以太坊重回PoW时代？聊聊ZK硬件加速挖矿新型PoW模式

以太坊正在全面拥抱ZK技术，而ZK证明器又离不开硬件加速，这就带来了一个很有意思的猜想：ZK挖矿会不会成为一种新型的PoW？就像当年比特币挖矿那样，对硬件有着强烈的依赖。

更深一层来看，以太坊的经济模型未来或许会演变成一种PoS与PoW并存的“混合共识”模式。

接下来，我们就一步步拆解这个设想背后的逻辑。

1、以太坊正在ZK化

这确实是一项非常有前景的技术方向。

V神一直在不遗余力地推动ZK技术，以太坊基金会也因此在各种ZK项目上做了大量投资。不过，这类基础设施层的项目周期通常比较长，我们普通用户眼下能直接感受到的，主要是各类ZK Rollup，也就是那些基于ZK技术的以太坊Layer2解决方案。

典型的例子包括zkSync、Starknet、Polygon zkEVM、Scroll、Linea等。

（1）共识层 ZK化（如 Beam Chain 提案）：通过将共识操作的验证过程ZK化，可以大大简化和加速共识流程。

（2）数据层ZK化：只存储证明，而不是所有交易数据，这能显著降低链上的存储需求。

通过这些方式，以太坊在保持去中心化和安全性的同时，能够显著提升网络性能，包括交易处理速度、成本，以及隐私保护能力。

引入ZK技术，本质上是以太坊生态系统长期扩展策略的一部分，目的是为了应对未来更高的用户需求和更复杂的应用场景。

2、ZK为什么需要结合硬件？

前面说了ZK的诸多好处，但它目前最大的瓶颈，就是生成ZKP（零知识证明）的性能问题。

ZK的运作机制，是通过验证者把多个交易合并到一个单一的、简洁的证明里，然后提交到主网，从而实现扩容。但问题在于，生成这个证明的过程，在时间和精力上都是巨大的消耗。

你想想看，ZK证明的生成过程涉及大量复杂的数学运算，比如幂运算、倒数运算、双线性配对计算，单靠软件优化，瓶颈很快就会出现。

通过专用硬件进行加速，证明生成速度可以从小时级别提升到秒级别，这是一个质的飞跃。

随着ZKP技术在隐私计算、区块链扩展等领域的应用越来越广，ZKP的生成速度和效率成了瓶颈，市场对硬件的需求自然也日益强烈。

2、PoS和ZK挖矿怎么结合？

一旦采用ZK硬件加速，硬件挖矿就变得可能，这也就催生了一种新的经济模型。

什么是ZK挖矿？

传统的PoW（工作量证明）挖矿靠解决复杂的数学问题，而ZK硬件挖矿的核心能力，则是快速生成ZKP。类似于PoW，参与者可以竞争生成ZKP的速度和效率，首先生成有效证明的参与者就能获得奖励。

PoS和ZK具体怎么结合？

在PoS系统中，验证者（也就是质押者）负责验证交易和提出新区块。ZK证明可以用来证明某个区块或一系列交易的正确性，从而增强安全性并降低验证成本。

验证者在执行其PoS职责的同时，生成ZKP作为对其工作的额外证明。成功生成并提交有效ZKP的验证者，可以在现有的区块奖励之外获得额外奖励。这可以是ETH，也可以是网络内部的某种形式的奖励，比如特定代币或Gas费用的一部分。

主网区块奖励可以分成两部分，形成一种分层奖励系统：一部分奖励用于传统的PoS验证，另一部分则根据节点在ZK证明生成中的贡献来分配。

质押者除了质押ETH获得PoS奖励外，还可以通过参与ZK相关的工作来获得额外收益。比如，质押者可以运行ZK证明生成节点，提供计算资源来支持ZK技术的应用。

当然，这里只是提出了一种可能性。如果真的要把以太坊现有的PoS机制与ZK技术整合，还需要对当前的PoS协议进行修改或扩展，以容纳ZK证明的角色。更重要的是，必须设计一个公平的激励模型，既要确保不削弱PoS本身的激励效果，又要能促进ZK技术的应用。

4、ZK挖矿会带来新的正外部性吗？

以太坊从PoW转向PoS后，最被诟病的一点，就是没有外部性引入到这个“封闭”的经济系统里了。

PoW是有外部性的，它需要能源和硬件，从而把区块链的经济活动扩展到了区块链外部，影响了现实世界。而PoS系统里，验证区块的资格主要取决于持有的代币数量（即质押），经济活动更多集中在质押和网络内交易，不像PoW那样涉及到广泛的矿机生产、电力市场等外部产业。

ZK加速硬件和PoW矿机一样，需要专用硬件，但“无效耗电”的问题会被大大缓解。因为PoW是通过解决数学题来竞争出块权，而ZK挖矿则是生成有效的证明来验证交易，无需不同的节点做重复性的无效劳动。

5、AI与ZK共享算力

再往前看，可能会出现一个ZK算力市场，甚至实现AI算力和ZK算力的共享。

市面上可能会出现一些综合性计算服务平台，同时支持AI和ZK任务的计算需求。用户可以在同一个平台上处理需要高性能计算的AI任务，以及需要ZK证明生成的任务。

协议层面也可以进行整合：创建智能合约或协议，让AI算力提供者也能参与到ZK证明的生成中，或者利用ZK技术来验证AI计算的结果。算力也可以进行动态分配：根据任务需求，动态调整算力资源。比如，当AI任务需求较低时，这些资源就可以用来生成ZK证明，反之亦然。

6、ZK硬件加速的头部玩家

目前ZK硬件加速赛道里，最引人注目的项目是Cysic。

Cysic专注于设计和生产专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）以及GPU加速解决方案，以加速ZKP的生成过程。他们设计了两款硬件产品：

（1） ZK Air: 一款轻便的ZK设备，尺寸接近笔记本电源适配器，计算能力相当于10张RTX 4090 GPU，适合个人用户。

（2）ZK Pro: 性能更强的设备，相当于50张RTX 4090 GPU，设计用于大型ZK项目，如zkRollup和zkML。

除了硬件，Cysic还提供了一套CUDA库，支持多种ZKP系统，如Plonky2、Gnark、Halo2、RapidSnark等。这些库能大幅提升性能，相比开源框架至少提高50%。

同时，Cysic还有一个生态系统，叫Cysic Network，主要目的是整合和管理社区计算资源，连接ZK项目方、计算力提供者和社区验证者，形成一个可靠的计算力网络。简单来说，Cysic Network就是一个ZK矿池与SaaS平台。

目前，Cysic已经与多个zkRollup项目合作，展示了其产品的实用性和市场需求。

除了Cysic，还有一个很有特点的项目值得提一下：Scroll。

可能出乎很多人意料，在ZK硬件加速方面，Scroll做得非常靠前。与其他ZK Rollup项目相比，Scroll可以说是另辟蹊径，从硬件入手，通过开发专用的ZK加速硬件GPU，形成了自己的竞争壁垒，这也是Scroll最大的差异化竞争优势。单看这一点，Scroll确实是一个挺硬核的项目。

不过，Scroll和Cysic的定位不同：对于Scroll，硬件加速是其Layer2整体解决方案的一部分；而Cysic则致力于为整个ZKP生态系统提供硬件加速服务。