記事転載元:ChainFeeds
著者:LINDABELL
最近のDevcon会議では、Ethereum財団の核心メンバーJustin DrakeがBeam Chain提案を提出し、zkSNARKとzkVM技術を通じてEthereumコンセンサス層をアップグレードし、ネットワークのスケーラビリティ、安全性、効率を向上させる計画を発表しました。このビジョンにより、zkVMの重要性が再び注目されています。汎用ゼロ知識仮想マシンとして、zkVMはより柔軟かつ効率的な方法で複雑な計算を処理でき、従来のスマートコントラクトロジックへの依存を排除します。
このトレンドの推進により、RISC Zero、Succinct、Cysicなどのプロジェクトは、この分野の革新を促進する重要な参加者と見なされています。その中で、RISC ZeroはRISC-Vアーキテクチャに基づくzkVMを活用し、Zeth、Kailua、Bonsaiなどの一連のオープンソースツールを開発し、ブロック検証とRollupの性能を向上させるだけでなく、EthereumのZK化アップグレードに技術的支援を提供しています。
RISC zkVMエコシステム製品マトリックス:コア技術からシーンアプリケーションまで
RISC ZeroはRISC-V命令セットアーキテクチャに基づくzkVM実装であり、汎用ゼロ知識計算プラットフォームとして、RustやC++などのさまざまな主流プログラミング言語をサポートし、ほぼ任意の計算タスクを実行できます。他のゼロ知識技術プラットフォームと比較して、RISC Zeroの証明者と検証者は完全にオープンソースであり、開発者はローカルで証明を生成および検証できます。さらに、RISC Zeroの検証者はさまざまなプラットフォームに互換性があり、異なるブロックチェーンエコシステムに適合し、分散型アプリケーションの開発プロセスを簡素化します。
今年6月、RISC ZeroはzkVM 1.0をリリースしました。zkVM 1.0は、複数の言語や複雑な計算タスクをサポートするとともに、Continuations技術を利用して大規模な計算を複数の小さなセグメントに分割し、高効率の並列計算と検証を実現しました。ロードマップによれば、RISC Zeroは2024年末までにzkVMの性能とコストを20倍向上させる計画で、最適化内容には証明プロセスの完全なGPU移行(80%完了)、新型RISC-V v2回路設計の導入、および再帰回路に対する専門的な最適化が含まれます。同時に、RISC ZeroはRSA、Keccak、ECDSAなどのアルゴリズム用の加速モジュールを統合しており、Ethereum関連のタスクや暗号操作の性能を向上させることを目指しています。
zkVMのコア機能を中心に、RISC Zeroは一連のオープンソースツールと製品を開発しました。たとえば、Bonsaiネットワークを通じて証明サービスを提供し、開発者は専用のハードウェアなしでゼロ知識証明を生成でき、Steelツールを使用することで複雑なEVM計算をオフチェーン環境で実行しつつ、結果の検証を維持し、オンチェーンの実行コストを削減します。また、Blobstream ZeroはCelestiaデータ可用性層をブリッジして、モジュール化されたブロックチェーンエコシステムにおけるデータ共有と検証の可能性を広げます。
Zeth:Ethereumブロックが正しく構築されていることを証明する
Zethは、RISC ZeroがそのzkVM技術に基づいて開発したオープンソースのEthereumゼロ知識ブロック証明器で、ゼロ知識証明を通じてEthereumブロックの有効性を検証でき、従来の検証者や同期委員会に依存することなく機能します。RISC ZeroはZethをType-0 zkEVMとして定義しており、Ethereumプロトコルと完全に互換性があり、コードの再利用を実現して開発効率を向上させています。
Ethereum共同創設者Vitalik Buterinは、記事「Different types of zk-EVMs」でzkEVMを4つのタイプに分類しました。そのうちType-1はEthereumと完全に妥協なく同等を目指し、Type-2はEVMと完全に同等であることを目指しますが、Ethereumとは完全には同等ではありません。Type-3はEVMとほぼ同等であり、Type-4はEthereumとは完全に互換性がありません。
RISC Zero zkVMの高性能のおかげで、Zethは数分以内にEthereumブロックの検証を完了できます。テストデータによれば、Zethは1.1 MHzの速度でブロック証明を生成し、「継続実行(continuations)」機能を通じてGPUクラスターを拡張し、その速度を4.7 MHzから6.3 MHzに引き上げました。この性能の最適化は、証明生成コストの削減にもつながっています。テストによると、182件の取引を含むブロックの証明生成コストはわずか21.72ドルであり、1件の取引あたりのコストは約0.11ドルです。
