2024年冬天的某个凌晨,在布鲁塞尔一个以太坊开发者咖啡馆里,三位工程师围着一台散发着热气的 NVIDIA 服务器面面相觑。屏幕上,一个以太坊主网区块的零知识证明刚刚完成生成,计时器停在 7 分 42 秒。服务器功耗表指向 4.2 千瓦,电费约 3 欧元。而这条证明——一串几百 KB 的二进制数据——将决定他们研发的 zkEVM 能否赶上主网发布的最后期限。
这并非孤例。整整一年前,生产一个 Rollup 区块的 ZK 证明,对大多数团队而言仍是一场“算力豪赌”:你需要堆叠数万美元的服务器,忍受动辄数分钟的等待,承担不确定的电网账单。证明生成——这个被数学家们称为“可信设置之后最昂贵一步”的环节——是 ZK 技术从论文落地到生产力的真正瓶颈。
然而,转折来得比大多数人预料的更快。2025 年 1 月,ethproofs 实时跟踪器记录的单块证明成本为 1.69 美元;到 2025 年 12 月,同样一个区块的证明成本已跌至不足 4 美分。45 倍的降幅,在 11 个月内完成。这并非单纯的技术进步叙事,而是一场经济范式的迁徙:ZK 证明正在从“密码学奢侈品”变成“可定价、可交易、可外包的计算商品”。“证明经济学”由此诞生。
第1章 从1.69美元到4美分:ethproofs与45倍成本坍塌
1.1 2024–2025:实时证明的里程碑年
2024 年以前,ZK 证明的生成大多在“可信云服务器”中完成——项目方租用 AWS GPU 实例,或自建小型集群。这种模式的问题是双重的:既不透明,也不经济。你无法确切知道竞争对手的证明成本,也无法把证明作为独立服务拆分出售。
转折点出现在 2024 年下半年的两个事件。其一,ethproofs.org 上线,它像一条链上“证明显示板”,公开追踪不同团队为以太坊主网区块生成证明的延迟与估算成本。其二,2025 年 7 月 10 日,以太坊基金会在官方博客发布了《Shipping an L1 zkEVM #1: Real-time Proving》,为 L1 zkEVM 提出了一组后来被业内称为“四个十”的硬指标:单块证明时间 ≤ 10 秒、硬件资本支出 ≤ 10 万美元、功耗 ≤ 10 千瓦、证明大小 ≤ 300 KiB。
这四个指标的意义远超技术规范本身。它们划定了一条“生产就绪”的经济水位线:如果你能在 10 万美元以内搭建一套系统,在 10 千瓦功耗下 10 秒内生成一个以太坊区块的 ZK 证明,并且保持足够小的证明体积,那么 L1 zkEVM 就具备了工程可行性。而 10 万美元的 CAPEX 上限,实际上宣告了证明生成不再是超级数据中心的特权。
1.2 ethproofs:公开透明的价格发现
在 ethproofs 出现之前,证明成本是各个 Rollup 团队的“黑箱”。外界只能根据链上 Gas 费反推一笔交易需要多少证明开销,却无法估算证明生成的原生成本——即纯粹将计算转化为 ZK 证明所需的算力、电费和折旧。
ethproofs 的核心创新在于把这一过程公开化。每个参与团队提交证明时,系统记录两个关键维度:延迟(从出块到证明完成的时间)和估算成本(基于硬件配置、电价和运行时间计算)。2025 年度回顾(Ethproofs, 2025-12-06)披露了一组令人瞩目的数据:全网的证明延迟中位数从年初的 128 秒下降到年末的 6.2 秒;单块估算成本从 1.69 美元降至 0.037 美元(约 3.7 美分)。
这种透明的价格发现机制带来了两个连锁反应。第一,团队被迫优化。当所有人都知道你的证明比别人慢 10 秒,或者比别人贵 5 倍,优化就变成生存问题。第二,证明被商品化。当成本被钉在公开排行榜上,证明生成可以被当作一种服务来衡量和采购。
1.3 成本坍塌的三大驱动力
45 倍的降幅不可能来自单一因素。拆解其结构,可以看到三条并行的成本压缩曲线:
