รายการโปรดใหม่ของ Vitalik Buterin: GKR Protocol คืออะไร?

Ethereum ผู้ร่วมก่อตั้ง Vitalik Buterin มี เปิดเผย ความสนใจที่เพิ่มขึ้นของเขาในกรอบการเข้ารหัสที่เรียกว่า โปรโตคอลโกลด์ไรช์–คาฮาน–รอธบลัม (GKR)เขาอธิบายว่ามันเป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีที่ขับเคลื่อนยานพาหนะที่เร็วที่สุดในปัจจุบัน การพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์ (ZK) ระบบ.

ในของเขา บทความล่าสุดButerin อธิบายว่า GKR สามารถลดต้นทุนการพิสูจน์ได้อย่างมากโดยไม่จำเป็นต้องประมวลผลชั้นข้อมูลกลาง แต่จะมุ่งเน้นเฉพาะ ความมุ่งมั่นในการรับเข้าและส่งออกช่วยให้พิสูจน์การคำนวณได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

พูดแบบง่ายๆ ก็คือ GKR ช่วยให้ ZK-provers ซึ่งเป็นเครื่องมือที่พิสูจน์ว่าการคำนวณทำได้อย่างถูกต้อง ทำงานได้เร็วและถูกกว่า

พื้นฐาน: โปรโตคอล GKR ทำอะไร

โปรโตคอล GKR เป็น ระบบพิสูจน์การเข้ารหัส ออกแบบมาเพื่อตรวจสอบการคำนวณที่ซับซ้อนโดยใช้แรงงานน้อยลง มีประสิทธิภาพอย่างยิ่งสำหรับงานที่มีการดำเนินการเล็กๆ น้อยๆ ซ้ำๆ กันหลายชั้น เช่น ฟังก์ชันแฮช หรือการประมวลผลเครือข่ายประสาท

แทนที่จะบันทึกทุกขั้นตอนของการคำนวณ GKR ได้ลดความซับซ้อนของกระบวนการ โดยจะตรวจสอบเฉพาะจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดเท่านั้น โดยข้ามขั้นตอนส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นระหว่างนั้น การออกแบบนี้ทำให้เหมาะกับทั้ง หลักฐาน ZK และ การพิสูจน์การอนุมานการเรียนรู้ของเครื่องซึ่งมีรูปแบบโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน

แนวคิด "การคำนวณแบบแบตช์ × หลายชั้น" นี้สนับสนุนประสิทธิภาพของ GKR โดยประมวลผลชุดข้อมูลขนาดใหญ่ผ่านหลายชั้น แต่หลีกเลี่ยงการเข้ารหัสที่ซ้ำซ้อน โดยเก็บเฉพาะข้อมูลที่จำเป็นเท่านั้น

เหตุใด GKR จึงมีความสำคัญต่อการพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์

หลักฐานแบบ Zero-knowledge ถือเป็นหัวใจสำคัญของแผนการปรับขนาดระยะยาวของ Ethereum หลักฐานเหล่านี้ช่วยให้ฝ่ายหนึ่งสามารถพิสูจน์ได้ว่าการคำนวณนั้นถูกต้อง โดยไม่ต้องแสดงข้อมูลทั้งหมดที่เกี่ยวข้อง อย่างไรก็ตาม ระบบ ZK ส่วนใหญ่ เช่น SNARK หรือ STARK ใช้พลังงานในการประมวลผลจำนวนมาก เนื่องจากต้องจัดการการประมวลผลทุกชั้น

โปรโตคอล GKR ช่วยจัดการกับปัญหาคอขวดนี้

ตามที่ Buterin กล่าวไว้ เมื่อนำมาใช้ในการพิสูจน์ ฟังก์ชันแฮช Poseidon2GKR สามารถลดค่าใช้จ่ายในการพิสูจน์ทางทฤษฎีได้ 100x ถึงประมาณ 10x—การปรับปรุงครั้งใหญ่เมื่อเทียบกับ STARK แบบดั้งเดิม

พูดอย่างง่ายๆ ก็คือ มันสามารถทำให้ ZK-proofs เร็วขึ้นและถูกกว่าถึง 10 เท่า

ค้นพบโครงการอันน่าตื่นเต้น...

โครงการอันน่าสัญญา...

(โฆษณา)

บทความต่อ...

