零知识虚拟机 (zkVM) 精选列表

rkdud007
发布于 5天前
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本文档是一个关于 zkVM（零知识虚拟机）的精选列表，zkVM 是一种允许在不泄露隐私数据的前提下进行计算的技术。该列表包含 zkVM 项目、技术细节、性能基准、相关论文、资源、教程和工具，旨在为开发者、研究人员和对零知识证明技术感兴趣的受众提供有价值的参考。

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<div align="center">
  <h1 align="center">超棒的 zkVM</h1>

一份精选的 zkVM，零知识虚拟机清单。

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欢迎提出[贡献](https://github.com/rkdud007/awesome-zkvm/blob/main/CONTRIBUTING.md)和建议；请就你希望进行的任何更改提出问题或 pull request。

## 目录

- [目录](#contents)
  - [项目](#projects)
  - [技术细节](#technical-details)
  - [基准测试](#bench)
  - [独立/第三方基准测试](#independentthird-party-benchmarks)
  - [论文](#papers)
    - [Cairo](#cairo)
    - [Ceno](#ceno)
    - [Jolt](#jolt)
    - [SP1](#sp1)
    - [Risc Zero](#risc-zero)
    - [EDEN](#eden)
  - [资源](#resources)
  - [教程/教育 zkVM](#tutorials--educational-zkvm)
  - [相关工具](#related-tooling)
  - [相关超棒清单](#related-awesome-lists)

### 项目

> [!NOTE]
> 由 [@0xpiapark](https://x.com/0xpiapark) 和 [@alexanderlhicks](https://x.com/alexanderlhicks) 维护。某些细节可能已过时；请随时提出问题或 PR。有关公平跟踪方法的讨论，请参阅[未解决的问题](https://github.com/rkdud007/awesome-zkvm/issues)。

- ISA（[指令集架构](https://en.wikipedia.org/wiki/Instruction_set_architecture)）：VM 的基本“语言”，定义了其所有基本操作以及它们如何与数据交互。
- Continuations（延续）：也称为分块/分片。一种将过大的计算（对于单个运行来说太大）分解为更小的片段的技术，这些片段被单独且递归地证明（片段 `n+1` 的证明包括片段 `n` 的验证者的证明）。每个片段的证明的自包含程度（没有从一个片段传递到另一个片段的承诺）以及它的并行化效率（线程间通信最少）因一个实现而异。
- Precompiles（预编译）（内置函数、微芯片、加速等）：用于复杂任务（如密码学）的专用预构建函数，可提高效率并减少证明开销。
- GPU：表示是否支持在 GPU 上进行证明（基于公开的 Metal/CUDA 代码）。
- Proving Frontend（证明前端）：程序员在其中表达其业务逻辑的编程语言，然后将其编译为 VM 支持的 ISA 以进行约束执行。

### 技术细节

<details>
<summary><b>证明系统</b></summary>
  
- Arithmetization（算术化）：将执行轨迹转换为可以验证的代数语句（多项式方程）的过程。
- Optimizations（优化）：证明系统中的成分，可以优化约束的整体大小和复杂性。
- Backends（后端）：证明系统，通常采用（多项式）交互式预言机证明 (IOP) 和多项式承诺方案 (PCS) 的形式，用于（通常是非交互式）证明者-验证者检查。
- Verifiers（验证者）：可以根据证明和公共输入进行（通常是非交互式）验证的程序。