- 算法层:折叠方案(Nova/SuperNova)、递归聚合和批量证明(batch proving)的成熟,使证明的“摊销成本”大幅下降。一个证明可以覆盖数百个区块或数千笔交易,单位边际成本趋近于零。
- 硬件层:GPU 库(如 ICICLE)、FPGA 原型和 ZK 专用 ASIC 的部署,把 MSM(多标量乘法)和 NTT(数论变换)这两个“计算黑洞”的速度提升了 3–50 倍不等。
- 工程层:并行化调度、内存池优化和证明任务切分的工业化生产流程成熟,让证明集群的利用率从 40% 提升到 85% 以上。
title: 从1.69美元到4美分——证明成本瀑布图
flowchart LR
A["2025/01<br/>~1.69美元<br/>单GPU参考实现"] -->|算法优化| B["2025/04<br/>~0.50美元<br/>批量证明+并行化"]
B -->|ICICLE GPU加速| C["2025/07<br/>~0.15美元<br/>MSM/NTT 3-5x加速"]
C -->|FPGA原型部署| D["2025/10<br/>~0.08美元<br/>专用硬件早期上线"]
D -->|ASIC规模化| E["2025/12<br/>~0.037美元<br/>成熟量产降低成本"]
style A fill:#ffcccc
style E fill:#ccffcc
上图展示了成本下降的关键拐点。这种下降并非线性持续:2025 年末曲线已明显趋平,表明软件优化和通用 GPU 加速已接近边际收益递减点。下一阶段的成本压缩,取决于专用硬件(FPGA/ASIC)能否突破当前的数学瓶颈。
第2章 硬件加速的三驾马车:GPU、FPGA与ASIC
2.1 GPU加速:ICICLE与3–5倍性能跃升
在 ZK 证明的算力消耗中,MSM 和 NTT 通常占据 70% 以上的运行时间。MSM 负责椭圆曲线上的大规模标量乘法——在 Groth16 等系统中,一个证明可能涉及数百万甚至数十亿次点加运算。NTT 则是将多项式从系数表示转化为求值表示的核心变换,其计算复杂度为 O(n log n),但常数因子极大,且对内存带宽极度敏感。
GPU 的优势恰好命中上述两条路径的痛点。以 Ingonyama 团队开源的 ICICLE 库为例,它针对 CUDA 核心重构了 MSM 和 NTT 的并行调度,把原本在 CPU 上需要数十秒的操作压缩到数秒。Ingonyama 的测试数据显示,对于 bn254 曲线的 MSM,ICICLE 在 NVIDIA A100 上实现了 3–5 倍于最优化 CPU 实现的加速;对于大尺度 NTT,加速比甚至更高。
GPU 的另外两个优势在于生态和灵活性。CUDA 拥有成熟的开发者工具链、广泛的维修渠道和相对低廉的获取成本。一个中型 Rollup 团队可以在 2 万美元以内搭建一台多 GPU 证明工作站,并在数小时内完成 ICICLE 的集成。这种“桌面级的民主化”,是 2025 年证明成本快速下降的主因。
2.2 FPGA:可重构中间体的工程权衡
FPGA 的逻辑在于:它比 ASIC 便宜且可编程,又比 GPU 在特定算法上更节能。对于 ZK 场景,FPGA 可以把 MSM/NTT 的运算硬化为流水线逻辑单元,避开 GPU 的线程调度开销和内存瓶颈。
然而,FPGA 的陷阱同样明显:开发周期长、工具链门槛高、重构成本大。2025 年,真正投入量产的 ZK FPGA 方案仍然有限。大多数团队将其视为“ASIC 之前的过渡原型”——用来验证数学硬化逻辑的正确性,而非大规模生产环境的主力。
2.3 ASIC/ZPU:极限能效的前提与陷阱
2025–2026 年最受关注的硬件叙事,是 ZK 专用芯片的崛起。以 Cysic 为代表的团队提出了“ZPU”(ZK Processing Unit)概念:一种专门为 MSM、NTT 和多项式运算设计的 ASIC。
