Plattformen und Werkzeuge

Space & Time: Proof‑of‑SQL

Space & Time zählt zu den sichtbarsten Umsetzungen eines Zero-Knowledge-Coprozessors. Die Plattform konzentriert sich darauf, mithilfe des proprietären Proof‑of‑SQL-Systems verifizierbare Abfragen über umfangreiche Datensätze zu ermöglichen. Das zentrale Konzept besteht darin, Entwickler SQL-Abfragen auf indizierten Blockchain-Daten oder externen Datenquellen ausführen zu lassen und daraufhin einen Zero-Knowledge-Beweis über die Korrektheit des Ergebnisses zu erhalten. Dieser Beweis lässt sich anschließend an eine Blockchain übermitteln, wo ein schlanker Verifizierungsvertrag die Gültigkeit prüft.

Die Architektur von Space & Time trennt Datenspeicherung, Abfrageausführung und Beweiserstellung voneinander. Indizierte Blockchain-Daten werden außerhalb der Blockchain in einer leistungsstarken Datenbank gespeichert. Abfragen werden mit Standard-SQL ausgeführt, wodurch das System für Entwickler zugänglich ist, die mit relationalen Datenbanken vertraut sind – Kryptographie-Spezialkenntnisse sind nicht erforderlich. Die Ergebnisse dieser Abfragen werden in arithmetische Schaltkreise umgewandelt und in ein Zero-Knowledge-Beweissystem eingespeist, das garantiert, dass die zurückgegebenen Daten nicht manipuliert werden können.

Dieser Ansatz ist besonders für Anwendungen attraktiv, die vertrauenslose Analysen benötigen. So können dezentrale Finanzprotokolle (DeFi) beispielsweise Kennzahlen wie Total Value Locked, Benutzerkontostände oder historische Kursentwicklungen nachweisen, ohne dass jeder Knoten im Netzwerk die Daten neu berechnen muss. Darüber hinaus positioniert sich Space & Time als Brücke zwischen Unternehmensdaten und Blockchain und bietet regelkonforme Lösungen für Finanzinstitute, die verifizierbare Berechnungen prüfen möchten.

RISC Zero zkVM

RISC Zero ist ein weiteres Schlüsselunternehmen in der Entwicklung von Zero-Knowledge-Coprozessor-Technologien. Die zkVM stellt eine universelle Zero-Knowledge-„Virtual Machine“ dar, die den RISC‑V-Befehlssatz emuliert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Programme in Rust oder C++ zu schreiben und diese für die Ausführung innerhalb der zkVM zu kompilieren, wobei Zero-Knowledge-Beweise für beliebige Berechnungen entstehen.

Die Besonderheit dieses Ansatzes liegt in seiner Vielseitigkeit. Während domänenspezifische Lösungen auf SQL oder andere Sonderaufgaben zugeschnitten sind, kann RISC Zero Berechnungen für eine breite Palette von Anwendungsfällen nachweisen – von kryptografischen Algorithmen bis hin zur Spiellogik. Das aktuelle 2.0‑Release der RISC Zero zkVM bietet erhebliche Leistungssteigerungen, darunter eine fünffache Senkung der Beweiskosten und Unterstützung für größere Arbeitsspeicher, sodass bislang nicht realisierbare Anwendungen möglich werden.

Darüber hinaus stellt RISC Zero mit Bonsai einen Cloud-basierten Beweisdienst bereit, der die Komplexität des Hardware-Managements vollständig abstrahiert. Entwickler können die Beweiserstellung an Bonsai auslagern und gleichzeitig die kryptographische Integrität wahren – ein bedeutender Vorteil für Projekte mit begrenzten Ressourcen. Dieser hybride Ansatz – ein Open-Source-Beweissystem kombiniert mit optionaler Infrastruktur für die Beweiserstellung als Service – spiegelt die realen Abwägungen vieler Teams bei der Einführung von ZK-Technologien wider.