ส่วนประกอบสำคัญเบื้องหลังประสิทธิภาพของ GKR

1. ภาระผูกพันน้อยลง

การพิสูจน์ STARK แบบดั้งเดิมจำเป็นต้องมีการคอมมิต (commit) หรือบทสรุปการเข้ารหัสลับ (cryptographic summary) ในทุกชั้นกลางของการคำนวณ การคอมมิตแต่ละครั้งเกี่ยวข้องกับการแฮชแบบหนักและการดำเนินการพหุนาม
GKR หลีกเลี่ยงสิ่งนี้โดยมุ่งมั่นเพียงเพื่อ อินพุตและเอาต์พุต, ประหยัดการดำเนินการหลายพันรายการต่อการพิสูจน์หนึ่งครั้ง

2. โปรโตคอล Sumcheck

หัวใจสำคัญของ GKR อยู่ที่ เช็คผลรวมวิธีการตรวจยืนยันว่าการคำนวณขนาดใหญ่ได้รับการดำเนินการอย่างถูกต้องโดยไม่ต้องทำซ้ำ

แต่ละ "รอบ" ของการตรวจสอบผลรวมจะยืนยันว่าความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ที่เฉพาะเจาะจงนั้นเป็นจริงในทุกชั้นข้อมูล กระบวนการนี้ มีน้ำหนักเบา และ ขนานกันได้หมายความว่ามันปรับขนาดได้ดีบน GPU หรือ CPU หลายคอร์

3. กลเม็ดของ Gruen และการแบ่งชุดเชิงเส้น

Buterin ยังกล่าวถึงการเพิ่มประสิทธิภาพเช่น กลอุบายของกรูเอน และ การแบ่งชุดเชิงเส้นซึ่งช่วยลดต้นทุนด้านหน่วยความจำและการประมวลผลลงอีก วิธีการเหล่านี้ช่วยให้การคำนวณที่คล้ายคลึงกันหลายรายการสามารถแบ่งปันขั้นตอนการตรวจสอบได้ แทนที่จะทำซ้ำทีละรายการ

4. รอบบางส่วนและการแฮช Poseidon2

ในบทความของเขา Buterin ใช้ ฟังก์ชันแฮช Poseidon2 เป็นตัวอย่างในทางปฏิบัติ Poseidon2 มักใช้ในระบบ ZK เนื่องจากมีการออกแบบที่เป็นมิตรกับการคำนวณทางคณิตศาสตร์ GKR ปรับแต่งให้เหมาะสมด้วย รอบบางส่วน—วงจรทางคณิตศาสตร์ที่เบากว่าซึ่งเก็บเฉพาะองค์ประกอบแรกในหน่วยลูกบาศก์เท่านั้น—ช่วยประหยัดเวลาโดยไม่ลดความสมบูรณ์ของการพิสูจน์

GKR บูรณาการกับโปรโตคอลอื่น ๆ ได้อย่างไร

กรอบงาน GKR สามารถรวมเข้ากับระบบพิสูจน์อื่น ๆ เช่น เบสโฟลด์ และ ฟรี (Fast Reed–Solomon Interactive Oracle Proofs of Proximity) การผสานรวมเหล่านี้ช่วยให้การพิสูจน์ตาม GKR สามารถรักษาความแข็งแกร่งได้ ความมุ่งมั่นพหุนามซึ่งเป็นข้อกำหนดสำหรับการใช้งาน ZK ที่ปรับขนาดได้มากมาย

ในการตั้งค่าเหล่านี้ GKR ทำหน้าที่เป็น "เครื่องมือ" สำหรับการคำนวณ ในขณะที่ระบบเช่น BaseFold หรือ FRI จัดการการเข้ารหัสข้อมูลและความสอดคล้องในการตรวจสอบ

การเปรียบเทียบ GKR กับ STARKs

STARK (Scalable Transparent ARguments of Knowledge) ถือเป็นมาตรฐานสำหรับ ZK proofs แบบโปร่งใสมานานแล้ว STARK มีความปลอดภัยและไม่ต้องไว้วางใจใคร แต่มีค่าใช้จ่ายสูงในการคำนวณ

Buterin ประมาณการว่า GKR ลดต้นทุนทางทฤษฎีลง มากถึง 100 เท่า เมื่อเปรียบเทียบกับระบบ STARK แบบดั้งเดิม การนำไปใช้จริงแสดงผลลัพธ์ที่ดีกว่า—บางครั้ง ต่ำกว่า 10 เท่าของค่าใช้จ่ายทั่วไป.