Cysic 的研究报告指出,ZPU 的理论能效比可以比 GPU 高出一个数量级以上。但 ASIC 的陷阱在于“锁定风险”:ZK 算法仍在快速演进,今天的 Groth16 优化逻辑,可能在明天被 PLONK 或 STARK 证明系统的更新所淘汰。ASIC 的 12–18 个月流片周期与学术界的 6 个月算法迭代周期之间存在结构性错配。历史上,比特币 ASIC 的胜利建立在 SHA-256 十年不变的算法前提下;而 ZK 领域尚无如此稳定的“锚定标准”。
2.4 不可能三角:性能、灵活性与能效比
三条硬件路线之间,存在一个清晰的不可能三角:
title: 硬件加速不可能三角
flowchart TB
subgraph Tri[""]
Perf["峰值性能<br/>ASIC > GPU > FPGA"]
Flex["灵活可重构<br/>GPU > FPGA > ASIC"]
Effi["能效比<br/>ASIC > FPGA > GPU"]
end
Perf ---|权衡| Flex
Flex ---|权衡| Effi
Effi ---|权衡| Perf
ASIC["ASIC/ZPU<br/>极限能效<br/>高锁定风险"]
FPGA["FPGA<br/>可重构原型<br/>开发门槛高"]
GPU["GPU+ICICLE<br/>生态成熟<br/>边际收益递减"]
ASIC --- Effi
FPGA --- Flex
GPU --- Perf
上图以三角形关系呈现了三条路线的约束。当前(2026 年初)的市场均衡点是:GPU 负责快速迭代和中等规模生产;FPGA 用于算法尚未定型的早期项目;ASIC 仅被少数资本充足的团队用于大规模、长期稳定的证明任务。在短期内,这一均衡不会被打破。
第3章 主要玩家与竞争格局
3.1 Ingonyama:GPU加速的桌面级民主化
Ingonyama 的 ICICLE 库已成为 ZK GPU 加速的事实标准之一。它支持多种曲线(bn254、bls12_381)和多种证明后端(Gnark、Halo2 适配器正在完善),并提供了 Python 和 C++ 绑定。其商业策略并非出售硬件,而是“软件层抽租”:通过库授权和咨询服务盈利,同时推动 GPU 证明生态的标准化。
这一策略的成功在于降低了证明优化的门槛。一个只有 2–3 名密码学工程师的小团队,无需理解 CUDA 的底层线程调度,只需替换后端调用即可获得 3–5 倍加速。这种“中间件”定位,使 Ingonyama 在 ZK 加速市场中占据了独特的生态位。
3.2 Cysic:从FPGA到ASIC再到ComputeFi
与 Ingonyama 的软件路线不同,Cysic 走的是“全栈硬件”路线。2024 年,Cysic 发布了 FPGA 原型;2025 年推进至 ZPU ASIC 设计,并提出“ComputeFi”概念——用 DePIN(去中心化物理基础设施网络)模式构建一个由 ZPU 节点组成的分布式证明网络。
Cysic 的愿景是将证明生成变成类似 Filecoin 的算力市场:节点提供专用硬件,网络分配证明任务,链上合约自动结算。然而,截至 2026 年初,ComputeFi 仍处于白皮书和测试网阶段。其真正挑战不在于芯片设计,而在于“先有鸡还是先有蛋”的网络启动问题:没有足够的需求侧(需要外包证明的 Rollup),供应侧(购买 ZPU 矿机的节点运营者)不会入场;而没有充足的供应,需求侧也无法获得比 GPU 云更便宜的报价。
3.3 以太坊基金会与开源社区的角色
以太坊基金会在 2025 年 7 月的博客文章不仅设定了技术指标,也重塑了行业预期。当核心基金会公开要求“≤10 秒且 ≤10 万美元”时,所有 zkEVM 团队都有了明确的优化靶标。ethproofs 榜单的存在,进一步强化了这种“公开竞争”的氛围。