また、Zethの開発過程で、RISC ZeroチームはRustエコシステムのコンポーネント(revm、ethers、alloyなど)を十分に活用し、開発者がブロック証明機能を迅速に実装し、さまざまなシーンに応用できるようにしました。この設計は、開発者により多くの柔軟性を提供し、必要に応じてブロック構築ロジックを調整し、将来のEthereum改善提案に適応できます。
アプリケーションレベルでは、Zethはzk Rollup、軽量クライアント、およびクロスチェーンブリッジに効率的なソリューションを提供します。従来のzk RollupおよびzkEVMの構築には大量の時間と資金が必要であり、小規模なチームが躊躇する原因となっています。しかし、Zethはモジュール化されたzkVMアーキテクチャに基づいており、開発者はブロック検証ロジックを簡単にカスタマイズできます。たとえば:
zk Rollup:Zethは迅速にブロック証明を実現し、ZK Rollupの開発周期を短縮し、資金投入を削減できます。
軽量クライアント:ブロックを再構築することなくブロックの有効性を検証し、運用コストを削減します。
クロスチェーンブリッジ:ZethはZKPを通じて、チェーン上の敏感な情報を漏らすことなくクロスチェーンデータの正確性を検証できます。これにより、第三者への信頼依存が減少し、クロスチェーン攻撃のリスクが低減されます。
今年5月、ZethはEthereumメインネットからOptimismブロックデータを抽出し、ZKPを生成してブロックの正当性を検証することに成功し、オンチェーンでの検証もサポートしました。つまり、Zethを活用することで、Optimismは取引をより効率的に検証し、取引の争議を解決できます。
Bonsai:開発者が自分のハードウェアを使用せずに証明を生成できるようにする
Bonsaiは、zkVMアプリケーション向けに設計されたリモート証明サービスで、開発者が自分のハードウェアを使用せずに証明を生成できるようにします。これにより、オンチェーンの計算リソースの制限と高コストの矛盾を解決しています。Bonsaiを使用すると、開発者は実行する必要のあるzkVMアプリケーションと入力データを定義するだけで、Bonsaiがバックグラウンドで計算を実行し、対応するゼロ知識証明を生成します。このプロセスでは、開発者が追加のハードウェアデバイスをデプロイする必要はありません。同時に、Bonsaiは大量のGPUクラスターを活用し、複数の計算タスクの並列処理をサポートします。また、Bonsaiはシンプルで使いやすいAPIとSDKインターフェースを提供し、開発者が既存のシステムに簡単に統合できるようにし、開発の難易度をさらに低くしています。
このリモート証明サービスに基づいて、RISC ZeroはオープンソースツールBonsai Payをリリースしました。これはOAuth2.0認証とZKP技術を組み合わせて、ユーザーがGoogleアカウントを使用してEthereumネットワーク上でトークンを送受信できるようにします。たとえば、アリスがボブに資金を送金したい場合、アリスはBonsai Payを通じてボブのGoogleメールアドレスと送金額を入力できます。ボブはその後Bonsai Payにログインし、メールアドレスを入力してGoogleアカウントの認証を完了します。Bonsai PayはOAuth 2.0を使用して承認トークンを生成し、ボブがそのメールアドレスの保有者であることを証明します。その後、Bonsai PayはBonsai証明サービスを呼び出してゼロ知識証明を生成し、ボブのGoogleアカウントとウォレットアドレスが関連付けられていることを証明します。スマートコントラクトは証明を検証した後、資金を解放し、ボブのウォレットアドレスに送金します。
全過程において、Bonsai PayはZKP技術を通じて「ボブのGoogleアカウントとウォレットアドレスが関連付けられている」という事実を検証し、Googleアカウントの具体的な情報を漏らすことを避けました。
Bonsaiのもう一つの重要なアプリケーションはBonsai ZK共同プロセッサ(ZK Co-processor)です。これにより、ゼロ知識証明技術を通じて、複雑な計算タスクをオンチェーンからオフチェーンに移し、結果の正確性を保証するために改ざん不可能な証明を生成します。また、Bonsai共同プロセッサのデプロイも非常に簡単で、開発者はロジックを処理するためのzkVMアプリケーションを記述し、簡単なSolidityコントラクトを介してBonsaiを呼び出して計算を実行し、結果を検証するだけです。全過程において、Bonsai証明サービスはオフチェーン計算のゼロ知識証明を生成し、これらの証明はオンチェーンで検証可能です。