|                               zkVM                                |         Arithmetization（算术化）         |                               Optimizations（优化）                               |                                 Backends（后端）                                  |   Verifiers（验证者）    |
| :---------------------------------------------------------------: | :-----------------------------: | :-----------------------------------------------------------------------: | :-----------------------------------------------------------------------: | :------------: |
|         [cairo](https://github.com/lambdaclass/cairo-vm)          |               AIR               |                                                                           |                                    FRI                                    |                |
|            [ceno](https://github.com/scroll-tech/ceno)            |               GKR               |                             Lookup, Sumcheck                              |                                 Brakedown                                 |      Rust      |
|      [eigen zkvm](https://github.com/0xEigenLabs/eigen-zkvm)      |              eAIR               |                                                                           |                               FRI, Groth16                                |    Solidity    |
|               [jolt](https://github.com/a16z/jolt)                |              R1CS               |                    Lookup, Sumcheck, Offline Mem Check                    |                                  Spartan                                  |      WASM      |
|        [miden](https://github.com/0xPolygonMiden/miden-vm)        |        AIR  (winterfell)        |                                  Lookup,                                  |                                Winterfell                                 |      Rust      |
|          [mozak vm](https://github.com/0xmozak/mozak-vm)          |          AIR  (Starky)          |                                  Lookup,                                  |                                    FRI                                    |      Rust      |
|         [nexus](https://github.com/nexus-xyz/nexus-zkvm)          | Folded Accumulated Relaxed R1CS |                            Accumulated Folding                            |                  Spartan + {Zeromorph, PSE-Halo2 (KZG)}                   |      Rust      |
| [o1vm](https://github.com/o1-labs/proof-systems/tree/master/o1vm) |            Plonkish             |                                  Lookup                                   |                                    IPA                                    |      Rust      |
|              [olavm](https://github.com/Sin7Y/olavm)              |         AIR  (plonky2)          |                                  Lookup                                   |                                    FRI                                    |      Rust      |
|          [openvm](https://github.com/openvm-org/openvm)           |       AIR  (plonky3), GKR       |                                                                           |                                    FRI                                    |      Rust      |
|          [pico](https://github.com/brevis-network/pico)           |          AIR (plonky3)          |                                  Lookup                                   |                                    FRI                                    | Rust, Solidity |
|          [powdrVM](https://github.com/powdr-labs/powdr)           |     AIR -ish (PIL, plonky3)     |                                     -                                     | PSE-Halo2 (KZG), Plonky3, FRI([eSTARK](https://eprint.iacr.org/2023/474)) |    Solidity    |
|              [risc0](https://github.com/risc0/risc0)              |              PLONK              |                                  Plookup                                  |          [DEEP-FRI & ALI](https://eprint.iacr.org/2021/582.pdf)           | Rust, Solidity |
|            [sp1](https://github.com/succinctlabs/sp1)             |         AIR  (plonky3)          |                                  Lookup                                   |                                    FRI                                    | Rust, Solidity |
|       [sphinx](https://github.com/argumentcomputer/sphinx)        |   AIR  (core), PLONK  (wrap)    |                                  Lookup,                                  |                                    FRI                                    |      Rust      |
|        [triton vm](https://github.com/TritonVM/triton-vm)         |               AIR               | Lookup,  [Contiguity](https://triton-vm.org/spec/memory-consistency.html) |                                    FRI                                    |      Rust      |
|       [valida](https://github.com/lita-xyz/valida-releases)       |         AIR  (plonky3)          |                                                                           |                                    FRI                                    |       ?        |
|          [zisk](https://github.com/0xPolygonHermez/zisk)          |                ?                |                                     ?                                     |                                     ?                                     |       ?        |
|               [zkm](https://github.com/zkMIPS/zkm)                |         AIR  (plonky2)          |                                  Lookup,                                  |                                    FRI                                    |      Rust      |
|         [zkWasm](https://github.com/DelphinusLab/zkWasm)          |              PLONK              |                                     -                                     |                                   IPA?                                    |      Rust      |

</details>

### 基准测试

- [基准测试 (lita)](https://lita.gitbook.io/lita-documentation/architecture/benchmarks) | [代码](https://github.com/lita-xyz/benchmarks)
- [基准测试 (risc0)](https://reports.risczero.com/benchmarks/Linux-cpu) | [代码](https://github.com/risc0/risc0/tree/main/benchmarks)
- zkvm-benchmarks (a16z) | [代码](https://github.com/a16z/zkvm-benchmarks)
- zkvm perf (succinct) | [代码](https://github.com/succinctlabs/zkvm-perf)
- zkvm bench (brevis) | [代码](https://github.com/brevis-network/zkvm-bench)