Lagrange ZK Coprocessor

Lagrange bringt einen Coprozessor auf den Markt, der sich auf kettenübergreifende Datenbeweise spezialisiert hat. Damit können Smart Contracts einer Blockchain Daten überprüfen, die von einer anderen Blockchain stammen, ohne auf klassische Brücken zurückzugreifen. Das System erstellt Zero-Knowledge-Beweise, dass ein bestimmter Zustand oder eine Transaktion auf der Ursprungs-Blockchain stattgefunden hat, und präsentiert diesen Beweis zur Verifizierung auf der Ziel-Blockchain.

Dieses Modell der Cross-Chain-Verifizierung stärkt die Interoperabilität. Statt Multi-Signature-Brücken oder zentralisierten Relays zu vertrauen, nutzen Entwickler kryptographische Beweise, um die Datenintegrität über verschiedene Ökosysteme hinweg zu sichern. So kann beispielsweise ein DeFi-Protokoll auf Ethereum mithilfe von Lagrange Sicherheiten-Salden auf Solana überprüfen – ohne einen vertrauenswürdigen Mittelsmann zu benötigen. Dadurch werden Angriffsflächen reduziert und neue Möglichkeiten der Zusammensetzung zwischen bisher voneinander getrennten Blockchains geschaffen.

Mit dem Fokus auf verifizierbare Statussynchronisation adressiert Lagrange eine der größten Herausforderungen in Multi-Chain-Architekturen. Das Design zeigt, dass ZK-Coprozessoren nicht nur als Rechenbeschleuniger, sondern auch als Vertrauensminimierungsschicht für die Kommunikation zwischen Netzwerken dienen können.

Weitere innovative Lösungen

Neben diesen Vorzeigeprojekten entwickeln verschiedene experimentelle Ansätze alternative Wege zur ZK-Coprozessierung. So arbeitet ORA beispielsweise an zkWASM, das Zero-Knowledge-Beweise in WebAssembly-Runtimes integriert. Entwickler können Programme in diversen Programmiersprachen zu WASM kompilieren und sie in einer verifizierbaren Umgebung ausführen, wodurch neue Anwendungsmöglichkeiten entstehen.

Auch domänenspezifische Rollups fangen an, coprozessorähnliche Module zu integrieren, um spezielle Aufgaben zu bearbeiten. In dezentralen Gaming-Anwendungen etwa setzen einige Projekte eigene zkVMs ein, um die Fairness von Off-Chain-Spiellogik zu beweisen. In der Lieferkette können ZK-Coprozessoren private Daten zu Lieferungen oder Lagerbeständen prüfen und dabei nur die notwendigen Nachweise auf öffentlichen Chains verfügbar machen.

Diese neuen Plattformen verdeutlichen den rasanten Innovationsschub an der Schnittstelle aus Zero-Knowledge-Kryptographie und modularer Blockchain-Architektur. Auch wenn sie noch nicht standardisiert sind, offenbaren sie die Vielfalt an Lösungswegen, mit denen Entwickler in den kommenden Jahren rechnen können.

Hardware-Beschleunigung

Zero-Knowledge-Coprozessoren erfordern erhebliche Rechenleistung, weshalb Hardware-Beschleunigung zunehmend an Bedeutung gewinnt. Unternehmen wie Cysic und Polyhedra entwickeln spezialisierte Chips und FPGA-Implementierungen, um die Beweiserstellung um ein Vielfaches zu beschleunigen. Diese Hardware-Beschleuniger optimieren Operationen wie Multiskalare Multiplikation und Polynom-Auswertungen, die in den meisten Zero-Knowledge-Protokollen Engpässe verursachen.

Der Einsatz spezialisierter Hardware kann die Wirtschaftlichkeit verifizierbarer Berechnungen grundlegend verändern. Geringere Latenzzeiten und ein reduzierter Energieverbrauch machen Echtzeitanwendungen wie Gaming, Hochfrequenzhandel oder KI-Inferenz mit Datenschutz möglich. Je mehr Plattformen hardwaregestützte Beweiserstellung einführen, desto wahrscheinlicher ist es, dass ZK-Coprozessoren vom experimentellen Stadium in Produktionssysteme übergehen, die Lösungen für den Massenmarkt ermöglichen.