Qu'est-ce que Lattice Jolt ? Pourquoi a16z Crypto oriente les zkVM vers la cryptographie post-quantique

2026/09/13 13:00:00

La cryptographie réseau apporte une sécurité post-quantique aux zkVM

Les machines virtuelles à preuve nulle sont devenues une infrastructure essentielle pour le scaling des blockchains et la mise en œuvre de calculs préservant la vie privée. Le 9 septembre 2026, a16z crypto a publié Lattice Jolt, une version open-source améliorée de son Jolt zkVM qui remplace la cryptographie à courbe elliptique par une cryptographie basée sur les réseaux. Ce changement offre une sécurité post-quantique tout en améliorant simultanément les performances du prouveur et du vérificateur d’un facteur deux à trois et en produisant les preuves les plus courtes parmi les zkVM post-quantiques.

Ce développement intervient alors que l'infrastructure numérique plus large migre vers des hypothèses de treillis déjà standardisées par le NIST pour les signatures et l'établissement de clés. Lattice Jolt démontre que les SNARKs basés sur les treillis surpassent les conceptions antérieures basées sur les courbes elliptiques et les alternatives post-quantiques existantes fondées sur les fonctions de hachage en termes de vitesse, de taille et de mémoire. Lattice Jolt montre que le passage des zkVM à la cryptographie basée sur les treillis résout simultanément la menace quantique et offre des gains de performance mesurables, rendant les preuves post-quantiques pratiques pour une utilisation sur chaîne et sur mobile.

Lattice Jolt remplace Dory par le schéma d'engagement Akita

L'architecture originale de Jolt reposait sur le schéma de compromis polynomial Dory, le seul composant dépendant de la cryptographie basée sur les courbes elliptiques. Lattice Jolt remplace Dory par Akita, un nouveau schéma de compromis polynomial fondé sur l'hypothèse Module-SIS. Akita a été développé sous la direction de chercheurs et d'ingénieurs de LayerZero en collaboration avec des équipes de l'Université Carnegie Mellon, de l'Université de Californie du Sud et de a16z crypto. Ce schéma vise une sécurité complète de 128 bits selon une hypothèse standard et bien étudiée appartenant à la même famille que Module-LWE. Ces hypothèses soutiennent déjà la norme de signature numérique ML-DSA de NIST et la norme d'établissement de clé ML-KEM largement déployée.

Étant donné que le reste de la pile Jolt est informationnellement sécurisé, le remplacement uniquement de la couche d'engagement rend l'ensemble du système de preuve post-quantique. Akita est publié comme une primitive autonome open-source que tout système de preuve peut adopter. Son premier déploiement en production a lieu au sein de Jolt, qui sous-tend la blockchain Zero de LayerZero. L'intégration préserve l'architecture de haut niveau existante de Jolt tout en modifiant uniquement le substrat cryptographique, permettant aux développeurs de continuer à écrire des programmes RISC-V ordinaires plutôt que des circuits spécialisés. Ce remplacement n'est pas seulement défensif. Travailler sur des corps de 128 bits au lieu des corps de 256 bits requis par les courbes elliptiques réduit le coût des multiplications dans les corps, qui dominent le travail du prouveur.

Le résultat est à la fois une résistance quantique et des améliorations concrètes de vitesse. Les preuves générées avec Akita se situent actuellement dans la plage de 65 à 80 Ko et restent globalement sous les 100 Ko, nettement plus petites que les preuves typiques des autres zkVM post-quantiques, qui varient entre 200 et 600 Ko. La consommation mémoire diminue également d'environ 300 octets par cycle à environ 200 octets par cycle, permettant de générer des preuves de millions de cycles RISC-V sur des appareils mobiles. Ces indicateurs positionnent Lattice Jolt comme le premier zkVM post-quantique prêt pour la production qui améliore simultanément les performances au lieu de les sacrifier.

Pourquoi les hypothèses de Lattice s'alignent sur la migration cryptographique mondiale

L’infrastructure numérique mondiale évolue déjà vers des primitives basées sur les réseaux. ML-KEM est devenu le mécanisme d’établissement de clé post-quantique le plus largement déployé et est utilisé par défaut dans les principaux navigateurs, applications de messagerie et une grande partie des connexions TLS. Les signatures ML-DSA, généralement de quelques kilooctets, sont préférées à l’alternative plus volumineuse basée sur les fonctions de hachage SLH-DSA pour la plupart des déploiements pratiques. Lattice Jolt place les zkVM sur le même pied d’égalité cryptographique. Les signatures numériques peuvent être vues comme des preuves de connaissance d’une clé secrète pour un message spécifique ; les SNARKs généralisent ce paradigme à tout calcul arbitraire. Il serait surprenant que le paysage à long terme des SNARKs diverge fortement du paysage déjà établi pour les signatures et le chiffrement.