开源社区则是另一股不可忽视的力量。除了 ICICLE,Lurk Lab、0xPolygon 和 Scroll 团队均开源了各自的 GPU/FPGA 加速组件。这种“开源竞争”降低了全行业的重复研发,但也意味着硬件加速的策略差异化空间被压缩——最终胜出的很可能是生态最兼容、文档最完善的方案。
第4章 证明的费用模型与定价逻辑
4.1 成本拆解:MSM与NTT的算力消耗
要理解证明定价,必须先拆解证明生成的算力成本。以 Groth16 类型为例,主要成本项包括:
| 运算阶段 | 占证明时间比例 | 硬件瓶颈 |
|---|---|---|
| MSM(多标量乘法) | 40–60% | 内存带宽 + 并行度 |
| NTT(数论变换) | 20–35% | 内存带宽 + 算术单元 |
| 哈希与约束评估 | 10–20% | 分支预测 + 内存延迟 |
| 前后处理与 I/O | 5–10% | 存储带宽 |
上表(基于 Ingonyama 和 zkProof 标准会议的公开基准数据)表明,MSM 和 NTT 是成本的核心。这意味着,任何硬件加速方案必须优先优化这两个原语;反之,证明算法的创新若能减少 MSM/NTT 的调用次数(如 PLONK 对可定制门电路的引入),其成本收益可能比单纯硬件加速更显著。
4.2 实时证明的“硬指标”锚定效应
以太坊基金会“四个十”硬指标的聪明之处在于,它们把模糊的“性能好坏”转化为可度量的经济约束:一个 10 万美元的机器,按三年折旧、每年 8,000 小时运行时间计算,每小时折旧成本约 4.17 美元;加上 10 千瓦功耗在 0.1 美元/度电地区的小时电费约 1 美元,单小时的综合运行成本约为 5.17 美元。如果这套系统每 10 秒生成一个区块证明,那么单块的理论成本下限可以低至约 1.4 美分——这与 ethproofs 2025 年末的 3.7 美分记录处于同一数量级。
换言之,3.7 美分并非极限,而是当前技术水平与规模化程度下的局部最优。随着 ASIC 量产和集群利用率进一步提升,1 美分以下的单块成本在 2026 年内是可以预期的。
4.3 规模化成本曲线
证明成本遵循典型的“学习曲线”:早期研发投入大、单位成本高;一旦算法和硬件定型,边际成本随吞吐量提升而快速下降。但与云计算不同,ZK 证明的成本下降受制于一个额外的数学约束:证明大小与验证成本不会随证明生成速度线性改善。当证明生成本身趋近于零成本时,证明的传播、存储和链上验证反而会成为新的成本中心。
title: ZK 证明成本曲线与瓶颈迁移
xychart-beta
title "单块证明成本与验证网络开销(示意)"
x-axis [2024-Q1, 2024-Q3, 2025-Q1, 2025-Q3, 2026-Q1, 2026-Q3]
y-axis "美元(对数刻度)"
line "证明生成成本" [10.0, 5.0, 1.69, 0.15, 0.037, 0.01]
line "验证/传播开销" [0.01, 0.01, 0.02, 0.05, 0.08, 0.12]
line "网络协调成本" [0.00, 0.00, 0.01, 0.03, 0.05, 0.08]
上图为趋势示意。关键洞察是:证明生成的成本曲线与验证/传播/网络协调的成本曲线正在交叉。这意味着 2026 年的核心经济问题不再是“证明有多快”,而是“验证网络能否在规模扩大时保持经济可持续性”。
第5章 去中心化证明网络:生产关系的重构
5.1 集中式证明的瓶颈
当前绝大多数 ZK Rollup 的证明生成是中心化的:项目方自建或租用服务器集群,内部调度证明任务。这种模式的问题不仅在于信任假设(用户需要信任运营者如实生成证明),还在于经济效率的缺失:当证明需求波动时,固定集群要么闲置浪费,要么超载拥堵;而在市场机制下,算力本可以在不同需求方之间动态配置。