### 独立/第三方基准测试
- 由 Aligned 制作的 VM 证明时间基准 | [结果](https://zkbenchmarks.com/) [代码](https://github.com/yetanotherco/zkvm_benchmarks)
- π<sup>2</sup> ZK Metamath 检查器的基准测试 | [代码](https://github.com/Pi-Squared-Inc/zk-benchmark)，包括[结果](https://github.com/Pi-Squared-Inc/zk-benchmark?tab=readme-ov-file#our-results)
- zkVM 的权威指南 | [文章](http://mirror.xyz/stackrlabs.eth/jEBSBZtKEiMiTrRIGMCxN7n6r7al-vi25lmrnD610W4)
- Lurk 0.5 基准测试 | [文章](https://argument.xyz/blog/perf-2024/)
- zkVM 和证明方案的基准测试 | [代码](https://github.com/babybear-labs/benchmark)
- zkvm 测试 | [文章](https://vac.dev/rlog/zkVM-testing/#summary-table)
- prooflab 基准测试 | [页面](https://prooflab.dev/benchmarks)
- 使用 zkVM 的 Agglayer 悲观证明基准测试 | [代码](https://github.com/BrianSeong99/Agglayer_PessimisticProof_Benchmark)

### 论文

#### Cairo

- [Cairo – 一种图灵完备的 STARK 友好的 CPU 架构](https://eprint.iacr.org/2021/1063.pdf)
- [Cairo 程序执行的已验证代数表示](https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3497775.3503675)
- [区块链应用程序的生成证明编译器](https://drops.dagstuhl.de/storage/00lipics/lipics-vol268-itp2023/LIPIcs.ITP.2023.7/LIPIcs.ITP.2023.7.pdf)

#### Ceno

- [Ceno：非均匀、分段和并行零知识虚拟机](https://eprint.iacr.org/2024/387.pdf)

#### Jolt

- [Jolt：通过查找实现虚拟机 SNARK](https://eprint.iacr.org/2023/1217.pdf)

#### Nexus

- [Nexus zkVM 3.0 规范](https://specification.nexus.xyz/)

#### SP1

- [SP1 V4 Turbo：基于椭圆曲线的多重集哈希的内存论证](https://github.com/succinctlabs/sp1/blob/5c8a50e08b48d22b88471f39f9cc45947ca3bf5c/book/static/SP1_Turbo_Memory_Argument.pdf)
- [Succint Network：证明世界软件](https://www.provewith.us/)

#### Risc Zero

- [RISC Zero zkVM：RISC-V 完整性的可扩展、透明的论证](https://dev.risczero.com/proof-system-in-detail.pdf)

#### EDEN

- [EDEN](https://eprint.iacr.org/2023/1021.pdf)

### 资源
- 塑造现代 zkVM 的项目（[第 1 部分](https://blog.zksecurity.xyz/posts/zkvm-projects-1/)）
- [零知识范例系列](https://www.lita.foundation/blog/zero-knowledge-paradigm-zkvm)
- [cairo – 一种图灵完备的 stark 友好的 cpu 架构 - shahar papini](https://www.youtube.com/watch?v=vVgHL5vpJxY&t=33s)
- [lasso + jolt 播放列表](https://youtube.com/playlist?list=PLjQ9HCQMu_8xjOEM_vh5p26ODtr-mmGxO&si=Uega8IMg_J8kNaa8)
- [以太坊 L2 扩展的新范例：多重证明和 zk-vms](https://www.mikkoikola.com/blog/2023/12/11/new-paradigm-in-ethereum-l2-scaling-multi-proving-and-zk-vms)
- [nexus v1.0 zkvm - daniel marin（nexus）](https://www.youtube.com/watch?v=UtzFOwQp8n4)
- [理解 jolt：澄清和思考](https://learnblockchain.cn/article/13073/)
- [zk 白板会议 – 第七模块：带有 grjte 的零知识虚拟机 (zkvm)](https://www.youtube.com/watch?v=GRFPGJW0hic)
- [zk10：zkvm 设计分析 - wei dai & terry chung](https://www.youtube.com/watch?v=tWJZX-WmbeY&t=325s)
- [zk11：o1vm：为 mips 构建一个真实的 zkvm - danny willems](https://www.youtube.com/watch?v=HDH2KXRAxAc)
- [zk12：基于 ivc 的 zkvm 中的内存检查 - jens groth](https://www.youtube.com/watch?v=kzSYNFh4uQ0&list=PLothk45x3HC9Oz4f3e9-OoYUEytfHWCl5)
- [zk7：miden vm：用于区块链的 stark 友好的 vm - bobbin threadbare – polygon](https://www.youtube.com/watch?v=81UAaiIgIYA&t=803s)
- [零知识进入 zkvm](https://taiko.mirror.xyz/e_5GeGGFJIrOxqvXOfzY6HmWcRjCjRyG0NQF1zbNpNQ)
- [与 max 和 daniel 一起进行的 zkvm 设计演练](https://www.youtube.com/watch?v=aobrJ-zTcAU)
- [在 Coq 中验证 zkWasm](https://github.com/CertiKProject/zkwasm-fv)
- [zk11：stark vm 的多项式加速](https://www.youtube.com/watch?v=R07ina4k7hg)
- [risc v 与 risc zero 的 zkvm 有什么关系](https://www.youtube.com/watch?v=11DIflEwx50)
- [risc zero 架构演示 @ stanford](https://www.youtube.com/watch?v=RtGk6967PC4)
- [延续：zkvm 中的扩展](https://www.youtube.com/watch?v=h1qWnf-M5lo)
- [消除 SNARK 中的错误：前进的道路](https://learnblockchain.cn/article/13067/)
- [~tacryt-socryp 在 Zorp 上，Nock zkVM | Reassembly23](https://www.youtube.com/watch?v=zD45V6GAD00)
- [Guest 程序的自动电路加速](https://www.powdr.org/blog/auto-acc-circuits)
- [Twist and Shout 简介](https://learnblockchain.cn/article/14456/)
- [zkVM 系列课程 | Coset](https://youtube.com/playlist?list=PLbQFt1T_44DwyjIN_Jqoiq_WlYZAMw_vq)