Les SNARKs basés sur les fonctions de hachage ont dominé les déploiements post-quantiques en production car ils semblent conservateurs. Pourtant, de nombreux systèmes pratiques s'appuient sur des fonctions de hachage algébriques telles que Poseidon, dont la cryptanalyse est moins mature que celle des fonctions de hachage standard. Certains dépendent également de bornes conjecturales sur l'écart de proximité qui ont ensuite été démontrées fausses, ou visent des niveaux de sécurité inférieurs à 128 bits pour éviter des pénalités de performance. L'erreur de solidité de Lattice Jolt évolue avec le logarithme de la taille de l'énoncé plutôt que de manière linéaire, préservant presque la sécurité complète de 128 bits même sur un corps de 128 bits. La combinaison d'hypothèses standardisées, de preuves plus petites et de vitesse supérieure fait des réseaux le prochain pas naturel pour les zkVM à haute performance, et non une alternative de niche.

Améliorations des performances grâce à des champs plus petits et à une réécriture de la base de code

Les contraintes des courbes elliptiques ont contraint Jolt à fonctionner sur des champs de 256 bits. La cryptographie basée sur les réseaux atteint une sécurité équivalente sur des champs de 128 bits, et le coût dominant du prouveur est la multiplication d'éléments de champ. Réduire de moitié la longueur en bits de ces éléments entraîne une réduction de plusieurs fois le coût arithmétique. Jolt basé sur les courbes avait déjà atteint plus d'un million de cycles RV64IMAC par seconde sur un CPU de laptop après des optimisations successives. Jolt basé sur les réseaux dépasse deux millions de cycles par seconde sur le même matériel. Une réécriture complète de la base de code Jolt a accompagné le changement cryptographique. Cette réécriture simplifie les implémentations GPU et fournit un backend Apple Metal qui pousse les performances au-delà de dix millions de cycles par seconde sur un MacBook.

Même la version basée sur les courbes atteint désormais environ quatre millions de cycles par seconde avec l'accélération Metal. En une seule mise à jour, le système est passé d'environ un million de cycles par seconde (CPU uniquement, basé sur les courbes) à plus de dix millions (basé sur un réseau avec GPU). La surcharge du prouveur par rapport à l'exécution native est tombée à environ 10 000 fois, une amélioration spectaculaire par rapport aux surcharges de plusieurs millions de fois courantes il y a seulement quelques années. Des optimisations claires en matière d'ingénierie et de protocole restent possibles, ce qui indique que de nouveaux gains sont attendus.

Les preuves compactes réduisent les coûts sur chaîne et réseau

La taille des preuves est tout aussi importante que la vitesse du prouveur, principalement parce que ces preuves doivent être publiées sur la chaîne et transmises à travers divers réseaux. Les preuves générées par Lattice Jolt sont remarquablement compactes, mesurant moins de 100 Ko, la plupart se situant généralement entre 65 Ko et 80 Ko. En comparaison, les zkVM post-quantiques concurrents produisent des preuves pouvant varier de plus de 200 Ko à environ 600 Ko ou même plus. Cette réduction significative de la taille, qui peut être deux à huit fois plus petite selon l'application spécifique, contribue directement à réduire les coûts de vérification et les exigences en bande passante nécessaires à la transmission.

De plus, des preuves plus petites facilitent une composition récursive plus aisée et la construction de clients légers. Le système Akita utilise un modèle de mémoire sous-linéaire qui va au-delà du simple stockage du polynôme lui-même, permettant au système de s’adapter efficacement à des tailles de programmes très importantes sans nécessiter un emballage récursif obligatoire. La combinaison de ces preuves compactes et d’une empreinte mémoire réduite rend Lattice Jolt non seulement pratique, mais aussi extrêmement efficace, à la fois pour des proveurs GPU à haut débit capables de traiter des milliards de cycles et pour des appareils aux ressources limitées chargés de prouver des millions de cycles. Cette efficacité est cruciale pour élargir l’utilisabilité et l’accessibilité de la technologie zkVM dans diverses applications et appareils.

