เร็วขึ้น 2-3 เท่า พิสูจน์เล็กกว่า 100KB a16z เปิดตัว zkVM ต้านควอนตัม 'Lattice Jolt'

บริษัทเงินทุน แอนดรีสเซน โฮโรวิทซ์ (Andreessen Horowitz) เปิดตัวเครื่องเสมือนความรู้เป็นศูนย์ (zkVM) แบบโอเพนซอร์สรุ่นใหม่ชื่อ 'แลตทิซ โจลต์' (Lattice Jolt) โดยระบุว่าความเร็วในการ 'พิสูจน์' และ 'ตรวจสอบ' เพิ่มขึ้น 2-3 เท่าจากเดิม พร้อมลดขนาดไฟล์พิสูจน์ลงเหลือต่ำกว่า 100KB

แอนดรีสเซน โฮโรวิทซ์ เปิดเผยในเอกสารเทคนิคเมื่อวันที่ 9 (เวลาท้องถิ่น) ว่ายังคงโครงสร้างเดิมของ 'โจลต์' (Jolt) ไว้ แต่เปลี่ยนระบบเข้ารหัสจากแบบอิงเส้นโค้งวงรี (elliptic curve) มาเป็นแบบอิงแลตทิซ (lattice) ทั้งยังเปลี่ยนวิธี 'พอลิโนเมียลคอมมิตเมนต์' จากระบบเดิมที่ชื่อ 'ดอรี' (Dory) มาเป็นระบบใหม่ชื่อ 'อาคิตะ' (Akita) ซึ่งอิงสมมติฐาน module-SIS โดยแลตทิซ โจลต์ตั้งเป้าระดับความปลอดภัยไว้ที่ 128 บิต

zkVM คือระบบที่ใช้พิสูจน์ว่าโปรแกรมหนึ่งถูกรันอย่างถูกต้องบนเครื่องเสมือน นักพัฒนาไม่จำเป็นต้องออกแบบวงจรเข้ารหัสที่ซับซ้อนเอง แค่เขียนโปรแกรมทั่วไปแล้วสร้างหลักฐานพิสูจน์ผลลัพธ์การรันได้เลย

เบื้องหลังการเพิ่มประสิทธิภาพครั้งนี้คือความแตกต่างของ 'ขนาดฟิลด์' (field size) ที่ใช้คำนวณ โจลต์แบบเดิมที่อิงเส้นโค้งวงรีทำงานบนฟิลด์ขนาด 256 บิต ขณะที่แลตทิซ โจลต์ทำระดับความปลอดภัยใกล้เคียงกันได้บนฟิลด์ขนาด 128 บิต แอนดรีสเซน โฮโรวิทซ์ระบุว่าบนโน้ตบุ๊กเครื่องเดียวกัน โจลต์แบบเดิมประมวลผลได้จากราว 700,000 รอบต่อวินาที (RISC-V RV64IMAC cycle) เพิ่มเป็นมากกว่า 1 ล้านรอบต่อวินาที ส่วนแลตทิซ โจลต์ทำได้เกิน 2 ล้านรอบต่อวินาที

บนแมคบุ๊กของแอปเปิล(Apple) เมื่อใช้การเร่งความเร็วด้วย GPU แบบ Metal แลตทิซ โจลต์พิสูจน์ได้มากกว่า 10 ล้านรอบต่อวินาที แม้ใช้เฉพาะ CPU ก็ยังทำได้เกิน 2 ล้านรอบต่อวินาที ขณะที่หน่วยความจำที่ฝั่งผู้พิสูจน์ใช้ต่อรอบลดลงจากราว 300 ไบต์เหลือประมาณ 200 ไบต์ ตามข้อมูลของแอนดรีสเซน โฮโรวิทซ์