5.2 去中心化网络的信任模型
去中心化证明网络的核心信任假设是:证明的正确性可以被验证,而不需要信任生成者。如果验证是廉价的,那么就可以允许任何人作为证明者节点参与网络,无需许可。链上协调合约只需验证提交证明的有效性,然后按劳分配奖励。这与零信任原则天然吻合。
title: 去中心化证明网络信任流与激励循环
flowchart TD
User["用户/需求方<br/>Rollup / zkVM / DApp"] -->|支付费用| Coord["协调合约<br/>任务分配+定价"]
Coord -->|分发证明任务| ProverA["证明者节点 A<br/>GPU/FPGA/ASIC"]
Coord -->|分发证明任务| ProverB["证明者节点 B<br/>GPU/FPGA/ASIC"]
Coord -->|分发证明任务| ProverC["证明者节点 C<br/>GPU/FPGA/ASIC"]
ProverA -->|提交证明| Verify["验证合约<br/>校验证明有效性"]
ProverB -->|提交证明| Verify
ProverC -->|提交证明| Verify
Verify -->|验证通过| Incentive["激励池<br/>按贡献分配"]
Verify -->|验证失败| Slash["罚没机制<br/>削减质押"]
Incentive --> ProverA
Incentive --> ProverB
Incentive --> ProverC
User -.->|旁路不信任<br/>可本地验证| Verify
style Coord fill:#e1f5fe
style Verify fill:#e8f5e9
style Slash fill:#ffebee
上图展示了去中心化证明市场的基本结构。关键设计点有三:
- 任务分配:为避免单节点垄断或拒绝服务,协调合约通常采用随机+质押加权的分发策略。
- 验证与惩罚:证明若被证明无效,节点质押被罚没。由于 ZK 证明的可验证性,这种惩罚机制比传统预言机网络更客观。
- 需求方旁路:如果用户对协调合约本身不放心,可以本地运行验证器,直接校验证明的有效性。这构成了最终的安全兜底。
5.3 早期网络架构与激励设计
截至 2026 年,去中心化证明网络仍处于极早期。nil 基金会(=nil 原语协议)、Risc0 Bonsai 和 Aethir 等项目分别探索了不同方向:=nil 强调密码学级别的正确性和可组合性;Bonsai 聚焦于 RISC-V zkVM 的证明外包市场;Aethir 则将其作为更广泛的 GPU 计算市场的一部分。
它们的共同挑战是冷启动。一个证明市场的流动性需要两端:足够的证明任务流量和充足的算力供应。在整体 ZK 生态尚未大规模爆发时,这个“鸡生蛋”问题很难只靠协议设计解决。
第6章 证明经济学的悖论与挑战
6.1 当证明趋近免费:需求弹性能否拯救市场?
证明经济学的第一个悖论是:如果证明成本趋近于零,那么专门构建去中心化证明市场的经济激励在哪里?当任何人都能以可忽略的成本生成证明时,出售证明服务本身的利润空间被极度压缩。
对这个悖论的回应是需求弹性。即使生成成本趋近于零,证明的需求可能会因为应用场景的扩张而指数级增长。换言之,单块证明的价格可能趋近于零,但证明的总市场规模(区块数 × 单价)仍可能扩大。这与云存储的演化轨迹类似——单 GB 价格持续下跌,但全球云存储支出却持续上升。
6.2 中心化与去中心化的经济平衡
第二个更为现实的挑战是,去中心化证明网络能否在成本上击败中心化云提供商。AWS、GCP 和 Azure 拥有规模经济、成熟的供应链和全球数据中心。如果一个 Rollup 团队可以每月花 2,000 美元在 AWS 上完成所有证明工作,它是否有动力切换到尚不稳定、流动性不足的链上去中心化市场?