L'efficacité mémoire permet la preuve mobile et en périphérie

Les versions précédentes de Jolt ont systématiquement été reconnues comme l'une des zkVM les plus économes en mémoire disponibles sur le marché. Avec la récente transition vers des structures basées sur les réseaux, une réduction significative de l'utilisation de l'espace a été observée, passant d'environ 300 octets par cycle à un impressionnant 200 octets par cycle. Cette amélioration notable implique qu'un téléphone mobile standard est désormais capable de générer des preuves cryptographiques pour des millions de cycles RISC-V, ce qui constitue une réalisation remarquable. Cette capacité élargie élargit le spectre des appareils pouvant participer au calcul vérifiable, réduisant ainsi les barrières pour les applications préservant la vie privée qui doivent fonctionner à proximité de l'utilisateur.

La réduction de la pression mémoire simplifie non seulement le processus de preuve concurrente, mais réduit également les exigences matérielles nécessaires pour des flottes de proveurs à grande échelle. En conséquence, les développeurs peuvent désormais déployer le même zkVM sur un éventail beaucoup plus large d'environnements sans avoir à réécrire les applications existantes ni compromettre les performances par des compromis sévères. Cette flexibilité est essentielle pour encourager l'innovation et garantir qu'une variété d'appareils puissent participer à l'espace en croissance du calcul vérifiable.

Intégration avec LayerZero’s Zero Blockchain

Le premier et significatif déploiement de production de Lattice Jolt a lieu au sein du système Jolt, qui constitue le cadre fondamental de la blockchain innovante Zero de LayerZero. Ce partenariat stratégique garantit que la tant attendue mise à jour post-quantique sera accessible dès le premier jour du nouveau schéma d'engagement. En conséquence, Zero est positionné pour fournir des preuves résistantes à la quantum, tout en bénéficiant des améliorations associées en termes de vitesse et de taille.

Étant donné qu'Akita est conçu avec soin comme une primitive modulaire, les mêmes améliorations en matière de sécurité et de performance peuvent par la suite être adoptées par d'autres systèmes de preuve qui choisissent d'intégrer la couche d'engagement réseau dans leurs architectures. Ce déploiement constitue une démonstration convaincante que les SNARKs basés sur les réseaux sont effectivement prêts pour des charges de travail réelles sur blockchain, et ne se limitent pas à exister comme des constructions théoriques au sein du milieu académique. Les tests et évaluations en cours sur la blockchain Zero fournissent des retours concrets et exploitables, qui joueront un rôle crucial dans l'orientation des améliorations et des enhancements futures à la fois du cadre Akita et de l'architecture Jolt plus large qui le soutient.

Les propriétés de solidité favorisent les constructions en treillis par rapport à certaines conceptions basées sur des fonctions de hachage

Les SNARKs basés sur les hachages sont connus pour rencontrer fréquemment des erreurs de solidité qui augmentent linéairement avec la taille de l'énoncé traité. En termes pratiques, lorsqu'on travaille dans un corps de 128 bits, tenter de prouver un calcul impliquant un milliard d'étapes peut entraîner une perte d'environ 30 bits de sécurité, ce qui est significatif. En revanche, l'erreur de solidité de Lattice Jolt présente un comportement d'échelle beaucoup plus favorable, car elle ne croît que de manière logarithmique avec la taille de l'énoncé. Cette caractéristique lui permet de préserver presque l'intégralité de la cible de sécurité de 128 bits, ce qui est essentiel pour maintenir des normes de sécurité robustes. Des techniques standard sont disponibles pour restaurer efficacement toute perte logarithmique résiduelle qui pourrait survenir.

Cette distinction est particulièrement importante pour les applications qui exigent des garanties de sécurité solides et quantifiables. Ces applications ne devraient pas être contraintes de s'appuyer sur des champs beaucoup plus vastes ou sur la mise en œuvre de couches récursives supplémentaires, ce qui pourrait compliquer la conception et le déploiement des systèmes cryptographiques. La configuration transparente d'Akita joue un rôle essentiel pour éliminer davantage le besoin de cérémonies de confiance, qui restent une exigence pour certains systèmes alternatifs. Cette transparence renforce la fiabilité et l'utilisabilité globales du système, le rendant plus attrayant pour les développeurs et les utilisateurs alike.

