系统的关键:

### 数论变换（NTT）优化

- **领域缓存**以减少重复计算
- **快速扭转**以提高效率
- **混合基数算法支持**以增强灵活性

### 多标量乘法（MSM）优化

- **基缓存**以加速计算
- **可定制的 Pippenger 窗口位大小**以进行性能调优
- **预计算因子**以优化大规模操作

## 与 Zircuit 证明系统的无缝集成

ICICLE 的集成进 Zircuit 的证明器顺利而高效。ICICLE 在处理蒙哥马利和非蒙哥马利表示上的多样性消除了高成本的数据转换，简化了实现过程。

此外，ICICLE 的结构良好的 API 使 Zircuit 能够实施高级优化，包括：

- **多 GPU 分布：** 将 NTT 和 MSM 计算分配到多个 GPU 上，以更好地实现负载并行。
- **跨后端支持：** 能够在多种环境（CPU、CUDA 和 Metal）中运行，所需调整最小。

这些能力使 Zircuit 能够无缝地将 ICICLE 纳入其证明管道，最大化效率同时保持灵活性。

## ZK 证明中的速度提升

ICICLE 的优化原语显著减少了证明生成时间。最初，在实施额外的 GPU 核心之前，Zircuit 观察到关键加密操作的速度提升 **20–30%** 。

为了最大化 ICICLE 的潜力，Zircuit 进一步优化了其证明器架构，具体包括：

- **批处理多个 NTT 操作**以最小化计算开销
- **在多个 GPU 之间分配工作负载**以实现并行执行
- **实施缓存策略**以减少重复计算并提高内存传输效率

因此，ICICLE 在 Zircuit 更广泛的性能提升中起到了基础性作用，为进一步的 GPU 加速创新奠定了基础。

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[ICICLE Github](https://github.com/ingonyama-zk/icicle)

## 与 Ingonyama 的合作

Zircuit 与 Ingonyama 的合作以高水平的技术支持和响应能力为特征。Ingonyama 的团队积极参与集成过程，提供针对 Zircuit 特定需求的见解和优化。他们的主动方法确保了预期的性能提升得到了高效实现。

### Zircuit 中 ICICLE 的未来计划

展望未来，Zircuit 计划进一步优化其证明管道，重点改善：

- **GPU 内存管理**以最小化数据传输瓶颈
- **精确资源分配**以优化工作负载平衡
- **将 GPU 加速**扩展到其他加密原语

这些增强将作为 Zircuit 即将发布的 **Garfield 更新** 的一部分，该更新计划在 **2025年2月24日** 的测试网启动。随着与 ICICLE 的集成不断进化，用户可以期待进一步的优化和性能提升。

## 对 Zircuit 开发路线图的影响

ICICLE 的集成也影响了 Zircuit 更广泛的工程策略。受到其优化原语的启发，Zircuit 开发了内部的 CUDA GPU 核心，以应对超出 NTT 和 MSM 的额外计算瓶颈。这种迭代的 GPU 加速方法显著提高了证明生成时间和资源利用率。

## 加速仍在继续……

ICICLE 在加速 Zircuit 的 ZK 证明生成方面发挥了关键作用，为基于 GPU 的优化提供了坚实基础。通过集成 ICICLE，Zircuit 实现了显著的性能提升，为继续增强可扩展性铺平了道路。

与 Ingonyama 的合作不仅增强了 Zircuit 的证明能力，还激发了对 GPU 加速加密的进一步创新。随着 Zircuit 继续优化其架构，ICICLE 依然是其追求高性能、可扩展和安全 ZK rollups 的重要组件。

欲了解更多信息，请访问：

[**docs.zircuit.com**](http://docs.zircuit.com/) [**github.com/ingonyama-zk**](http://github.com/ingonyama-zk)

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>- 原文链接： [medium.com/@ingonyama/ca...](https://medium.com/@ingonyama/case-study-accelerating-zircuits-zero-knowledge-proofs-with-icicle-a86beaca7fbe)
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引言

Zircuit 是一个与 EVM 兼容的 ZK rollup，旨在增强 Web3 应用程序的可扩展性和安全性。通过将 OP Stack 与零知识证明（Zero-Knowledge proofs, ZKPs）相结合，Zircuit 使交易处理和安全状态更新变得高效。此案例研究探讨了 Zircuit 如何集成 Ingonyama 的 ICICLE 软件库，以加速其加密计算，从而提升性能并降低成本。