答案取决于两点:信任溢价和抗审查溢价。如果 ZK 应用面向的用户群体对中心化和审查敏感(例如跨境支付、主权身份),他们愿意为去中心化证明网络支付一定溢价。但如果 ZK 主要用于降低游戏 Rollup 的 Gas 成本,用户可能更关心价格本身。
6.3 安全假设的反噬
第三个挑战来自密码学内部。证明变便宜了,意味着攻击者伪造证明的成本也下降了——如果硬件门槛足够低。虽然 ZK 证明的密码学安全性在数学上是可证明的,但实现层面的漏洞(如第 7 期和第 15 期将详细讨论)可能被低成本的算力放大。
6.4 监管真空的边界
最后,证明市场目前仍处于全球监管的边缘。它究竟属于“计算服务”、“云计算”还是一种新型金融基础设施,尚无定论。随着证明被用于越来越多的 L1 状态验证,监管机构可能会将其纳入关键数字基础设施的范畴。届时,去中心化证明网络面临的 KYC/AML 压力将是一个全新的合规维度。
第7章 2026年展望:走向成熟的证明经济
7.1 瓶颈从证明转移到验证网络
如前成本曲线所示,2026 年的竞争焦点将从“谁能更快生成证明”转向“谁能以更低成本运营验证网络”。这包括链上验证 Gas 的优化(EIP-4844 后的 blob 空间定价)、递归聚合的普及(减少链上验证次数),以及轻客户端验证的经济化。
7.2 ASIC的规模效应与生产就绪差距
Cysic 等 ZPU 项目预计将在 2026 年进入量产。如果其能效比声明兑现,单块证明成本可能再降一个数量级。但量产风险依然存在:流片良率、算法迭代错配、以及矿机经济回报的不确定性。生产就绪(production-grade)与实验室演示之间的差距,在硬件领域一直是决定生死的分水岭。
7.3 跨链与链下证明的统一市场雏形
展望更远,一个跨链的统一证明市场正在理论层面初具模型。在这个市场中,以太坊、Solana、Bitcoin L2 等不同链的证明需求可以被同一个证明者网络满足,通过不同的验证合约路由。这种通用性取决于 zkVM 和跨链状态证明标准的成熟——这也是第 9 期将深入分析的主题。
第8章 结语:密码学商品化的利弊
45 倍的成本坍塌,把 ZK 证明从少数密码学家的实验室推向了工程生产车间。这是密码学商品化的胜利:证明经济学让技术变得可及、可衡量、可交易。
但商品化也有危险的一面。当 ZK 被简化为“一种更便宜的计算验证方式”,其背后深刻的数学保证——信任最小化、可验证执行、零知识泄露——可能被商业叙事稀释。证明经济学的终极使命,不是让证明趋近于免费,而是让信任的成本永远保持可计算、可审计、可拆分。
在这个意义上,1.69 美元到 4 美分的坍塌,只是序章。真正值得书写的,是这门经济学如何改变整个互联网对“信任”的定价方式。
参考文献
- Ethereum Foundation, 2025-07-10 — Shipping an L1 zkEVM #1: Real-time Proving <br/>https://blog.ethereum.org/2025/07/10/realtime-proving<br/>提出实时证明硬指标(≤10s、≤$100k CAPEX、≤10kW、≤300 KiB)。
- Ethproofs, 2025-12-06 — 2025 Review & 2026 Roadmap for Real-Time Proving <br/>https://hackmd.io/@willcorcoran/S1A840ZMZg<br/>单块证明成本从1月1.69美元降至12月不足4美分。
- Ingonyama, 2023-03-08 — ICICLE GPU Library User Guide <br/>https://medium.com/@ingonyama/user-guide-zk-acceleration-of-gnark-using-icicle-381f4efd13e4<br/>GPU 加速 MSM 与 NTT,实现 3–5 倍加速。
- zkProof.org, 2023 — SoK: Hardware Accelerated Modular Multiplication for ZKProofs <br/>https://docs.zkproof.org/pages/standards/accepted-workshop3/sok-hardware_acceleration.pdf<br/>系统综述 CPU/GPU/FPGA/ASIC 加速路线的数学基础。
- Wavect, 2026 — 2026年的零知识证明:什么达到了生产就绪 <br/>https://wavect.io/zh/blog/zero-knowledge-proofs-production-2026<br/>综合评估 zkVM、证明成本曲线与客户端 ZK 进展。
- Cysic Research Report — The ComputeFi Path of ZK Hardware Acceleration <br/>https://medium.com/@0xjacobzhao/cysic-research-report-the-computefi-path-of-zk-hardware-acceleration-3b4517cd183b<br/>系统分析 Cysic 的 ASIC/FPGA/GPU 三路线及 ComputeFi 商业模式。
正文撰写日期:2026年7月21日
本期期数:第4期 / 标题:证明经济学的诞生:硬件加速、市场定价与去中心化证明网络
总字数目标:≥5000字中文字
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