อย่างไรก็ตาม เขาตั้งข้อสังเกตว่าตัวเลขเหล่านี้ขึ้นอยู่กับการปรับแต่งฮาร์ดแวร์ให้เหมาะสมที่สุด ในทางปฏิบัติ การสับเปลี่ยนหน่วยความจำระหว่างการตรวจสอบผลรวมอาจทำให้การทำงานช้าลง แต่เนื่องจากโครงสร้างของ GKR มีความขนานกันอย่างมาก ประสิทธิภาพจึงยังคงปรับขนาดได้ดีกว่าวิธีการแฮชมาตรฐาน

ไม่ใช่ความรู้ศูนย์โดยตัวมันเอง

ความแตกต่างที่สำคัญประการหนึ่ง: GKR ไม่ใช่โปรโตคอลความรู้เป็นศูนย์ในตัวมันเอง. มันให้ ความรวบรัด—หมายความว่ามันทำให้การพิสูจน์มีขนาดเล็กลงและรวดเร็วขึ้น—แต่มันไม่ได้ซ่อนข้อมูล

เพื่อเพิ่มความเป็นส่วนตัว สามารถห่อหลักฐาน GKR ไว้ภายในได้ ZK-สแนร์ก or ซเค-สตาร์ค ระบบ การแบ่งเลเยอร์นี้ช่วยให้นักพัฒนาสามารถผสานประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นของ GKR เข้ากับประโยชน์ด้านความลับของการพิสูจน์แบบ Zero-Knowledge ที่แท้จริง

การประยุกต์ใช้งานจริงของ GKR

Vitalik เน้นย้ำว่าการออกแบบของ GKR เหมาะสมกับงานที่ใช้การประมวลผลจำนวนมากในวงกว้างอย่างไร ตัวอย่างเช่น:

• การตรวจสอบแฮช: พิสูจน์ได้ว่าแฮชหลายล้านตัวได้รับการคำนวณอย่างถูกต้อง
• การตรวจสอบบล็อคเชน: ช่วยให้การพิสูจน์ ZK-EVM รวดเร็วยิ่งขึ้นสำหรับ Ethereum Layer 1
• การพิสูจน์การเรียนรู้ของเครื่อง: การตรวจสอบขั้นตอนการอนุมานโมเดลภาษาขนาดใหญ่ด้วยการคำนวณขั้นต่ำ

เนื่องจาก GKR เหมาะกับการคำนวณทั้งแบบเข้ารหัสและแบบ AI จึงอาจมีบทบาทสำคัญใน ZK-ML (การเรียนรู้ของเครื่องจักรแบบความรู้เป็นศูนย์) ระบบ

ความท้าทายของ Fiat–Shamir: ต้องใช้ความระมัดระวัง

Buterin ยังเพิ่มข้อควรระวังด้วย แม้ว่า GKR จะช่วยเร่งการคำนวณ แต่ประสิทธิภาพของมันก็ต้องแลกมาด้วย—ความเสี่ยงที่คาดเดาได้ ในวงจรบางวงจรที่ใช้ ฮิวริสติกของเฟียต–ชามีร์.

วิธีการนี้จะแปลงหลักฐานเชิงโต้ตอบให้เป็นหลักฐานเชิงโต้ตอบโดยใช้ฟังก์ชันแฮช แต่หากนำไปใช้อย่างไม่ระมัดระวัง อาจทำให้เกิดการสุ่มที่คาดเดาได้ ซึ่งทำให้ความปลอดภัยลดลง Buterin แนะนำให้ออกแบบวงจรอย่างระมัดระวังเพื่อป้องกันช่องโหว่ดังกล่าว

สรุป

โปรโตคอล GKR แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างการพิสูจน์การเข้ารหัส แทนที่จะจำกัดขอบเขตในทุกขั้นตอนกลาง โปรโตคอล GKR จะปรับกระบวนการให้เหลือเพียงองค์ประกอบสำคัญเท่านั้น

สำหรับ Ethereum และระบบบล็อคเชนอื่นๆ ที่ต้องการการตรวจสอบที่รวดเร็วและถูกกว่านั้น GKR นำเสนอแนวทางที่ใช้งานได้จริง ไม่ใช่คำสัญญาทางการตลาด แต่เป็นชุดเทคนิคทางคณิตศาสตร์ที่กำลังขับเคลื่อนเครื่องพิสูจน์ความเร็วสูงรุ่นต่อไปในสาขา ZK และ AI

แหล่งข้อมูล

1. บทช่วยสอน GKR - บทความโดย Vitalik Buterin: https://vitalik.eth.limo/general/2025/10/19/gkr.html

2. แพลตฟอร์ม Vitalik Buterin X: https://x.com/VitalikButerin

3. เกี่ยวกับการพิสูจน์ความรู้เป็นศูนย์: https://www.chainalysis.com/blog/introduction-to-zero-knowledge-proofs-zkps/