Bonsai ZK共同プロセッサは、高性能かつ低コストのオンチェーンアプリケーションに適しています。たとえば、DAOガバナンスでは、複雑な投票計算をオフチェーンに移行させ、オンチェーンのGas費用を大幅に削減できます。Bonsai DAO Governorは共同プロセッサを介して、各票のGasコストを50%以上削減し、ガバナンスの効率を向上させ、参加のハードルを下げています。
Boundless:検証可能な計算層
従来のブロックチェーンアーキテクチャでは、取引の有効性を確保するために、すべてのノードが各取引のすべての計算を繰り返し実行する必要があります。この「グローバル再実行」モデルは、セキュリティと一貫性を保証しますが、高い計算コストをもたらします。この問題を解決するために、RISC ZeroはBoundlessを導入し、単一のノードが計算を完了した後に検証可能なゼロ知識証明を生成できるようにし、他のノードはその証明を検証するだけで結果を確認でき、計算を繰り返し実行する必要がなくなりました。
Boundlessは再帰的組み合わせ技術を使用して検証プロセスを簡素化しました。これにより、複数の小さなゼロ知識証明を1つの全体証明に統合し、検証者は全体の証明を確認するだけで済み、すべての段階の証明を逐一検証する必要がなくなります。ゼロ知識証明の生成効率をさらに最適化するために、Boundlessは専用の暗号学加速回路を内蔵しており、ハッシュ計算、デジタル署名検証などの一般的なタスクの効率を最適化しています。
さらに、開発者はBoundlessを使用することで、ゼロ知識技術を深く理解する必要がなく、馴染みのあるプログラミング言語(RustやSolidityなど)を使用してアプリケーションを記述することができます。現在、Boundlessは開発者に無料アクセスを提供しています。開発者は既存のシステムを移行したり、検証コントラクトを更新したりすることなく、Boundlessが提供する証明サービスを利用して、任意のブロックチェーン上で迅速にゼロ知識アプリケーションを構築し、デプロイできます。
Blobstream Zero:クロスチェーンデータ検証を簡素化するzkVMのクロスチェーンブリッジ
Blobstream ZeroはRISC ZeroとCelestiaが共同でリリースしたzkVMベースのクロスチェーンブリッジで、Celestiaのデータ可用性層を既存のモジュール化されたブロックチェーンエコシステムにシームレスに接続することを目的としています。Celestia上のデータを共有・検証することにより、Blobstream Zeroはチェーン間のデータ転送と検証をより便利に実現しました。
完全にオープンソースの公共製品として、Blobstream Zeroは任意のプロジェクトまたは開発者がローカルインスタンスを実行し、ゼロ知識証明を生成できるようにします。さらに、Blobstream ZeroはZK共同プロセッサのサポートも提供します。ZK共同プロセッサは本質的にオフチェーン計算ツールであり、計算を実行するために信頼できるデータが必要です。Blobstream ZeroはCelestiaなどのブロックチェーンからデータを取得し、ZK証明を生成することで伝送データが信頼できることを証明します。
Steel:オフチェーン実行とオンチェーン検証のスマートコントラクト新パラダイム
SteelはRISC Zeroが提供するオープンソースツールで、zkVM技術を利用してオフチェーンで検証可能なスマートコントラクトの実行を実現しました。Steelを使用することで、開発者はEVM操作をオンチェーンからオフチェーンに移動させ、ゼロ知識証明を生成し、計算結果の真実性と検証可能性を保証できます。
従来のスマートコントラクトは、すべてのロジックをオンチェーンで完全に実行する必要があり、Gasコストが高く、複雑なアプリケーションの開発を制限しました。しかし、Steelのオフチェーン計算とオンチェーン検証メカニズムはこの問題を解決しました。たとえば、シンプルなスマートコントラクトで、特定のアカウントのERC20残高が1より大きいかどうかを判断し、カウンタ変数をインクリメントする必要がある場合、従来の方法ではオンチェーンでロジックを完全に実行する必要がありますが、Steelはオフチェーンで計算を完了し、ゼロ知識証明を生成し、オンチェーンでは証明を検証するだけで済みます。
現在、RISC ZeroはSteel 1.0をリリースしており、すでにパートナーがこのツールを利用してアプリケーションを開発しています。たとえば、約40万回のSLOAD操作を処理するコントラクト呼び出しでは、Steelを使用して計算をオフチェーンで実行し、その後生成されたゼロ知識証明をオンチェーンで検証します。証明生成コストは10ドル未満であり、オンチェーン検証コストは30万Gas未満です。