ขนาดไฟล์พิสูจน์ของแลตทิซ โจลต์อยู่ที่ต่ำกว่า 100KB เมื่อเทียบกับ zkVM ต้านควอนตัมเจ้าอื่นที่ถูกหยิบมาเปรียบเทียบ ซึ่งมีขนาดตั้งแต่เกิน 200KB ไปจนถึงราว 600KB ขึ้นไป การมีขนาดไฟล์พิสูจน์ที่เล็กลงช่วยลดภาระข้อมูลทั้งในการบันทึกลงบล็อกเชนและการส่งผ่านเครือข่าย

ในวันเดียวกัน เลเยอร์ซีโร่ (LayerZero) เปิดเผยว่าขนาดไฟล์พิสูจน์ของระบบอาคิตะอยู่ที่ 65-80KB ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันที่ใช้งาน และระบุว่าการนำอาคิตะไปใช้กับโจลต์ช่วยลดเวลาในการพิสูจน์ลง 2-3 เท่า พร้อมลดการใช้หน่วยความจำลงราวครึ่งหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ตัวเลขดังกล่าวเป็นข้อมูลที่เลเยอร์ซีโร่รายงานเอง และยังไม่ได้รับการยืนยันว่าวัดภายใต้เงื่อนไขเดียวกับตัวเลขต่ำกว่า 100KB ของแอนดรีสเซน โฮโรวิทซ์หรือไม่

เอกสารสัมมนาของภาควิชาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัยแห่งชาติโซล ที่เผยแพร่เมื่อวันที่ 24 มิถุนายน ระบุว่าภายใต้ฟิลด์ขนาด 128 บิตและเงื่อนไขการทดลองเฉพาะ ระบบอาคิตะมีขนาดไฟล์พิสูจน์ 106KB ใช้เวลาพิสูจน์ 2.5 วินาที และใช้เวลาตรวจสอบ 20 มิลลิวินาที เอกสารเดียวกันยังคาดการณ์ว่าหากนำอาคิตะไปผนวกกับโจลต์ เวลาในการพิสูจน์จะเร็วขึ้นราว 3 เท่าเมื่อเทียบกับเวอร์ชันที่อิงเส้นโค้งวงรีแบบเดิม ทั้งนี้ ตัวเลขดังกล่าวเป็นผลจากการทดลองเชิงวิจัยและความคาดหวังทางวิชาการ ไม่ได้สะท้อนผลการใช้งานจริงบนเมนเน็ต

การเข้ารหัสแบบอิงแลตทิซเป็นแนวทางหนึ่งที่ถูกใช้ในกระบวนการเปลี่ยนผ่านสู่ระบบเข้ารหัสที่ต้านทานการโจมตีจากคอมพิวเตอร์ควอนตัม โดยสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติสหรัฐฯ (NIST) ได้ประกาศมาตรฐานการเข้ารหัสต้านควอนตัมในปี 2024 ซึ่งประกอบด้วยระบบอิงแลตทิซอย่าง ML-KEM และ ML-DSA รวมถึงระบบอิงแฮชอย่าง SLH-DSA ทั้งนี้ ไม่ได้หมายความว่าระบบอาคิตะเป็นอัลกอริทึมมาตรฐานของ NIST โดยตรง

การเปิดตัวครั้งนี้เป็นความเคลื่อนไหวต่อเนื่องจากการเปิดเผยก่อนหน้านี้ที่เลเยอร์ซีโร่และแอนดรีสเซน โฮโรวิทซ์ร่วมกันเปลี่ยนชั้นพอลิโนเมียลคอมมิตเมนต์ให้เป็นระบบอิงแลตทิซ โดยแอนดรีสเซน โฮโรวิทซ์ระบุว่าจะเผยแพร่งานวิจัยฉบับต่อไปเพื่อเพิ่มฟังก์ชันความรู้เป็นศูนย์ให้กับแลตทิซ โจลต์ ส่วนผลการใช้งานจริงบนมือถือและเมนเน็ต รวมถึงผลการวิเคราะห์ความปลอดภัยเชิงเข้ารหัสในระยะยาว จะต้องรอการเปิดเผยข้อมูลในลำดับถัดไป