### 教程/教育 zkVM

- [brainfuck 教程](https://neptune.cash/learn/brainfuck-tutorial/)
- [chip0](https://github.com/shuklaayush/chip0)
- [持续只读内存约束，使用 lambdaworks 实现](https://learnblockchain.cn/article/14458/)
- [从头开始的 fri](https://learnblockchain.cn/article/14457/)
- [手动 stark](https://dev.risczero.com/proof-system/stark-by-hand)
- [stark brainfuck](https://aszepieniec.github.io/stark-brainfuck/)
- [stark 101](https://starkware.co/stark-101/)
- [stwo brainfuck](https://github.com/kkrt-labs/stwo-brainfuck)
- [无用的 zkvm](https://github.com/armanthepythonguy/Useless-ZKVM)
- [STARK 解剖](https://aszepieniec.github.io/stark-anatomy/)

### 相关工具

- [zkaleido](https://github.com/alpenlabs/zkaleido)
- [zkRust](https://github.com/yetanotherco/zkRust)
- [any zkVM](https://github.com/MatteoMer/any-zkvm)

### 相关超棒清单

- [超棒的 risc0](https://github.com/inversebrah/awesome-risc0)
- [超棒的 sp1](https://github.com/gakonst/awesome-sp1)
- [超棒的 starknet #密码学和数学](https://github.com/keep-starknet-strange/awesome-starknet?tab=readme-ov-file#cryptography-and-maths)
- [超棒的 zkp](https://github.com/matter-labs/awesome-zero-knowledge-proofs)
- [超棒的 miden](https://github.com/phklive/awesome-miden)
- [超棒的 plonky3](https://github.com/Plonky3/awesome-plonky3)
- [超棒的 stwo](https://github.com/keep-starknet-strange/awesome-stwo)

>- 原文链接： [github.com/rkdud007/awes...](https://github.com/rkdud007/awesome-zkvm/blob/main/README.md)
>- 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～

markdown <div align="center"> <h1 align="center">超棒的 zkVM</h1>

一份精选的 zkVM，零知识虚拟机清单。

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ISA（指令集架构）：VM 的基本“语言”，定义了其所有基本操作以及它们如何与数据交互。
Continuations（延续）：也称为分块/分片。一种将过大的计算（对于单个运行来说太大）分解为更小的片段的技术，这些片段被单独且递归地证明（片段 n+1 的证明包括片段 n 的验证者的证明）。每个片段的证明的自包含程度（没有从一个片段传递到另一个片段的承诺）以及它的并行化效率（线程间通信最少）因一个实现而异。
Precompiles（预编译）（内置函数、微芯片、加速等）：用于复杂任务（如密码学）的专用预构建函数，可提高效率并减少证明开销。
GPU：表示是否支持在 GPU 上进行证明（基于公开的 Metal/CUDA 代码）。
Proving Frontend（证明前端）：程序员在其中表达其业务逻辑的编程语言，然后将其编译为 VM 支持的 ISA 以进行约束执行。