Kailua:Rollupアーキテクチャ革新を推進するハイブリッドZKソリューション
Zethをリリースした後、RISC ZeroはKailuaを発表しました。これは、楽観RollupにハイブリッドZK Rollupのアップグレードソリューションを提供することを目的としています。従来の楽観Rollupは通常7日の挑戦期間を必要とし、取引の最終性が遅くなりますが、ZK Rollupは迅速に最終性を実現できるものの、継続的にゼロ知識証明を生成するコストが高すぎます。Kailuaは両者の利点を組み合わせ、ハイブリッドアーキテクチャを通じてコストと効率のバランスを実現します。Optimism Konaフレームワークの拡張として、Kailuaは未修正のKonaをzkVM上で実行するだけでなく、革新的な争議解決メカニズムを導入し、質権要件を削減し、最終性の遅延を減少させることで、システムの効率と可用性を向上させます。
Kailuaのアーキテクチャでは、争議メカニズムに全く新しい設計が採用されています。まず、その争議解決メカニズムは時間制限を廃止し、検証者がネットワークの中断などの特殊な状況に直面した場合に証明を生成する十分な時間を持つことができるようにして、システムの弾力性を強化します。極端な状況でも、RISC Zero zkVMの拡張アーキテクチャは1時間以内に証明を完了できます。さらに、Kailuaのオンデマンド検証機能により、開発者は検証頻度を柔軟に設定でき、低コストで完全検証のRollupモードに段階的に移行できます。
ZK Rollupとは異なり、Kailuaの設計では継続的に証明を生成する必要はありません。低頻度の空ブロックや特定のコントラクト要件を持つRollupに対して、Kailuaはよりコスト効果の高い選択肢を提供します。同時に、KailuaはRollupの質権コスト要件を大幅に削減しました。従来の楽観Rollupの質権量は、長期の最終性サイクルに伴って線形に増加しますが、Kailuaの最適化設計は質権要件を固定化し、システムが長期のサイクル内でもより低コストで安全性と活性を維持できるようにします。
現在、Kailuaは完全にオープンソースです。開発者はそのコマンドラインツールを使用してローカルのOptimismテストネットをデプロイし、ZK障害証明をサポートするネットワークに迅速にアップグレードできます。Kailuaは故障提案のシミュレーションもサポートしており、開発者が検証者がどのようにzkVMを通じて誤った状態に挑戦するかを理解し、争議解決メカニズムを深く理解するのを助けます。今後、Kailuaはコストと性能の最適化をさらに進め、より多くのRollupフレームワークサポートに拡大する予定です。
まとめ
上記の内容から、RISC ZeroのzkVM製品マトリックスがゼロ知識証明技術の複数の分野での発展を促進していることがわかります。ZethとKailuaはRollupアーキテクチャの最適化に注力し、ブロック検証の効率と争議解決の速度を向上させました。Bonsaiはリモート証明サービスを提供し、ハードウェア依存と運用コストを削減し、開発者がより効率的にアプリケーションを構築できるようにします。また、Blobstream Zeroは効率的にクロスチェーンデータを検証し、モジュール化されたブロックチェーンエコシステムに信頼できるサポートを提供します。さらに、Steelはオフチェーン計算とオンチェーン検証のモデルを通じて、スマートコントラクトの実行にかかるGasコストを削減しました。
もちろん、zkVM製品マトリックスの継続的な改善を行う中で、RISC ZeroはzkVMの基盤となる技術の革新を推進し続けています。最近、RISC Zero zkVMは1.2バージョンをリリースし、新しいプリコンパイル方式を導入しました。これにより、開発者はプリコンパイルロジックをアプリケーションと一緒にデプロイでき、zkVM自体に組み込む必要がなくなります。これは、開発者が新しいプリコンパイルロジックを追加できることを意味しており、オンチェーン検証コントラクトを修正したり、証明者の構成を調整したり、zkVMをフォークまたは重大な変更なしに性能を最適化することができます。さらに、アプリケーション定義のプリコンパイルを通じて、証明生成の計算コストを削減できます。たとえば、AutomataがRSAプリコンパイルを統合した後、実行周期を3900万から21.7万に削減し、コストを約180倍削減しました。
zkVM技術が継続的に最適化されるにつれて、その発展の潜在能力は複数のアプリケーションシーンで徐々に明らかになるでしょうが、その潜在能力をより良く引き出すためには、エコシステムの協力と技術の実際の展開に依存する必要があります。