Résultats pour la philosophie de conception SNARK

a16z crypto a constamment affirmé que Jolt ne devrait pas être limité à une seule fondation cryptographique. Il existe des implémentations matures et performantes qui utilisent des courbes elliptiques, des fonctions de hachage et des réseaux, chacune adaptée à différents modèles de menace et présentant des profils de performance distincts. Jolt sur réseaux répond à cette vision globale en offrant une option hautement performante sur réseaux, déjà compétitive sur tous les axes d'évaluation majeurs.

Si l'on considère la direction des signatures numériques comme un principe directeur, il est probable que les SNARKs basés sur les réseaux deviennent le choix dominant pour les applications post-quantiques dans la plupart des déploiements pratiques. Les progrès simultanés en vitesse, taille et sécurité éliminent efficacement les pénalités de performance historiques qui avaient jusqu'alors découragé l'adoption de solutions basées sur les réseaux dans les systèmes de production.

Avantages pratiques pour la scalabilité et la confidentialité de la blockchain

La preuve plus rapide réduit le coût de génération des preuves de validité pour les rollups, les ponts et autres solutions d'évolutivité. Des preuves plus petites abaissent le coût en gaz de la vérification sur chaîne et le coût en bande passante de la propagation des preuves à travers les réseaux peer-to-peer. La combinaison rend économiquement viable la preuve de calculs plus importants avec une fréquence plus élevée.

Les applications de confidentialité bénéficieront une fois que le prochain article complémentaire ajoutera un support natif à zero-knowledge à Lattice Jolt. Les travaux antérieurs sur Jolt ont déjà démontré qu’il est possible d’ajouter la preuve à zero-knowledge avec uniquement quelques kilooctets de surcharge de taille de preuve et aucune augmentation significative du temps de preuve. Étendre cette propriété au cadre des réseaux permettra un calcul privé sous des hypothèses post-quantiques sans les procédures d’enveloppe coûteuses requises par de nombreux autres systèmes.

Opportunités restantes en ingénierie et recherche

Bien que Lattice Jolt ait déjà accompli des progrès significatifs pour améliorer ses performances par rapport à son prédécesseur sur diverses métriques importantes, les équipes impliquées dans son développement ont observé qu'il existe encore de nombreuses opportunités d'optimisations supplémentaires du protocole et de son implémentation. Les efforts en cours axés sur les backends GPU, en particulier ceux qui dépassent les capacités d'Apple Metal, ainsi que des améliorations supplémentaires dans les techniques d'arithmétique de champ et une approche plus intégrée avec les systèmes de preuve récursive, constituent des étapes suivantes logiques et prometteuses dans ce parcours.

La récente publication open source de Jolt et d'Akita démontre non seulement l'engagement en faveur de la transparence et de la collaboration, mais invite également activement les développeurs et chercheurs externes à contribuer, ce qui peut accélérer considérablement l'avancement de ces améliorations. En outre, un article technique distinct qui approfondira l'intégration des capacités de preuve à connaissance nulle dans Lattice Jolt devrait être publié prochainement. Ce travail à venir devrait compléter l'ensemble complet de propriétés essentielles pour permettre la plus large gamme d'applications privilégiant la préservation de la vie privée et l'évolutivité dans leur conception et leur mise en œuvre.

Contexte industriel et espace concurrentiel

Actuellement, la majorité des SNARKs post-quantiques en production reposent encore principalement sur des fonctions de hachage. Toutefois, Lattice Jolt se distingue comme le premier système à démontrer avec succès la capacité d’une couche d’engagement par treillis à offrir à la fois une résistance quantique robuste et des performances concrètes exceptionnelles dans le cadre d’un zkVM entièrement fonctionnel. Cette réalisation révolutionnaire remet en question l’hypothèse largement répandue selon laquelle atteindre la sécurité post-quantique implique nécessairement une pénalité de performance significative.

Les récents benchmarks révèlent que Lattice Jolt peut atteindre plus de deux millions de cycles par seconde lorsqu'il est exécuté sur un CPU, et il dépasse dix millions de cycles par seconde avec l'aide de l'accélération Metal. Ces performances impressionnantes positionnent Lattice Jolt au-dessus des versions antérieures qui s'appuyaient sur des approches basées sur des courbes, le rendant compétitif, voire supérieur, à d'autres alternatives post-quantiques en termes de taille de preuve et d'efficacité mémoire. Ces chiffres remarquables établissent un nouveau point de référence précieux pour évaluer et comparer les conceptions des futurs systèmes zkVM.