zkVM	ISA	Continuations（延续）	Parallelizable Proving（可并行化证明）	Precompiles（预编译）	GPU	Frontend（前端）
cairo	Cairo	:x:	:x:	:white_check_mark:		Cairo
ceno	RISC-V	:x:	:x:	:white_check_mark:		Rust
eigen zkvm	RISC-V	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:	Circom, PIL
jolt	RISC-V	:x:	:x:	:x:		Rust
miden	MASM(Miden Assembly)	:x:	:x:	:white_check_mark:	:white_check_mark:	Rust, Wasm
mozak vm	RISC-V	:x:	:x:	:x:		Rust
nexus	RISC-V	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:		Rust
o1vm	MIPS	:x:	:x:	:x:		Go
olavm	Ola Assembly	:x:	:x:	:white_check_mark:		Ola Assembly
openvm	RISC-V	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:		Rust
pico	RISC-V	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:		Rust
powdrVM	RISC-V	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:		ASM assembly
risc0	RISC-V	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:	Rust
sp1	RISC-V	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:	Rust
sphinx	RISC-V	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:		Rust, Lurk
triton vm	Triton Assembly	:x:	:x:	:x:		Triton Assembly
valida	Valida	:x:	:x:	:x:		Rust, C
zisk	RISC-V	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:		PIL
zkm	MIPS	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:		Rust, Go
zkWasm	Wasm	:white_check_mark:	:white_check_mark:	:white_check_mark:		C, C++, rust, etc (wasm compilable)

技术细节

Arithmetization（算术化）：将执行轨迹转换为可以验证的代数语句（多项式方程）的过程。
Optimizations（优化）：证明系统中的成分，可以优化约束的整体大小和复杂性。
Backends（后端）：证明系统，通常采用（多项式）交互式预言机证明 (IOP) 和多项式承诺方案 (PCS) 的形式，用于（通常是非交互式）证明者-验证者检查。
Verifiers（验证者）：可以根据证明和公共输入进行（通常是非交互式）验证的程序。

zkVM	Arithmetization（算术化）	Optimizations（优化）	Backends（后端）	Verifiers（验证者）
cairo	AIR		FRI
ceno	GKR	Lookup, Sumcheck	Brakedown	Rust
eigen zkvm	eAIR		FRI, Groth16	Solidity
jolt	R1CS	Lookup, Sumcheck, Offline Mem Check	Spartan	WASM
miden	AIR (winterfell)	Lookup,	Winterfell	Rust
mozak vm	AIR (Starky)	Lookup,	FRI	Rust
nexus	Folded Accumulated Relaxed R1CS	Accumulated Folding	Spartan + {Zeromorph, PSE-Halo2 (KZG)}	Rust
o1vm	Plonkish	Lookup	IPA	Rust
olavm	AIR (plonky2)	Lookup	FRI	Rust
openvm	AIR (plonky3), GKR		FRI	Rust
pico	AIR (plonky3)	Lookup	FRI	Rust, Solidity
powdrVM	AIR -ish (PIL, plonky3)	-	PSE-Halo2 (KZG), Plonky3, FRI(eSTARK)	Solidity
risc0	PLONK	Plookup	DEEP-FRI & ALI	Rust, Solidity
sp1	AIR (plonky3)	Lookup	FRI	Rust, Solidity
sphinx	AIR (core), PLONK (wrap)	Lookup,	FRI	Rust
triton vm	AIR	Lookup, Contiguity	FRI	Rust
valida	AIR (plonky3)		FRI	?
zisk	?	?	?	?
zkm	AIR (plonky2)	Lookup,	FRI	Rust
zkWasm	PLONK	-	IPA?	Rust

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