L'avenir du calcul vérifiable post-quantique

Alors que les adversaires capables de calcul quantique deviennent de plus en plus nombreux et constituent une préoccupation sérieuse et réaliste dans le domaine de la cybersécurité, il devient évident que les systèmes déjà conçus pour fonctionner selon des hypothèses de treillis standardisées nécessiteront des migrations moins disruptives pour s'adapter à ces menaces croissantes. Lattice Jolt positionne stratégiquement Jolt ainsi que les diverses applications construites dessus pour participer activement à cette transition cruciale vers une sécurité améliorée, sans sacrifier les gains de performance substantiels soigneusement accumulés au cours des deux dernières années de développement dédié.

La capacité remarquable de prouver des programmes RISC-V ordinaires sous des hypothèses post-quantiques, à des vitesses impressionnantes qui prennent efficacement en charge à la fois les proveurs GPU à grande échelle et les appareils mobiles, élargit considérablement la portée pratique et l'applicabilité du calcul vérifiable. Cette avancée permet aux développeurs de concentrer leurs efforts sur la logique et les fonctionnalités des applications plutôt que de s'embourber dans les complexités de l'ingénierie cryptographique. Dans le même temps, les fournisseurs d'infrastructure bénéficient d'un chemin plus clair et mieux défini vers la sécurité résistante à l'ordinateur quantique, ce qui devient de plus en plus vital dans l'écosystème technologique d'aujourd'hui.

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FAQ

Qu'est-ce exactement que Lattice Jolt ?

Lattice Jolt est la version de septembre 2026 du zkVM open-source Jolt de a16z crypto, dans laquelle le schéma d'engagement polynomial sur courbe elliptique Dory a été remplacé par le schéma basé sur les réseaux Akita. L'architecture de haut niveau qui rendait Jolt simple et rapide reste inchangée ; seule la fondation cryptographique est mise à jour. Le résultat est un système à la fois résistant aux ordinateurs quantiques, deux à trois fois plus rapide, et capable de produire des preuves de moins de 100 Ko.

Comment Akita assure une sécurité post-quantique ?

Akita repose sur l'hypothèse du réseau Module-SIS, qui est considérée comme difficile même pour les ordinateurs quantiques. Cette hypothèse appartient à la même famille déjà normalisée par le NIST pour les signatures ML-DSA et l'établissement de clés ML-KEM. Étant donné que le reste de la pile de preuve Jolt est sécurisé sur le plan informationnel, sécuriser la couche d'engagement suffit à rendre l'ensemble du système résistant aux ordinateurs quantiques.

De combien Lattice Jolt améliore-t-il la vitesse de preuve ?

Sur un processeur d'ordinateur portable, Lattice Jolt dépasse deux millions de cycles RV64IMAC par seconde, soit environ deux à trois fois la performance de la version précédente basée sur les courbes. Avec l'accélération GPU Apple Metal, le même appareil dépasse dix millions de cycles par seconde. La principale source de cette amélioration de performance est le passage de champs de 256 bits à 128 bits, ce qui rend les multiplications de champs dominantes considérablement moins coûteuses.

À quel point les preuves produites par Lattice Jolt sont-elles petites ?

Les preuves mesurent moins de 100 Ko et se situent généralement entre 65 et 80 Ko. Les zkVM post-quantiques concurrents produisent généralement des preuves comprises entre 200 et 600 Ko. Cette réduction diminue les coûts de vérification sur chaîne et les exigences en bande passante réseau.

Lattice Jolt prend-il en charge la preuve à connaissance nulle ?

Un article complémentaire ajoutant une prise en charge native de la preuve à connaissance nulle est attendu prochainement. Les travaux antérieurs sur Jolt basé sur les courbes ont démontré qu'il est possible d'atteindre la preuve à connaissance nulle avec seulement quelques kilooctets de taille supplémentaire de preuve et un surcoût négligeable en temps de preuve. Les mêmes techniques sont actuellement étendues au cadre des réseaux.

Pourquoi privilégier les treillis aux SNARKs post-quantiques basés sur les fonctions de hachage ?

Les constructions basées sur les réseaux permettent de produire des preuves plus petites, d'atteindre une vitesse concrète plus élevée et de fonctionner sous des hypothèses déjà largement déployées pour les signatures et le chiffrement. De nombreux systèmes pratiques basés sur les fonctions de hachage reposent sur des fonctions de hachage algébriques moins matures ou ciblent des niveaux de sécurité inférieurs à 128 bits. La mise à l'échelle logarithmique de l'erreur de sonorité de Lattice Jolt préserve une sécurité presque complète de 128 bits sur un champ de 128 bits.

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